【自动化产品基础知识】变频器：工业自动化的调速大师与节能先锋！

在工业自动化的广阔舞台上，变频器和电机携手共舞，被誉为该领域的“黄金搭档”。工业生产离不开电机的驱动力量，而低压变频器的出现，则为电机的控制与节能注入了前所未有的活力与革新。

随着集成电路和数字电路的飞速发展，低压变频器逐渐展现出其紧凑可靠、性能优越、精度高的独特魅力，成为了各行各业中动力驱动设备的新宠。

提问

变频器是什么？

回答

那么，变频器是什么呢？其全称是变频调速驱动器，它可以将固定频率的交流电转换成频率、电压连续可调的交流电，以驱动电动机运转，达到节能、调速的目的。

常用的交流异步电动机的转速公式如下：

其中f为频率，p为极对数，n1是同步转速，n是电机转速，s是滑差率， s=(n1-n)/n1。

由上所知，改变电动机转速有三种方式：改变电动机的供电电源频率 f、改变电动机的极对数 p及滑差率 s。其中，变频调速方式以其卓越的调速性能、显著的节能效果、全面的电机保护、较低的维护成本等优势成为了主流的电机调速方式。

Q

那么变频器有哪些特点呢？

1

变频器能够实现软启动，对电机给予温柔呵护，这一特性显著降低了启动时的电流峰值，有效减轻了机械部件的瞬时冲击负荷，从而极大地延长了设备的使用寿命，减少了因启动冲击导致的故障和维修成本。

2

变频器能对电机进行无极调速，即给定连续或者任意频率，使电机的转速可以在一定范围内平滑地变化，而不是像有极调速那样只能设定几个固定的转速点，无论是需精细控制还是大范围调速的场合，变频器都能轻松应对。

3

变频器可以节能省电。比如，风机或水泵如果依靠阀门来控制风速或水量。当需求量不高时，阀门通过产生的阻力来消耗电机输出的能量，这无疑会造成能源的浪费。而使用变频器进行控制，则可以根据实际需求量进行精确给定，无需通过增加耗能环节来降低输出能量，从而实现了更为高效和节能的运行。

4

变频器还具备多种保护功能，如过载保护、过压保护、欠压保护等，这些保护功能如同为电机穿上了一层坚实的铠甲，能够在电机运行异常时迅速响应，有效防止故障扩大，为生产过程的连续性和稳定性提供了强有力的保障。

变频器的原理

变频器的结构设计精妙，它分为整流、滤波、逆变三个部分，每个部分都各司其职，相互协作，共同完成了对电机的高效控制：

（变频器的原理图）

整流部分像液体管道中的止回阀，确保电流的单向流动。它提取交流电源的波头部分，一连串的幅值会呈周期性波动，像一系列连绵不绝的波浪；

（输入电压与整流以后的电压波形）

滤波部分则像蓄水池，使电流变得平滑稳定，它能够使原本波动起伏的电流变得平滑稳定，形成一条直线，能提高直流电源的质量。

(滤波以后电压)

逆变部分则像能量转换器，将直流电转变为调整过幅值和相位角的交流电，并对电机转速进行精准控制。

（逆变以后的电压波形）

变频器的应用领域

变频器，这一融合了科技与智慧的杰作，正以前所未有的广度与深度应用于各行各业，展现出其无与伦比的适用性与卓越性能。从纺织业的细腻织造到冶金行业的重型锻造，从石化产业的精密控制到电梯系统的平稳运行，再到供水、电力、油田、塑料加工、印刷、建材制造、起重作业及造纸工艺等多个领域，变频器均扮演着至关重要的角色，以其高效、灵活、节能的特性，引领着行业技术革新的潮流。

让我们聚焦两个典型应用实例，深入探索变频器如何在实际工况中大放异彩：

变频空调：智能温控，节能舒适新体验

家喻户晓的变频空调是怎么工作的？如何让房间变凉或变暖的？其实跟普通空调一样，不同的是，它在普通空调上加了一个“智能调速器”——变频器。这个“调速器”专门负责控制空调的心脏——压缩机的转速。

（变频空调原理图）

变频器作为压缩机的管家，会时刻观察温度传感器返回的信号，然后灵活地调整输出速度，使压缩机的速度能够恰到好处地变化，以适应房间的温度需求。当房间温度达到设定的舒服值时，变频器控制压缩机不再卖力地工作，只以一个刚刚好的速度维持着室内的温度，实现“不停机但低能耗”的运转，让房间的温度一直稳稳地保持在我们需要的状态，相比之下，没有配备变频器的空调，其压缩机只能以固定的全速运行。

这意味着，无论是在初始快速降温阶段，还是在室内温度已经接近设定值时，压缩机都会持续以最大功率工作，不仅造成了能源的浪费，还可能因为室内温度波动较大而影响舒适度。因此，安装了变频器的空调系统，在节能、舒适性和运行效率上都展现出了明显的优势。

智能电梯：让电梯更舒适、更安全

在繁华喧嚣的现代都市，高耸入云的楼宇间，电梯不仅是连接天际的纽带，更是科技与舒适的完美融合体。而变频器，正是这幕后英雄的核心——电梯的“智慧心脏”，它以其精湛的技术，赋予了电梯前所未有的柔和与宁静：

1.启动时，变频器以细致的调控，让电梯缓缓升起，停止时毫无突兀之感，同时，它还能有效降低运行噪音与震动。

2.变频器还是一位 “安全卫士”。它拥有敏锐的感知能力，一旦遭遇超重、电流异常或超速等潜在威胁，变频器会立即启动应急机制，迅速减速、安全停梯，甚至切断电源，并立即发出警报，同时记录详尽的故障信息，确保第一时间通知维护人员进行处理。

3.配备通讯接口的变频器联网后，实现了电梯运行状态的远程实时监控。一旦监测到任何异常或故障，维护人员能即时获取警报并迅速响应。

变频器以其卓越的性能与无微不至的关怀，重新定义了电梯的乘坐体验，让每一次升降都成为一次安心与舒适的享受。

（垂直电梯原理图）

施耐德电气的变频器

施耐德电气的变频器常用系列有：

（施耐德电气变频器概览）

它们的主要参数与应用场合为：

施耐德电气变频器，凭借其卓越的性能和多样化的配置，精准对接多元化工业场景需求，在电机调速、能效优化、设备保护、控制精度提升以及复杂工况应对等方面展现出了卓越能力，广泛应用于各行各业。它们不仅帮助企业实现了生产过程的自动化与智能化升级，还通过精细化能源管理策略，显著降低了运营成本，提升了市场竞争力。

在物联网、大数据、云计算等前沿技术的赋能下，施耐德电气变频器将进一步发挥其作为智慧引擎的作用，引领工业自动化迈向新高度。