1、引言 我國電力工業目前發電裝機容量達到3.16億kw，年發電量達到了13500億kwh。我國的電力消耗僅次于美國位居世界第二位，但我國人均用電只有1038kwh，還不到發達國家用電水平的10%。 去年夏天，我國南方持續高溫酷熱，導致部分城市由于電力供應緊張拉閘限電。據預測2004年廣東省電力需求將達到2325億kwh，增長15%，用電緊張從往年的季節性轉變為全年性，出現電力、電量雙缺口，機組長期高負荷運轉，故障增多。我國正處于向大規模工業化和城市化過渡的快速發展階段，能源消費增長巨大。目前我國電力能源利用效率較低、消耗高、浪費大。在過去的20年里，我國已在能源利用上取得“gdp翻兩番而能源消費僅翻一番”的令人矚目的成績，但我國能源消耗，尤其工業用電設備浪費電能嚴重。據有關專家介紹:2002年我國能源消費強度為1.18噸標準煤/千美元gdp，遠遠高于發達國家;創造每萬美元gdp所消耗的能源數量，我國是美國的3倍、德國的5倍、日本的近6倍;能源系統效率為33.4%，低于國際先進水平10個百分點左右。當前建筑能耗也相當巨大，夏季空調用電量大，冬季采暖能耗高。面對用電效率不高，電力供應形勢不容樂觀的現實，如何科學節約用電的話題今天又引起各方關注。 2、交流電動機的變頻調速原理 根據交流異步電動機轉速公式 n=60f（1-s）/p 其中:n—電機轉速; f—電源頻率; s—轉差率; p—電機極對數。只要改變電源頻率f就可調節電動機的轉速n，如圖1所示。 大型變頻裝置可在效率基本不變的情況下，通過改變驅動電源的電壓和頻率，平滑地調節電機轉速，根據輸出量的要求改變輸出功率。 3、變頻調速提高效率、節約電能的原理 電動機制動時，處于再生發電狀態。要加速制動過程，通常的方法是加入制動電阻來消耗電動機制動發出的能量，這就造成不小浪費。假如采用有源逆變技術將這部分能量回饋到電網，就會達到顯著的節能效果。 使用交流異步電動機的地方，如風機、水泵、牽引及拖動等，當負載變化時，傳統的調節方法是改變電動機的通電時間所占比例（占空比），那樣電動機就會頻繁地制動和起動。由于電動機的起動、制動消耗的能量很大，如采用變頻調速來調節電動機功率，則可以節約很多電能。 對風機水泵類，根據流體力學原理，風量q與轉速n的一次方成正比，風壓h與轉速n的二次方成正比，軸功率p與轉速n的三次方成正比。 當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。如所需風量下降為80%，則轉速也下降為額定轉速的80%，理論上軸功率降為51.2%;當所需風量為而額定風量的50%時，而軸功率降為13%。當然，轉速降低時，效率也會有所下降，還應考慮控制裝置的附加損耗等影響。如圖2所示，當風量需從q1減少到q2時，如采用調節風門方法，管網阻力增加，系統工況點由a變到新的工況點b運行，軸功率p2與面積bh2×bq2成正比;如果采用調速控制方式，風機轉速由n1降到n2，風壓大幅度降低到h3，功率p3（相當于面積ch3×cq2）顯著減少，節省的功率損耗△p=△h×q2與面積bh2×cb成正比。通過實踐統計，風機水泵類調速控制可節能30%左右。 例如，某學生飯堂采用變頻調速鼓風機前后用電分析: a:閥門控制時，兩臺各5kw鼓風機，每年工作300天，每天工作7h，電費0.65元/kwh，則 每年電費=0.65×7×5×2×300元=13650元 b:變頻調速控制時，平均輸出頻率40hz，平均輸入功率3kwh/臺，則 每年電費=0.65×7×3×2×300元=7905元 由二者差額可知，每年節約5745元電費。 傳統空調壓縮機依靠其不斷地開-停來調整室內溫度，其開-停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。