變頻器無法節能省電的分析

20221209V1戴政耀

在百度網站里面針對變頻器是否節能省電有許多錯誤的回答容易讓讀者誤解。本檢討文件從變頻器整個供電系統的影響深入淺出提出來大家共同探討。注意：下面的探討指的變頻器在市場上普遍銷售現象（一般較少購買諧波補償裝置及高頻抑制裝置），變頻器指的是電壓型PWM變頻器，中高電壓變頻器指的是市場上普遍的多電平變頻器。另外，變頻器制造廠不一樣各種損耗也有變化，但是損耗原理相同。

1. 變頻器功率因數很高是誤解

變頻器的功率因數很低才是對的，因為變頻器的輸入側是濾波電容，導致電網電流為尖峰電流，使用傳統儀表檢測無法捕捉到尖峰電流，所以傳統儀表看到的數據都是假的。尖峰電流由諧波組成，諧波導致進線變壓器異常發熱損耗加大（鐵損），突波電壓導致絕緣擊穿線圈燒毀的可能（v=-Ldi/dt），諧波還影響到二次變電所的供電品質，這就是為什么電力公司派員到變頻器大用戶站崗的原因（因為進線變壓器是電力公司的財產也影響到二次變電所供電穩定性）。所以，變頻器的功率因數很低而不是很高。

2. 運行在50HZ工頻時使用變頻器更省電

這是不可能的事情，電氣里每一個裝置都要耗電，低壓變頻器需要消耗約15%的運行損耗，中高壓多電平變頻器的運行損耗為25%左右，不相信嗎？看看下面的損耗分析吧。

這個問題還沒有結束，變頻器帶來了電網諧波污染以及無線電干擾（EMI）還需要購買諧波補償及高頻抑制裝置（電網環境污染），用戶需要添置功率因數改善裝置（三相及直流電抗器）、輸入濾波器、輸出濾波器等，這些裝置每一個都要耗電1-5%，抑制裝置的電感量越大-損耗越大-效果越好-成本越高。

這個問題還沒有結束，你買到的任何諧波補償裝置及濾波器都無法100%解決變頻器產生的電網污染，只能頭痛醫頭腳痛醫腳，所以后續投入還等著呢。

所以變頻器運行在工頻時低壓用戶的損失約運行功率的15%以上，中高壓用戶的損失約25%以上。

3. 變頻器是節能省電的代名詞

這句錯誤的話已經影響了整個工業、商業的節能省電正確性，由于變頻空調的不當廣告就連一般百姓都誤解了。有許多中大企業老板都認為這句話是真的。其實不然，電機驅動控制里面有許多使用變頻器都是浪費能源，特別是流體機械負載，也就是風機、水泵、空氣壓縮機、中央空調系統等使用變頻器大都是浪費能源的應用，

原因之一；就是這些負載設計時的最高效率就在額定轉速下，你改變了電機轉速還能最高效率運行嗎？所以現在變頻器用戶在流體機械驅動都是當軟起?？刂?。

原因之二；低壓變頻器有運行損耗15%，多電平中高壓變頻器有25%的運行損耗，這些損耗計算進去了嗎？應該沒有。因為這些損耗你不知道，變頻器制造廠是不會說的秘密。

原因之三；變頻器帶來嚴重的電網環境污染問題，包括電網諧波污染以及無線電干擾問題必須投資購買相關抑制設備解決，而且這種污染無法完全解決。

原因之四；驅動電機的壽命嚴重縮短，驅動電機異常發熱（鐵損增加），電機線圈絕緣隨時擊穿（尖峰電壓），PWM電磁噪音讓你的操作工人耳背聽力下降（家里的老婆大部分是用吼的）。

原因之五；整個車間的溫度上升，必須加大空調運行；進線變壓器、變頻器、諧波補償、濾波器、電纜線、驅動電機哪一個都是異常發熱現象，這些熱量必須空調來降溫，電費又增加了。

