在許多應(yīng)用中，在交流電動(dòng)機(jī)的上游添加變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)可以降低能耗，減少峰值需求并提高功率因數(shù)。在啟動(dòng)和運(yùn)行期間降低電動(dòng)機(jī)速度可以削減維護(hù)成本，增加正常運(yùn)行時(shí)間并延長(zhǎng)設(shè)備壽命。盡可能降低電動(dòng)機(jī)速度可以減輕電動(dòng)機(jī)及其連接設(shè)備的壓力。無(wú)論是應(yīng)用程序泵，物料輸送機(jī)還是自動(dòng)化設(shè)備，都可以通過(guò)計(jì)算和限制系統(tǒng)的最大必要速度，以及在啟動(dòng)和停止時(shí)平滑加速和減速來(lái)減少維護(hù)。

盡管本文的主要重點(diǎn)是顯示降低電機(jī)速度如何降低維護(hù)和維修成本，但使用VFD在某些應(yīng)用中還可以節(jié)省大量能源。根據(jù)美國(guó)能源部的出版物“可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器的部分負(fù)載效率”，將旋轉(zhuǎn)設(shè)備的速度降低20%可以將輸入功率需求降低大約50%。根據(jù)IHS Technology的研究，這一點(diǎn)尤為重要，該研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于工廠中使用的普通電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)總擁有成本的96%由其終生用電量構(gòu)成。維修和保養(yǎng)費(fèi)用占另外2%，購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用占剩余的2%。

負(fù)責(zé)IHS Technology旋轉(zhuǎn)機(jī)械和控制裝置的分析師凱文·席勒(Kevin Schiller)表示，很難計(jì)算出連接至電動(dòng)機(jī)的VFD的平均投資回報(bào)率。在進(jìn)行此類計(jì)算時(shí)要考慮的變量包括電動(dòng)機(jī)規(guī)格(包括額定功率，電動(dòng)機(jī)效率，電動(dòng)機(jī)類型)，應(yīng)用(最常見(jiàn)的是泵，風(fēng)扇和壓縮機(jī))，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況(包括電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止頻率，在不同的負(fù)載百分比，電機(jī)運(yùn)行天數(shù)，以前使用機(jī)械節(jié)流的情況下的運(yùn)行時(shí)間以及其他成本因素(例如回扣/激勵(lì)措施，電價(jià)和VFD效率)。

席勒說(shuō)，驅(qū)動(dòng)器附件的其他好處可以減少投資回收期，包括減少電動(dòng)機(jī)應(yīng)力和延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)壽命，減少涌入電流，以及在具有這種功能的驅(qū)動(dòng)器上實(shí)現(xiàn)可再生的節(jié)省和諧波的緩解。

席勒說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，供應(yīng)商報(bào)告說(shuō)，客戶在做出電機(jī)系統(tǒng)購(gòu)買(mǎi)決定時(shí)最多期望2年的投資回報(bào)。一些供應(yīng)商已經(jīng)相應(yīng)地改變了策略，計(jì)劃免費(fèi)提供更節(jié)能的設(shè)備，并從安裝后實(shí)現(xiàn)的節(jié)能中收取費(fèi)用。這在改造方案中更常見(jiàn)，尤其是在樓宇自動(dòng)化應(yīng)用(例如HVAC設(shè)備)中。

考慮最常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)故障原因時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸承和損壞的定子繞組位于頂部或頂部附近。兩者合計(jì)，軸承和繞組問(wèn)題占電機(jī)故障的一半以上。較少的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)可減少磨損，因此降低電動(dòng)機(jī)速度可增加轉(zhuǎn)子和軸承的使用壽命。以較低的速度運(yùn)行還會(huì)減少動(dòng)態(tài)和靜態(tài)負(fù)載以及熱，振動(dòng)和沖擊應(yīng)力。

從停止?fàn)顟B(tài)緩慢上升到運(yùn)行速度，并以較低的速度運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，這可以減少電動(dòng)機(jī)軸承，電動(dòng)機(jī)繞組絕緣層和連接的機(jī)械組件的磨損，從而延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命。從理論上講，降低電動(dòng)機(jī)速度以在泵和風(fēng)扇上提供50%的流量將使馬力要求降低到100%流量時(shí)所需功率的1/8。減少了工作量，因此減少了磨損。

