變頻器在行業(yè)中的作用
據(jù)統(tǒng)計(jì)供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)約占普通商業(yè)建筑能耗的50%。 隨著商業(yè)建筑占用率隨時(shí)間的變化，暖通空調(diào)的需求也會(huì)隨之變化。經(jīng)驗(yàn)，傳動(dòng)可以將HVAC過(guò)程中的能耗降低20至60%，減少建筑物的碳排放量，并為設(shè)施所有者節(jié)約可觀的運(yùn)營(yíng)成本。以乳品廠為例。在乳品廠中，高達(dá)39%的能源被用于工藝?yán)鋮s和制冷，而另外40%的能源可能被用于自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)，另外10%用于工廠的HVAC系統(tǒng)設(shè)備。所有這些工藝都存在負(fù)荷波動(dòng)，因此變頻調(diào)速技術(shù)具有巨大的節(jié)能潛力。

諧波系數(shù)負(fù)載場(chǎng)所電機(jī)發(fā)電機(jī)、HID照明、感應(yīng)加熱器、焊機(jī)、帶可選輸入濾波的UPS、PLC和固態(tài)控制、商業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療和教育實(shí)驗(yàn)室中的多用插座電路、醫(yī)療設(shè)施中的多插座電路、不帶可選輸入濾波的UPS、生產(chǎn)線或裝配線設(shè)備、學(xué)校和教室設(shè)施,SCR變速傳動(dòng)、配備專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理設(shè)備的電路、重癥監(jiān)護(hù)設(shè)施等等。

同時(shí)要記住，與其他非線性負(fù)載一樣，變頻器會(huì)在電力線路中產(chǎn)生諧波。如前文所述，當(dāng)諧波超過(guò)一定限制時(shí)，可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)和連接的設(shè)備產(chǎn)生不利影響。因此，需要在項(xiàng)目階段考慮變頻器諧波含量水平，以評(píng)估其對(duì)設(shè)施的影響及其后果。變頻器對(duì)電網(wǎng)能效的影響雖然通過(guò)變頻器控制的工藝可以節(jié)約能源，但了解變頻器如何影響其所連接的電網(wǎng)的能效同樣很重要。
根據(jù)理論，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的損耗會(huì)生成熱量（所謂的焦耳損耗）：P = I2 ?R
其中P是熱損失，R是導(dǎo)體的電阻，I是線路電流。含有諧波且被稱(chēng)為均方根電流Irms的總電流大于基波電流I1，可通過(guò)以下等式進(jìn)行描述：Irms = I1 ?√ 1 + THDi2

根據(jù)上述公式，可以通過(guò)諧波含量導(dǎo)致線路電流增加的損耗的倍數(shù)來(lái)計(jì)算它。例如，與沒(méi)有諧波的系統(tǒng)相比，在40%的THDi下，Irms電流損耗增加了1.16倍。這意味著，要滿足工藝需求，必須降低電網(wǎng)能效和增加能耗。

