变频器无法节能省电的分析

20221209V1戴政耀

在百度网站里面针对变频器是否节能省电有许多错误的回答容易让读者误解。本检讨文件从变频器整个供电系统的影响深入浅出提出来大家共同探讨。注意：下面的探讨指的变频器在市场上普遍销售现象（一般较少购买谐波补偿装置及高频抑制装置），变频器指的是电压型PWM变频器，中高电压变频器指的是市场上普遍的多电平变频器。另外，变频器制造厂不一样各种损耗也有变化，但是损耗原理相同。

1. 变频器功率因数很高是误解

变频器的功率因数很低才是对的，因为变频器的输入侧是滤波电容，导致电网电流为尖峰电流，使用传统仪表检测无法捕捉到尖峰电流，所以传统仪表看到的数据都是假的。尖峰电流由谐波组成，谐波导致进线变压器异常发热损耗加大（铁损），突波电压导致绝缘击穿线圈烧毁的可能（v=-Ldi/dt），谐波还影响到二次变电所的供电品质，这就是为什么电力公司派员到变频器大用户站岗的原因（因为进线变压器是电力公司的财产也影响到二次变电所供电稳定性）。所以，变频器的功率因数很低而不是很高。

2. 运行在50HZ工频时使用变频器更省电

这是不可能的事情，电气里每一个装置都要耗电，低压变频器需要消耗约15%的运行损耗，中高压多电平变频器的运行损耗为25%左右，不相信吗？看看下面的损耗分析吧。

这个问题还没有结束，变频器带来了电网谐波污染以及无线电干扰（EMI）还需要购买谐波补偿及高频抑制装置（电网环境污染），用户需要添置功率因数改善装置（三相及直流电抗器）、输入滤波器、输出滤波器等，这些装置每一个都要耗电1-5%，抑制装置的电感量越大-损耗越大-效果越好-成本越高。

这个问题还没有结束，你买到的任何谐波补偿装置及滤波器都无法100%解决变频器产生的电网污染，只能头痛医头脚痛医脚，所以后续投入还等着呢。

所以变频器运行在工频时低压用户的损失约运行功率的15%以上，中高压用户的损失约25%以上。

3. 变频器是节能省电的代名词

这句错误的话已经影响了整个工业、商业的节能省电正确性，由于变频空调的不当广告就连一般百姓都误解了。有许多中大企业老板都认为这句话是真的。其实不然，电机驱动控制里面有许多使用变频器都是浪费能源，特别是流体机械负载，也就是风机、水泵、空气压缩机、中央空调系统等使用变频器大都是浪费能源的应用，

原因之一；就是这些负载设计时的最高效率就在额定转速下，你改变了电机转速还能最高效率运行吗？所以现在变频器用户在流体机械驱动都是当软起停控制。

原因之二；低压变频器有运行损耗15%，多电平中高压变频器有25%的运行损耗，这些损耗计算进去了吗？应该没有。因为这些损耗你不知道，变频器制造厂是不会说的秘密。

原因之三；变频器带来严重的电网环境污染问题，包括电网谐波污染以及无线电干扰问题必须投资购买相关抑制设备解决，而且这种污染无法完全解决。

原因之四；驱动电机的寿命严重缩短，驱动电机异常发热（铁损增加），电机线圈绝缘随时击穿（尖峰电压），PWM电磁噪音让你的操作工人耳背听力下降（家里的老婆大部分是用吼的）。

原因之五；整个车间的温度上升，必须加大空调运行；进线变压器、变频器、谐波补偿、滤波器、电缆线、驱动电机哪一个都是异常发热现象，这些热量必须空调来降温，电费又增加了。

4. 使用变频器就是节能省电  错误理解；变频器本驱动系统身不节电还要消耗额外运行损耗（低压15%-中高压25%），同时产生严重的电网环境污染问题需要去投资治理解决。

5. 注塑机要节电需要变频器 错误观念，变频器只能使用软起停功能，油泵电机不能调速，如果使用变频器会增加驱动系统运行损耗15%及带来的环保污染问题。

6. 变频器可以取代软启动器 变频器不能旁路运行，无法取代软启动器，相反的，瘦斯达软起动器采用间歇式起停控制可以替代变频器在流体机械节能驱动控制。

7. 风机、水泵使用变频器才能节能省电 观念错误，风机、水泵原始设备都是不允许调速，如果使用变频器会增加驱动系统运行损耗（低压15%，中高压25%）及带来的环保污染问题。