4. 使用變頻器就是節能省電  錯誤理解；變頻器本驅動系統身不節電還要消耗額外運行損耗（低壓15%-中高壓25%），同時產生嚴重的電網環境污染問題需要去投資治理解決。

5. 注塑機要節電需要變頻器 錯誤觀念，變頻器只能使用軟起停功能，油泵電機不能調速，如果使用變頻器會增加驅動系統運行損耗15%及帶來的環保污染問題。

6. 變頻器可以取代軟啟動器 變頻器不能旁路運行，無法取代軟啟動器，相反的，瘦斯達軟起動器采用間歇式起?？刂瓶梢蕴娲冾l器在流體機械節能驅動控制。

7. 風機、水泵使用變頻器才能節能省電 觀念錯誤，風機、水泵原始設備都是不允許調速，如果使用變頻器會增加驅動系統運行損耗（低壓15%，中高壓25%）及帶來的環保污染問題。

8. 風機水泵要節能就要使用變頻器驅動 應該是流體、液壓、電磁閥控制不能使用變頻器-因為負載不允許調速（已經是最優、最高效率設計了，調速就會劣化驅動性能）。風機、水泵如果要使用變頻器驅動節能控制必須核算節能空間并將驅動系統按照調速范圍設計選型。

9. 變頻器對電網環境污染影響

9-1.變壓器諧波污染：這是目前電力公司最關注的事情，因為不只會傷害到變壓器而且還影響到二次變電所的供電系統質量。由于變頻器的輸入端是整流濾波，因此電網電流不是正弦波而是尖峰脈沖電流，這種電流會產生脈沖電壓疊加到正弦波上面而破壞變壓器線圈的絕緣導致層間短路燒毀變壓器，另外諧波導致大量的鐵損，因此變壓器效率降低，大幅度發熱運行效率降低，這個損耗有可能用戶不必承擔，而是電力公司。

9-2.無線電干擾（EMI）；變頻器IGBT高速切割電壓產生無線電脈波并通過電機線發射形成無線電干擾，無線電干擾有傳導、輻射、感應等方式；對周圍附近的自動控制系統產生很大的干擾，工廠電氣工程師每日窮于應付變頻器的無線電干擾問題。

9-3.電磁噪音：變頻器驅動電機因PWM原理造成電磁噪音，噪音造成員工耳背現象，目前Fc載波頻率約1-20 kHZ，載波越高則噪音越?。撾x音頻范圍），但是系統效率越低、干擾越大。

9-4.尖峰脈沖電壓：由于PWM產生的脈沖電流與電機輸入電纜線形成疊加電壓在電機線圈上面，而電機線圈耐壓一般為800V左右，故非常容易被突波高壓擊穿形成層間短路，此現象在電機線較遠或潮濕腐蝕環境更明顯。

9-5.開關器件的影響，由于變頻器的電流是尖峰脈沖，在各種開關的觸點導致局部發熱現象，導致開關器件壽命嚴重減短。

9-6.到處異常發熱 使用變頻器后電網供電系統所有的開關器件、變壓器、電纜線（集膚效應）、驅動電機都會異常發熱，因為變頻器電流電壓都不是正弦波，高頻諧波產生鐵損異常熱量導致大幅度增加車間空調費用。

10. 變頻器的運行損耗有哪些？

變頻器的運行損耗從電網變壓器開始估算，包括：

10-1.進線變壓器損耗增加2-3%，由變壓器所有權單位承擔。

10-2.變頻器自身損耗由導通+開關損耗（與Fc成比例）相加；約2-5%。

10-3.集膚效應，變頻器到電機之間的電線異常發熱（與Fc、電線長度成比例），

10-4.驅動電機損耗增加：鐵損增加5-10%左右（電機外殼可以煮雞蛋）（與Fc成比例）.