變頻器對(duì)項(xiàng)目成本的影響
除上述情況外，線路電流的增加還要求擴(kuò)大電力系統(tǒng)的規(guī)格來(lái)承載多余的電流。這意味著，它會(huì)使組件的規(guī)格增加和設(shè)施的可持續(xù)性系數(shù)降低，必然導(dǎo)致材料使用量的上升。
低諧波含量意味著不需要超大電纜。在THDi較高的情況下，由于線路電流增加，需要加大電纜規(guī)格來(lái)防止電纜過(guò)熱和絕緣損壞，從而避免引起火災(zāi)。
在選擇電纜規(guī)格時(shí)，需要考慮到一些關(guān)于電網(wǎng)THDi的建議。因此，在THDi低于10%時(shí)不需要任何超標(biāo)規(guī)格。而對(duì)典型THDi為40%并自帶阻抗的標(biāo)準(zhǔn)六脈沖傳動(dòng)，需要約10%的超標(biāo)規(guī)格。在THDi達(dá)到
70%時(shí)，需要20%的超標(biāo)規(guī)格。
變壓器是另一個(gè)需要超標(biāo)規(guī)格的重要設(shè)備，它通常是項(xiàng)目中比較昂貴的電網(wǎng)組件之一。當(dāng)非線性負(fù)載（如傳動(dòng)）由變壓器供電時(shí)，有必要降低變壓器容量，以避免過(guò)熱和由此導(dǎo)致的故障。在THDi接近40%時(shí)，建議為變壓器設(shè)備提供約40%的超標(biāo)規(guī)格。在THDi低于10%時(shí)，建議提供約10%的超標(biāo)規(guī)格。
K系數(shù)由美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室確定，用于定義變壓器在不超過(guò)額定溫升的情況下承受不同程度非線性負(fù)載電流的能力。4 K系數(shù)的范圍為1到50。在可能的比較惡劣諧波條件下，K系數(shù)為50。標(biāo)準(zhǔn)變壓器的K系數(shù)為1.0，它僅適用于不產(chǎn)生諧波的線性負(fù)載。根據(jù)典型變壓器降容示意圖，可以發(fā)現(xiàn)各種類(lèi)型的負(fù)載影響變壓器容量的方式，以及在標(biāo)準(zhǔn)變速傳動(dòng)的典型THDi水平下需要哪些降容。
變頻器對(duì)工藝可靠性的影響
與能源使用量增加、超規(guī)格部件帶來(lái)的項(xiàng)目成本上升和設(shè)施可持續(xù)性降低相比，存在諧波還可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的問(wèn)題。這一嚴(yán)重問(wèn)題是指可靠性，其中尤其包括維持設(shè)施系統(tǒng)和過(guò)程運(yùn)行的電源的可靠性。電源故障可能會(huì)在醫(yī)院等關(guān)鍵設(shè)施中造成嚴(yán)重后果，比如危及患者的生命，或者在生產(chǎn)線上造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。就數(shù)據(jù)中心而言，平均每分鐘的停機(jī)成本為39000元，由此造成的聲譽(yù)損失甚至更高。
因此，為此類(lèi)設(shè)施提供備用電源的發(fā)電機(jī)必須做好準(zhǔn)備，以應(yīng)對(duì)其在向高次諧波含量的非線性負(fù)載供電時(shí)可能遇到的問(wèn)題。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，向六脈沖傳動(dòng)供電的發(fā)電機(jī)需要擴(kuò)大規(guī)格至2到2.5倍。如果沒(méi)有擴(kuò)大發(fā)電機(jī)規(guī)格，其自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器可能因諧波過(guò)多而無(wú)法正常工作。在這種情況下，發(fā)電機(jī)可能會(huì)跳閘。
工藝可靠性的另一方面，同時(shí)也是極具挑戰(zhàn)性的方面，是為傳動(dòng)控制的應(yīng)用提供額定功率的能力。例如，在電機(jī)電纜長(zhǎng)達(dá)幾百米的長(zhǎng)隧道中，長(zhǎng)電纜導(dǎo)致的顯著壓降會(huì)降低風(fēng)扇電機(jī)端的電壓。在正常運(yùn)行中，這可能會(huì)導(dǎo)致高峰時(shí)間隧道內(nèi)的車(chē)輛廢氣濃度升高，能見(jiàn)度下降。但在緊急情況下，排風(fēng)機(jī)可能無(wú)法以額定流量排出廢氣，從而對(duì)隧道使用者的安全造成風(fēng)險(xiǎn)。
針對(duì)電壓下降的一個(gè)解決方案是使用中間升壓變壓器。然而，隨著部件數(shù)量的增加，項(xiàng)目成本上升，項(xiàng)目可持續(xù)性也會(huì)受到負(fù)面影響。另一種方案是使用有源前端（AFE）傳動(dòng)和直流母線電容器來(lái)進(jìn)行過(guò)程控制。該技術(shù)允許在應(yīng)用端將電壓提升至其標(biāo)稱(chēng)水平，并向電機(jī)輸出標(biāo)稱(chēng)功率，無(wú)需考慮電纜長(zhǎng)度上的壓降。

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