8. 风机水泵要节能就要使用变频器驱动 应该是流体、液压、电磁阀控制不能使用变频器-因为负载不允许调速（已经是最优、最高效率设计了，调速就会劣化驱动性能）。风机、水泵如果要使用变频器驱动节能控制必须核算节能空间并将驱动系统按照调速范围设计选型。

9. 变频器对电网环境污染影响

9-1.变压器谐波污染：这是目前电力公司最关注的事情，因为不只会伤害到变压器而且还影响到二次变电所的供电系统质量。由于变频器的输入端是整流滤波，因此电网电流不是正弦波而是尖峰脉冲电流，这种电流会产生脉冲电压叠加到正弦波上面而破坏变压器线圈的绝缘导致层间短路烧毁变压器，另外谐波导致大量的铁损，因此变压器效率降低，大幅度发热运行效率降低，这个损耗有可能用户不必承担，而是电力公司。

9-2.无线电干扰（EMI）；变频器IGBT高速切割电压产生无线电脉波并通过电机线发射形成无线电干扰，无线电干扰有传导、辐射、感应等方式；对周围附近的自动控制系统产生很大的干扰，工厂电气工程师每日穷于应付变频器的无线电干扰问题。

9-3.电磁噪音：变频器驱动电机因PWM原理造成电磁噪音，噪音造成员工耳背现象，目前Fc载波频率约1-20 kHZ，载波越高则噪音越小（脱离音频范围），但是系统效率越低、干扰越大。

9-4.尖峰脉冲电压：由于PWM产生的脉冲电流与电机输入电缆线形成叠加电压在电机线圈上面，而电机线圈耐压一般为800V左右，故非常容易被突波高压击穿形成层间短路，此现象在电机线较远或潮湿腐蚀环境更明显。

9-5.开关器件的影响，由于变频器的电流是尖峰脉冲，在各种开关的触点导致局部发热现象，导致开关器件寿命严重减短。

9-6.到处异常发热 使用变频器后电网供电系统所有的开关器件、变压器、电缆线（集肤效应）、驱动电机都会异常发热，因为变频器电流电压都不是正弦波，高频谐波产生铁损异常热量导致大幅度增加车间空调费用。

10. 变频器的运行损耗有哪些？

变频器的运行损耗从电网变压器开始估算，包括：

10-1.进线变压器损耗增加2-3%，由变压器所有权单位承担。

10-2.变频器自身损耗由导通+开关损耗（与Fc成比例）相加；约2-5%。

10-3.集肤效应，变频器到电机之间的电线异常发热（与Fc、电线长度成比例），

10-4.驱动电机损耗增加：铁损增加5-10%左右（电机外壳可以煮鸡蛋）（与Fc成比例）.

10-5.负载运行效率下降（没有估算），

10-6.谐波抑制装置（谐波补偿） 损耗3-5% 交流电抗器及直流电抗器，抑制效果与电感量（损耗）成比例.

10-7.高频抑制装置 （噪声滤波器）：输入及输出各0.5-2%（高频滤波器损耗与Fc成比例）。

11. 多电平变频器不是中高压电机节能产品  

许多企业领导都被误导了。中高压变频器因为增加一个移相变压器（移相变压器的效率在满载效率最高只有90%而已）所以中高压变频器最高运行效率只有75%而已，相信知道多电平变频器损耗真相后很多人会被吓到，同时也真正的了解变频器不省电的原因。

12. 变频器对驱动电机的影响  变频器对电机的影响相对重大，请参考下列资料；

12-1. 电机外壳温升提高10%以上（与Fc成比例）。

12-2. 电机线圈处于绝缘劣化边缘，因为突波电压叠加在工作电压上面（与Fc成比例）。

12-3. 电机轴承故障率提高，电腐蚀现象在潮湿地方更明显。

12-4. 电机运行效率下降约10%（与Fc成比例）。

12-5. 电机PWM电磁噪音严重，员工耳背现象（与Fc成反比例）。

12-6. 电机震动加大。

12-7. 电机寿命大幅度减少。

12-8. 电机故障率大大提高。

13. 运行损耗是什么？ 运行损耗就是运行的功率中的一定百分比是损耗，低压变频器约有15%的运行损耗，如果运行功率为60kW，那么损耗就是9kW，中高压多电平变频器的驱动损耗为25%，如果运行功率为800kW，那么运行损耗就是200kW。

14. 变频器是绿色节能产品？ 绝对不是，恰好相反，变频器没有增加谐波补偿及高频抑制装置前是环境污染最严重的电气产品，变频器是环境污染制造者，对电网谐波污染、无线电干扰、用电开关器件异常发热，驱动电机异常发热外还有尖峰电压破坏绝缘及电腐蚀现象等，正常寿命严重缩短。