變頻空調把50hz的固定電網頻率改為變頻器控制調節空調電機轉速。運用變頻控制技術的變頻空調，可根據環境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運轉方式，每次開始使用時，通常是讓空調以最大功率、最大風量進行制熱或制冷，使居室在短時間內迅速達到所需要的溫度，并在低轉速、低能耗狀態下以較小的溫差波動，實現了快速、節能和舒適控溫效果。變頻空調節電率可達30%左右，同時保護電動機及負載設備免受瞬時啟動的沖擊，延長其工作壽命，還提高電動機及負載設備的工作精確度。 4、變頻調速技術的節能應用 隨著電力電子技術的飛速發展出和各行各業對電氣設備控制性能要求的提高，在許多領域變頻調速應用越來越廣泛。這里只是列舉其中主要的幾方面應用。 4.1 變頻空調 與普通空調相比，有著舒適、靜音、恒溫、高效運轉、使用壽命長等顯著優勢。目前，變頻空調是世界家用空調消費的流行趨勢。據了解，在日本，變頻空調從80年代中期剛一出現，銷量就迅速上升到25%左右，目前變頻空調數量已占家用空調總數的95%以上。 1996年，變頻空調進入我國，但由于技術、資金、生產條件等因素的制約，變頻空調成為“貴族”，其價格比定速空調貴千元以上。近兩年，國內企業開始大規模進軍變頻空調領域。業內人士指出，隨著整體經濟形勢好轉、企業技術進步以及人們消費觀念的變化，關注產品的環保、舒適等方面，原本屬于高檔次消費品的變頻空調獲得了走向尋常百姓家的有利契機，成為空調市場的新消費熱點。有關資料顯示，去年我國空調產量超過1500萬臺，增長率達到20%，但變頻空調的總比例仍在20%以下。有關人士認為，隨著消費者增加對變頻空調的了解以及產品價格走低，今年我國變頻空調的銷量會進一步增長。 4.2 風機和輸送泵 在礦山、冶金、石化等工業中，大量使用風機、水泵、攪拌機和壓縮機。這些機械一般用交流電機驅動，功率都在幾百kw以上，有的高達數千甚至上萬kw,消耗的電能非常大。但大部分都不是常年工作在額定功率，經常只有50%～70%甚至更低的負荷率。目前這類機械大多還使用恒速交流傳動,用擋板、閥門或空放回流的辦法進行調節，損失大量電能。 用變頻調速取代能源浪費較為嚴重的擋風板調節風量方式，減少風機振動消除大電機起動的電流沖擊，避免機械振蕩，大大降低設備故障率，減輕設備維修工作量。浙江臨安青山水泥廠等建材行業廠家的變頻調速排風機節能效果高達50%左右。 4.3 恒定水位和水壓控制 水泵消耗功率與轉速的三次方成正比。水泵設計是按工頻運行時設計的，但除供水高峰時間外，大部分時間流量較小，采用變頻技術及微機控制，可使水泵運行的轉速隨流量的變化而變化，達到節能的目的。實踐證明，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗，節能率可達20%～40%。 使用變頻設備于循環水系統、污水處理、高層建筑供水等系統中，節能30%～50%，節約基建投資70%左右。在揚子石化水廠排污水泵等設備應用，取得較好的經濟效益。 5、結束語 據統計，2002年我國消耗電力16200億kwh，其中有60%～70 %的電能（約1萬億kwh）被各種類型電動機所消耗。到2002年底，我國的各類電動機的總容量是5億kw，一億臺左右，85%是異步電機，其中只有不到2000萬kw的電動機是帶變頻器控制的，節能潛力廣闊。我國的變頻調速市場目前正處于一個高速增長的時期。過去幾年保持著12%～15%的增長率，而且至少在未來的5年內保持著10%以上的增長率。考慮到變頻器大約每年6% 的價格下降，實際安裝容量（功率）的增長在20%左右。