10-5.負載運行效率下降（沒有估算），

10-6.諧波抑制裝置（諧波補償） 損耗3-5% 交流電抗器及直流電抗器，抑制效果與電感量（損耗）成比例.

10-7.高頻抑制裝置 （噪聲濾波器）：輸入及輸出各0.5-2%（高頻濾波器損耗與Fc成比例）。

11. 多電平變頻器不是中高壓電機節能產品  

許多企業領導都被誤導了。中高壓變頻器因為增加一個移相變壓器（移相變壓器的效率在滿載效率最高只有90%而已）所以中高壓變頻器最高運行效率只有75%而已，相信知道多電平變頻器損耗真相后很多人會被嚇到，同時也真正的了解變頻器不省電的原因。

12. 變頻器對驅動電機的影響  變頻器對電機的影響相對重大，請參考下列資料；

12-1. 電機外殼溫升提高10%以上（與Fc成比例）。

12-2. 電機線圈處于絕緣劣化邊緣，因為突波電壓疊加在工作電壓上面（與Fc成比例）。

12-3. 電機軸承故障率提高，電腐蝕現象在潮濕地方更明顯。

12-4. 電機運行效率下降約10%（與Fc成比例）。

12-5. 電機PWM電磁噪音嚴重，員工耳背現象（與Fc成反比例）。

12-6. 電機震動加大。

12-7. 電機壽命大幅度減少。

12-8. 電機故障率大大提高。

13. 運行損耗是什么？ 運行損耗就是運行的功率中的一定百分比是損耗，低壓變頻器約有15%的運行損耗，如果運行功率為60kW，那么損耗就是9kW，中高壓多電平變頻器的驅動損耗為25%，如果運行功率為800kW，那么運行損耗就是200kW。

14. 變頻器是綠色節能產品？ 絕對不是，恰好相反，變頻器沒有增加諧波補償及高頻抑制裝置前是環境污染最嚴重的電氣產品，變頻器是環境污染制造者，對電網諧波污染、無線電干擾、用電開關器件異常發熱，驅動電機異常發熱外還有尖峰電壓破壞絕緣及電腐蝕現象等，正常壽命嚴重縮短。

15. 空氣壓縮機要節能省電就要使用變頻器 應該是流體、液壓、電磁閥控制負載不能使用變頻器-因為負載不允許調速，變頻器當作軟起動使用需要付出15%額外損耗還要承擔電網污染及環境污染問題。

16. 變頻空調最省電 錯誤，因為壓縮機不允許調速，而且變頻器驅動系統約有15%運行損耗；只有旁路運行的能效比最高（因為負載運行在最高效率）。如果壓縮機制造廠說他們使用可調速壓縮機呢？那么轉速與效率曲線能否提供？任何驅動系統不可能調速后效率還是保持最高?？照{要節能就不能使用變頻器，必須使用壓縮機間歇性起?？刂萍夹g才會運行在最高效率（最高能效比）。

17. 變頻器功率因數很高 錯誤，變頻器的功率因數很差才對。因為變頻器輸入側尖峰電流傳統電表、鉗表無法感測到，而沒有諧波補償裝置的變頻器功率因數都很低。主要原因在于輸入電流不是正弦波；相同的道理，直流電機控制器為可調整流器（Converter）沒有諧波補償裝置輸入功率因數也是很差-不是很好。

18. 中高壓電機要節能就要使用變頻器來節能改造 觀念錯誤，該是流體機械傳動系統不允許調速，也就是說變頻器不能作為節能改造的產品。同時，中高壓變頻器節能驅動還必須先考慮25%的運行損耗、電網環境污染、電機壽命等問題。

