什么是 VFD？

VFD 是一种电机控制器，通过改变电机电源的频率和电压来驱动电机。VFD 还能对电机启动期间的加速或停止期间的减速进行控制。

尽管 VFD 控制的是电机电源的频率和电压，但我们通常把它看成一种速度控制，因为结果是调节电机速度。

调节电机速度的原因多种多样。

例如：

• 节省能源，提高系统效率
• 在混合动力或电气化应用中转换动力
• 调整驱动器的速度、转矩或功率以适应工艺需求
• 改善工作环境
• 降低噪音水平，如风机和泵运行的噪音
• 减少机器和电机绕组中的机械应力，延长使用寿命
• 减少高峰期用电，避免高峰期用电价格增加，并减小所需的电机规模

如今的如今的变速驱动器集成了网络和诊断功能，可提升控制性能，并实现更高的生产效率。因此，节能、智能化的电机控制以及减小峰值电流是选择 VFD 作为电机驱动系统的控制器的三大原因。

• VFD 最常用于控制风机、泵和压缩机。这些应用中的变频器占全球运行的所有变频器的 75%
• 需要精确运动控制的输送机、离心机、起重机、升降机和工业过程设备也是 VFD 的常见应用领域
• 用于电动和混合动力船舶的电力推进系统是另一种常见用途，其中，VFD 在未来海运系统的电气化中帮助完成基本功率转换
• 软启动器和全压启动型接触器是两种较为简易的电机控制器。在简单应用中，它们用于在停止和启动时保护电机

  -            软启动器是一种固态设备，可在电机启动期间平稳加速到全速

  -            跨线接触器是一种对电机施加全线电压的电机控制器类型

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VFD 可降低电费。

变频驱动器可使用 VFD 控制来调节电源以匹配被驱动设备的电能需求，这就是它实现节能或优化能耗的方式。

在传统直接启动 (DOL) 操作中，不管实际需求如何，电机始终以全速运行，而变频器则可大幅度降低能耗。使用 VFD，速度控制不会浪费能源（例如，不同于利用节流阀或阻尼器进行的调节），但却能调节电机功率，准确满足实际需求。使用使用变速驱动器，通常可节省 40% 的电力或燃料。滚雪球效应意味着，使用变频器还可帮助所在系统减少氮氧化物和二氧化碳的排放量。

案例研究：了解 VFD 如何大幅降低 Roca 集团工厂的能耗

VFD 广泛用于使用储能技术的混合动力或电动系统中的功率转换。电气化的增长意味着在海上和陆上，快速充电、直流电网、Power-to-X 中的电解术、智能电网、储能等方面对功率转换器的需求量很大。



深入了解各种功率转换应用：

• 通过功率转换实现电气化
• 用于岸电和船舶充电的电力转换
• 可替代 UPS 的工业直流备用电源 - 确保不再出现功率骤降
• 应用案例：芬兰的 RoPax 渡轮如何使用 VFD 通过电池供电运行
• 应用案例：丹佛斯 iC7-Hybrid 为 Everfuel HySynergy Power-to-X 项目提供助力
• 应用案例：荷兰移动储能装置供电事件

因为变频器广泛用于工业中，所以存在很多不同类型的变频器。已衍生出了许多适用于各类应用的单相和三相 变频器。变频器类型的差异包括用于频率和电压控制的方法；以及变频器降低谐波失真的方式。

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变频器中采用的三大变频技术包括：脉冲宽度调制 (PWM)、电流源逆变器和电压源逆变器。最常见的是 PWM 技术。此技术需要多次开启和关闭 VFD 的功率逆变器设备，即晶体管或绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)，以生成合适水平的均方根 (RMS) 电压。PWM 通过控制和调整脉宽来改变输出频率和输出电压，实现对 VFD 的控制。

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能源费用是许多工业公司除工资以外的最大成本。通过在以下应用中安装 VFD，可将能源费用降低 20-60%：​