工作量減少，發(fā)熱量也減少，從而延長(zhǎng)了絕緣壽命。定子繞組的絕緣壽命受到熱量的不利影響，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度較慢通常會(huì)降低熱負(fù)荷。在降低速度時(shí)，對(duì)于所有類型的電動(dòng)機(jī)，在可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用中，繞組壽命都會(huì)增加。對(duì)于使用全封閉不通風(fēng)(TENV)，全封閉鼓風(fēng)機(jī)冷卻(TEBC)或防滴力通風(fēng)(DPFV)電機(jī)的大多數(shù)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載過(guò)程，情況也是如此。在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下運(yùn)行全封閉風(fēng)扇冷卻(TEFC)電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于溫度升高，在低速下絕緣壽命可能會(huì)降低，因此可能會(huì)運(yùn)行得太慢。

每個(gè)過(guò)程，輸送機(jī)和設(shè)備應(yīng)用程序在任何給定的時(shí)間點(diǎn)都具有最佳速度。該最佳速度可以以每分鐘加侖，每秒英寸，每分鐘的零件等表示。保持速度接近此最佳點(diǎn)可以幫助降低維護(hù)成本。

VFD提供了調(diào)整工作量以匹配負(fù)載的功能。一些過(guò)程需要調(diào)節(jié)流量或壓力。具有比例積分微分(PID)控制的交流變頻器可以控制泵的速度，從而控制流量或壓力。該速度調(diào)節(jié)可能比流量控制閥將多余的流量?jī)A倒回油箱更有效。交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)減少總流量或所輸送壓力的能力還可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的變化率，例如減少水錘效應(yīng)，該效應(yīng)可能會(huì)給電動(dòng)機(jī)，泵，閥門(mén)和過(guò)程管道帶來(lái)壓力。

不必要的高電動(dòng)機(jī)速度會(huì)影響電動(dòng)機(jī)所連接的任何設(shè)備。機(jī)械系統(tǒng)和動(dòng)力傳輸受益于較低的負(fù)載和應(yīng)力。很容易看出，線性致動(dòng)器中的滾珠絲杠上過(guò)高的轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生影響，因?yàn)樘斓倪\(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致絲杠彎曲和振蕩。由于機(jī)械系統(tǒng)(例如泵，風(fēng)扇和變速箱)中的過(guò)快速度，可能會(huì)發(fā)生其他類型的有害影響。

定制設(shè)備，例如多工位轉(zhuǎn)臺(tái)，必須滿足周期時(shí)間要求。過(guò)度運(yùn)行工作臺(tái)和相關(guān)執(zhí)行器會(huì)增加運(yùn)動(dòng)控制部件(如聯(lián)軸器，軸承，滾子，滾珠絲杠和變速箱)的磨損。控制轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)僅以所需速度運(yùn)行也可以提高長(zhǎng)期精度和耐用性。

動(dòng)態(tài)應(yīng)力(例如高加速度和減速度)，無(wú)論速度如何，都會(huì)引起各種維護(hù)問(wèn)題，例如軸承故障以及生產(chǎn)設(shè)備中的聯(lián)軸器，皮帶和鏈條斷裂。

與受控啟動(dòng)相比，跨線啟動(dòng)在電動(dòng)機(jī)和電氣系統(tǒng)上更難。起動(dòng)和停止是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中壓力最大的部分，因?yàn)樗鼈儠?huì)引起較高的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，頻繁的起動(dòng)和停止會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的溫度。

交流變頻器不僅可以控制運(yùn)行速度，而且還可以降低電動(dòng)機(jī)的加減速率。與全線啟動(dòng)器相比，VFD可以減少涌入電流，從而將啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低30-75%。這樣可以減少皮帶，齒輪，鏈條，離合器，軸和軸承的磨損。如果必須在輕負(fù)載的電動(dòng)機(jī)上保持高速，則許多VFD都可以利用內(nèi)置的可配置電壓/赫茲曲線。利用此功能，輸出電壓相對(duì)于輸出頻率降低。在輕載應(yīng)用中，這種降低的電壓可減少電動(dòng)機(jī)中的勵(lì)磁損耗并減小電動(dòng)機(jī)電流，從而在不犧牲速度的情況下減小了熱應(yīng)力。

VFD當(dāng)然并不適合每種應(yīng)用，但在實(shí)際中，通過(guò)控制速度，加速和減速可以減少維護(hù)，增加正常運(yùn)行時(shí)間并延長(zhǎng)設(shè)備壽命。了解更多電機(jī)專業(yè)知識(shí)及技巧，可加入電機(jī)行業(yè)內(nèi)qq群136274082，業(yè)內(nèi)專業(yè)老師傅解答。