15. 空气压缩机要节能省电就要使用变频器 应该是流体、液压、电磁阀控制负载不能使用变频器-因为负载不允许调速，变频器当作软起动使用需要付出15%额外损耗还要承担电网污染及环境污染问题。

16. 变频空调最省电 错误，因为压缩机不允许调速，而且变频器驱动系统约有15%运行损耗；只有旁路运行的能效比最高（因为负载运行在最高效率）。如果压缩机制造厂说他们使用可调速压缩机呢？那么转速与效率曲线能否提供？任何驱动系统不可能调速后效率还是保持最高。空调要节能就不能使用变频器，必须使用压缩机间歇性起停控制技术才会运行在最高效率（最高能效比）。

17. 变频器功率因数很高 错误，变频器的功率因数很差才对。因为变频器输入侧尖峰电流传统电表、钳表无法感测到，而没有谐波补偿装置的变频器功率因数都很低。主要原因在于输入电流不是正弦波；相同的道理，直流电机控制器为可调整流器（Converter）没有谐波补偿装置输入功率因数也是很差-不是很好。

18. 中高压电机要节能就要使用变频器来节能改造 观念错误，该是流体机械传动系统不允许调速，也就是说变频器不能作为节能改造的产品。同时，中高压变频器节能驱动还必须先考虑25%的运行损耗、电网环境污染、电机寿命等问题。

19. 流体机械如何有效节能控制？

采用最简单的起停控制，只要匹配合适的软启动器，能够允许多次起动的软起动特性即可使用。

20. 有没有比变频器更好的节能产品？

有，西普公司已经开发出最先进的瘦斯达产品交流异步电机节能驱动控制产品。

21. 瘦斯达电压等级包括哪些范围？单相、低压、中高压全部齐全，驱动电机容量可达65KKW（65MW）。

22. 变频器制造厂说变频器的损耗约3-5%左右对不对？ 对也不对，变频器制造厂说的的是变频器本身损耗，没有说明因为使用变频器带来的系统额外损耗，所以电网污染、谐波补偿、高频抑制等装置及驱动电机的额外损耗（比不用变频器损耗加大很多）均被故意忽略了，当然。如果变频器制造厂加上去这些损耗会导致销售量大减。

23. 变频器只要降低转速才能省电 错误观念，省电的概念应该是作同样的功消耗更少的电力才对，变频器降低转速就相对的降低做功，不能使用“省电”这个名词而是“耗电”。

24. 流体机械使用变频器控制最大问题 

变频器在流体、液压、电磁阀控制（风机、水泵、空气压缩机、冷冻机、注塑机等）驱动控制因为负载不允许调速，老系统要使用变频调速导致设计参数变化而无法正常运行；无法节能还必须额外增加15%（多电平变频器25%）的运行损耗以及带来的环境污染问题付出代价。

25. 注塑机使用变频器节电吗？

注塑机的节电空间是因为液压压力到达后电机有起动冲击电流问题而无法停止运行必须采用电磁阀作加载-卸载控制，而电机空载运行损耗约30-40%，这就是节能空间。  如果采用变频器作节能改造会减产并增加15%的运行损耗、电网谐波污染、电机PWM电磁噪音污染以及电机寿命缩短现象。

当前注塑机使用变频器节能改造只能使用变频器的起停功能，没有调速功能可以使用，因为注塑机液压系统不允许调速，所以使用变频器是错误的，选择允许多次起停控制的软起动装置才是正确的。  

  注塑机厂家应用变频器后带来的电网污染（电力公司随时盯梢）以及驱动电机温升提高导致空调电费提高，PWM电磁噪音严重（员工耳背现象严重），无线电干扰问题严重造成附近机台误动作现象随处可见（电气抢修班日夜待命现象），而且电机寿命严重缩短。

26. 挤出机使用变频器最省电吗？ 原来挤出机器都有变速齿轮箱（恒功率系统），但是现在很多厂家都改成变频器来调速（恒转矩特性），导致挤出行业要额外增加15%的运行损耗，也就是增加15%的流动电费，还要面对严重的环境污染问题无法有效解决。因此，挤出机械最佳驱动方案是选择允许多次起停控制的瘦斯达软起动装置替代变频器。