• 数据中心、其他建筑物、停车场或隧道中的 HVAC 系统或空气输送​
• 用于液体和水管理的泵
• 空气压缩机
• 现场的其他压缩机，如冷库​

“如果全球所有风机和泵都配备 VFD，则节省的电能将等同于欧盟的总发电量。通过使用变频器，温室气体排放量到 2040 年可以减少 40%。”

来源：OMDIACOP26 全球报告

风机、泵、输送机和压缩机等被驱动负载的控制不良或过时是能源浪费的主要来源。许多风机、泵和压缩机应用仍然采用直接启动 (DOL) 方式并以全速运行。即使是新设备也按固定的全速运行。2023 年，超过 74% 的新设备安装为 DOL 运行方式，因此，仍有足够的空间来提高能效。 ​

如果为所有风机、泵和冷却器都配备了 VFD，通常预期可节省 20-60% 的能源费用。对于每种电机负载，通过 VFD 控制可节省高达 80% 的电力。

通过对风机和泵进行变速控制，通常可以节省 40% 的能源。这可通过可变转矩曲线来确定。对于风机和泵，电机速度降低 20% 可节省 50% 的能源。 

了解美国伊利诺伊州这家工厂通过在空气处理机组 (AHU) 中采用风扇控制实现的节能效果

VFD 在起重机和输送机等工业应用中也发挥着至关重要的作用。在这些应用中，工艺优化和精确的速度和位置控制是使用 VFD 的主要原因。例如，VFD 提供集成的状态监控和防摆功能。对于输送机，VFD 配备了集成的高精度定位控制装置，作为伺服解决方案的替代方案。VFD 集成的状态监控 (CBM) 与远程监控服务相结合，不仅提高了可靠性，而且在可视化和记录方面创造了新的优势。虽然 VFD 还可以帮助节省能源，但对于输送机和起重机，不太可能达到风机和泵可实现的 40%。

详细了解 VFD 在输送机和工业起重机应用中的价值

在船舶推进系统中，电机和 VFD 正在迅速取代柴油发动机和机械系统。如果没有 VFD，则无法控制船舶的速度和方向。



除了优化能效外，VFD 还能在船舶应用中提供一系列其他优势。其优势包括集成的功能安全、轻松集成到船舶系统中、甲板下方空间有限的紧凑型控制以及提高船上电源质量。

许多船舶仍然使用柴油发电机来发电。然而，全电动渡轮正在迅速变得越来越普遍。

深入了解我们的船舶案例故事，了解变频控制和功率转换如何优化船舶性能并减少船上和岸上排放。

知道吗？已安装的现有交流电机中有 26% 配备了 VFD？75% 的电机用于驱动可变转矩负载（风机、泵和压缩机）。在工业工厂中，可变转矩负载的控制拥有最大节能潜力。投资变频驱动器 (VFD) 技术来控制这些应用，再加上可能的电价补贴，是降低能源费用和工厂脱碳的最快方法之一。​

信息来源：OMDIA COP26 全球报告

了解我们的产品系列：关于脱碳的说明

欧洲提高了电机能效标准，从 2023 年 7 月起，额定功率为 0.75 至 375 kW 的电机必须达到最低 IE4 的电机能效等级。

但是，将 DOL 电机从 IE1、IE2 或 IE3 升级为 IE4 实际上会增加风机或泵消耗的电能，因为滑差更高。因此，我们建议在这些电机升级过程中安装 VFD，确保成功降低系统能耗。

信息来源：欧盟 MEPS, 欧洲生态设计法规

知道吗？95% 的电机规格过大或适合峰值负载场景？许多现有系统仍然使用机械压制装置（阀门或阻尼器）来适应部分负载情况下规格过大的问题。VFD 可以取代阀门控制装置，显著降低电机或被驱动负载的运行成本。这样，就可以同时降低电机的尺寸。

投资 VFD 时，典型的投资回报期短至 6-12 个月。

示例：一个 7.5 kW 泵，每年运行 8,000 小时，按每 kWh 10 美分的电费计算，消耗的电力成本为 6,000 美元。

• 安装 VFD 可将电机速度降低 5Hz (10%)，节省 27% 的电量：每年节省 1,600 美元
• 生命周期内总节省：40,500 美元
• 回收期：6-12 个月