19. 流體機械如何有效節能控制？

采用最簡單的起?？刂?，只要匹配合適的軟啟動器，能夠允許多次起動的軟起動特性即可使用。

20. 有沒有比變頻器更好的節能產品？

有，西普公司已經開發出最先進的瘦斯達產品交流異步電機節能驅動控制產品。

21. 瘦斯達電壓等級包括哪些范圍？單相、低壓、中高壓全部齊全，驅動電機容量可達65KKW（65MW）。

22. 變頻器制造廠說變頻器的損耗約3-5%左右對不對？ 對也不對，變頻器制造廠說的的是變頻器本身損耗，沒有說明因為使用變頻器帶來的系統額外損耗，所以電網污染、諧波補償、高頻抑制等裝置及驅動電機的額外損耗（比不用變頻器損耗加大很多）均被故意忽略了，當然。如果變頻器制造廠加上去這些損耗會導致銷售量大減。

23. 變頻器只要降低轉速才能省電 錯誤觀念，省電的概念應該是作同樣的功消耗更少的電力才對，變頻器降低轉速就相對的降低做功，不能使用“省電”這個名詞而是“耗電”。

24. 流體機械使用變頻器控制最大問題 

變頻器在流體、液壓、電磁閥控制（風機、水泵、空氣壓縮機、冷凍機、注塑機等）驅動控制因為負載不允許調速，老系統要使用變頻調速導致設計參數變化而無法正常運行；無法節能還必須額外增加15%（多電平變頻器25%）的運行損耗以及帶來的環境污染問題付出代價。

25. 注塑機使用變頻器節電嗎？

注塑機的節電空間是因為液壓壓力到達后電機有起動沖擊電流問題而無法停止運行必須采用電磁閥作加載-卸載控制，而電機空載運行損耗約30-40%，這就是節能空間。  如果采用變頻器作節能改造會減產并增加15%的運行損耗、電網諧波污染、電機PWM電磁噪音污染以及電機壽命縮短現象。

當前注塑機使用變頻器節能改造只能使用變頻器的起停功能，沒有調速功能可以使用，因為注塑機液壓系統不允許調速，所以使用變頻器是錯誤的，選擇允許多次起?？刂频能浧饎友b置才是正確的。  

  注塑機廠家應用變頻器后帶來的電網污染（電力公司隨時盯梢）以及驅動電機溫升提高導致空調電費提高，PWM電磁噪音嚴重（員工耳背現象嚴重），無線電干擾問題嚴重造成附近機臺誤動作現象隨處可見（電氣搶修班日夜待命現象），而且電機壽命嚴重縮短。

26. 擠出機使用變頻器最省電嗎？ 原來擠出機器都有變速齒輪箱（恒功率系統），但是現在很多廠家都改成變頻器來調速（恒轉矩特性），導致擠出行業要額外增加15%的運行損耗，也就是增加15%的流動電費，還要面對嚴重的環境污染問題無法有效解決。因此，擠出機械最佳驅動方案是選擇允許多次起?？刂频氖菟惯_軟起動裝置替代變頻器。

27. 流體機械最合適的節能改造 風機、水泵、空氣壓縮機、冷凍壓縮機、液壓機械等負載原始設計都是固定速度不可調速，如果采用變頻調速將導致正常壽命減短、故障率提高、運行效率下降。采用允許多次起?？刂频氖菟惯_軟起動裝置才是正確選型。

28. 風機水泵降低轉速就能夠節能省電？不對，降速之后的做功相對的降低（壓力、流量均改變），怎么說節能省電？轉速為零時最省電，對嗎？所以節能省電應該指相同的做功消耗更少的電能才對。

29. 流體機械如何用變頻器來省電？ 變頻器在流體機械節能省電指的是流體機械在原始設計方案就是替代擋板閥門來控制流量，整個驅動系統均已經考慮到功率容量足夠大、且在允許的壓力變化范圍內。如果事先考慮到這兩個參數，整個變頻驅動系統的容量會變大很多（因為轉速與功率三次方比例）。所以，用戶需要加大驅動系統容量選型。