27. 流体机械最合适的节能改造 风机、水泵、空气压缩机、冷冻压缩机、液压机械等负载原始设计都是固定速度不可调速，如果采用变频调速将导致正常寿命减短、故障率提高、运行效率下降。采用允许多次起停控制的瘦斯达软起动装置才是正确选型。

28. 风机水泵降低转速就能够节能省电？不对，降速之后的做功相对的降低（压力、流量均改变），怎么说节能省电？转速为零时最省电，对吗？所以节能省电应该指相同的做功消耗更少的电能才对。

29. 流体机械如何用变频器来省电？ 变频器在流体机械节能省电指的是流体机械在原始设计方案就是替代挡板阀门来控制流量，整个驱动系统均已经考虑到功率容量足够大、且在允许的压力变化范围内。如果事先考虑到这两个参数，整个变频驱动系统的容量会变大很多（因为转速与功率三次方比例）。所以，用户需要加大驱动系统容量选型。

30. 恒压供水系统使用变频器最省电？  不对，恒压供水一般采用并联方式，采用变频器的节电效果不好，因为变频器有基本运行损耗，而且一般恒压供水使用变频器都是使用在软起停控制功能，这样增加15%能耗又产生电网谐波、电机噪音污染等问题。

31. 变频器用户怎么办？？

变频器在厂里的用电比率决定节能改造与技术改造的迫切性及投入金额，节能改造指的是使用变频器在流体、液压、电磁阀控制（风机水泵、空气压缩机、冷冻机、油泵电机等负载）节能驱动控制后还有很大的节能空间，低压变频器15%以上中高压变频器有25%的节电空间可以做节电改造；采用瘦斯达软起动器间歇式起停控制模式可以节省变频器的运行损耗而且没有环境污染问题。

技术改造是解决变频器产生的电网环境污染问题，包括谐波抑制以及高频谐波抑制装置的购买（当然也有更高昂的逆变式整流装置）。客户必须考虑到技术改造不只是金钱的投入，更重要的是这些抑制装置都不是百分百解决问题而且运行时都会耗电（都有2-5%的运行损耗）。当然，最简单最便宜可靠的技术改造是不要使用变频器，采用瘦斯达软启动器替代变频器节能驱动控制。

32. 为何一般软启动器无法用在流体机械负载的节能驱动控制？因为一般软启动器的起动冲击电流平均约为4倍左右，冲击电流太大导致电机线圈发热，交流电机无法接受多次起动要求。

33. 西普瘦斯达为何可以使用在流体机械节能驱动控制？因为瘦斯达的起动冲击电流最大只有两倍，多次起动不会影响到驱动电机的正常寿命。

34. 变频器节电理论大部分立足于流体机械负载驱动控制时功率与转速的三次方成比例，调速就能节省大量电费的印象深刻，为何“事与愿违”，不但无法省电还要支付更多的电费？

我们知道在流体、液压、电磁阀控制驱动控制的转速、压力、功率（流量）的比例关系，但是实际上风机、水泵、空气压缩机、冷冻机等负载都已经设计在最优且最大压力、转速、功率以及最高效率的参数了，用户不能改变电机转速，否则机械负载会故障损坏、下降效率；所以流体机械是定速运行系统不能使用变频器驱动。

简单举例，一台37kW定速水泵要使用变频器节能改造，运行时不能超过50HZ转速否则电机及水泵会过载烧毁，如果降低转速流量就会下降三次方做功，运行时间拉长许多倍，压力扬程平方下降，压力（扬程）不足时电机会空转。那么只有按照相同的原理加大水泵、驱动电机的容量，同时加大压力来设计管路；因为驱动系统必须依据最大功率最大扬程（压力）、最大容量来设计选型，这样的结果不是用户所期待的结果。

35. 为什么近几年生产力没有提高而电力公司还是到处限电拉闸？答案是变频器用太多了，使用变频器在流体机械造成浪费能源，错误使用变频器后不但没有达到省电预期效果，大部分更浪费电力。

36. 如何解决变频器带来的问题？ 用户可以不用变频器（寻找替代产品）或少用变频器来解决变频器带来的问题。国家标准委员会可要求变频器制造厂比照香烟在包装盒上清楚说明损耗与污染数据让购买者普遍认识变频器。另外，请家电制造厂不要再使用“变频省电”字眼来误导全体国民；国家的能效比是否也可以考虑调整修改？

附注：传统钳表或整流型指针表测量变频器的输入端电流很低的原因是因为这种仪表只能感测50Hz的正弦波电流，无法感测到高频脉冲电流；实际上变频器的功率因数因为谐波原因导致很低，而尖峰脉冲电流传统仪表无法量测。