30. 恒壓供水系統使用變頻器最省電？  不對，恒壓供水一般采用并聯方式，采用變頻器的節電效果不好，因為變頻器有基本運行損耗，而且一般恒壓供水使用變頻器都是使用在軟起?？刂乒δ?，這樣增加15%能耗又產生電網諧波、電機噪音污染等問題。

31. 變頻器用戶怎么辦？？

變頻器在廠里的用電比率決定節能改造與技術改造的迫切性及投入金額，節能改造指的是使用變頻器在流體、液壓、電磁閥控制（風機水泵、空氣壓縮機、冷凍機、油泵電機等負載）節能驅動控制后還有很大的節能空間，低壓變頻器15%以上中高壓變頻器有25%的節電空間可以做節電改造；采用瘦斯達軟起動器間歇式起?？刂颇Ｊ娇梢怨澥∽冾l器的運行損耗而且沒有環境污染問題。

技術改造是解決變頻器產生的電網環境污染問題，包括諧波抑制以及高頻諧波抑制裝置的購買（當然也有更高昂的逆變式整流裝置）?？蛻舯仨毧紤]到技術改造不只是金錢的投入，更重要的是這些抑制裝置都不是百分百解決問題而且運行時都會耗電（都有2-5%的運行損耗）。當然，最簡單最便宜可靠的技術改造是不要使用變頻器，采用瘦斯達軟啟動器替代變頻器節能驅動控制。

32. 為何一般軟啟動器無法用在流體機械負載的節能驅動控制？因為一般軟啟動器的起動沖擊電流平均約為4倍左右，沖擊電流太大導致電機線圈發熱，交流電機無法接受多次起動要求。

33. 西普瘦斯達為何可以使用在流體機械節能驅動控制？因為瘦斯達的起動沖擊電流最大只有兩倍，多次起動不會影響到驅動電機的正常壽命。

34. 變頻器節電理論大部分立足于流體機械負載驅動控制時功率與轉速的三次方成比例，調速就能節省大量電費的印象深刻，為何“事與愿違”，不但無法省電還要支付更多的電費？

我們知道在流體、液壓、電磁閥控制驅動控制的轉速、壓力、功率（流量）的比例關系，但是實際上風機、水泵、空氣壓縮機、冷凍機等負載都已經設計在最優且最大壓力、轉速、功率以及最高效率的參數了，用戶不能改變電機轉速，否則機械負載會故障損壞、下降效率；所以流體機械是定速運行系統不能使用變頻器驅動。

簡單舉例，一臺37kW定速水泵要使用變頻器節能改造，運行時不能超過50HZ轉速否則電機及水泵會過載燒毀，如果降低轉速流量就會下降三次方做功，運行時間拉長許多倍，壓力揚程平方下降，壓力（揚程）不足時電機會空轉。那么只有按照相同的原理加大水泵、驅動電機的容量，同時加大壓力來設計管路；因為驅動系統必須依據最大功率最大揚程（壓力）、最大容量來設計選型，這樣的結果不是用戶所期待的結果。

35. 為什么近幾年生產力沒有提高而電力公司還是到處限電拉閘？答案是變頻器用太多了，使用變頻器在流體機械造成浪費能源，錯誤使用變頻器后不但沒有達到省電預期效果，大部分更浪費電力。

36. 如何解決變頻器帶來的問題？ 用戶可以不用變頻器（尋找替代產品）或少用變頻器來解決變頻器帶來的問題。國家標準委員會可要求變頻器制造廠比照香煙在包裝盒上清楚說明損耗與污染數據讓購買者普遍認識變頻器。另外，請家電制造廠不要再使用“變頻省電”字眼來誤導全體國民；國家的能效比是否也可以考慮調整修改？

附注：傳統鉗表或整流型指針表測量變頻器的輸入端電流很低的原因是因為這種儀表只能感測50Hz的正弦波電流，無法感測到高頻脈沖電流；實際上變頻器的功率因數因為諧波原因導致很低，而尖峰脈沖電流傳統儀表無法量測。