摘 要：随着国家的经济和社会的不断发展，科技也随之不断发展，越来越多的智能和生态化的电器产品进入了人们的家庭，这对于改善人们的生活质量和构建一个绿色、可持续的环境友好型社会具有重要意义。在这种情况下，将微电子，自动控制，通信，电子电源等多种科技方法结合起来的电子装备，在经历了几年的发展和不断地革新和迭代之后，取得了全新的科技成果。变频器以其可靠、高效、节能等特点，被广泛用于住宅的供暖、给排水和空调、电梯等领域。下面通过对变频调速技术在民用电力节能方面的具体运用进行介绍，并对变频器调速技术的工作机理进行了剖析，以供同行借鉴。

关键词：变频器；民用；电气；节能；应用

在国内，从变频器的使用情况来看，其使用领域已经进入了单系统试验、大规模使用和成套设备系统使用3个新时期。现在，一般的风机、水泵等大多数设备为交流电机牵引，采用变频器控制后，一是，可以通过对电机的频率、电压进行精确调整，从而达到高效、稳定的目的。同时，针对传统电动机在启动过程中存在着启动电流大的问题，采用变频调速方式进行启动时，可以减少启动电流，减少电动机过负荷的可能性。二是，采用变频控制可以根据要求对电动机的工作频率、工作电压等参数进行调整，从而达到智能控制。所以，在低负荷时，可以通过减小电动机的速度而减少能量消耗，而在高负荷条件下，则可以通过提高电动机的效率而减少能量消耗。由于变频器的成本不断下降，其投入的资金也在不断地减少，所以，在很多民用电器中，都已经采用了变频技术。

1.变频调速的基本工作原理

所谓变频，其实就是通过变换频率、变换电压来实现速度调节。它是把交流电源经过整流后变为直流，把经常关断的可控硅整流器所产生的方波，近似为一种交流正弦波。可控硅开关的开关频率取决于其产生的交变电流的频率。用变换的频率来调节转速的变化，即交流-直流变换。采用变频技术，通过调节定子线圈供给的功率，实现对电动机转速的调节。一般的三相感应电机都是采用铁芯和线圈组成的，转子绕组为笼形，所以通常称为“鼠笼式”电机。将三相 AC引入定子绕组后，在定、转子间的气隙中形成一股旋转的磁场，该磁场与转子绕组发生相对移动，从而在转子绕组中形成一种感应电位，从而形成一种与旋转磁场交互作用而形成的电磁扭矩，推动电机的运转。电机磁场的转速称为同步转速，用n1表示n1=60f/p（r/min）（1）式中：f—三相交流电源频率，p—磁极对数。转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：s=［n1－n）/n1］×100％（2），综合式（1）和式（2）可以得出n=60f（1－s）/p（3）。从公式（3）可知，完成的电动机具有给定的极对数 p，并且没有很小的转差率，那么电动机的旋转速度 n和供电频率 f是成比例的，所以通过调整输入供电的频率，可以使电动机的同步速度发生变化，从而实现对感应电动机的调节。然而，要使电动机在速度控制过程中达到最大扭矩，就需要保证电动机的磁场不发生变化，就需要对定子的电源电压进行调整。变频调速即既要调节频率又要调节电压，所以简单地称为 VVVF （设备）。根据电气学原理，我们知道，转矩与磁通（最大）成比例，当电机参数不变时，转矩与供电电压的平方成比例。

2.变频器在民用电气领域中的应用

2.1变频器在供暖中的应用

（1）在换热站中的应用

换热站中，整套换热机组包括换热器，循环水泵，补水泵，除垢装置，各类阀门，一、二次管网和部分热力测试仪表。供换热就是利用循环水泵将二次管网的回流水与一次网络的循环水进行换热，然后输送给客户供暖。供暖后的热水经循环泵送回热交换器，再次进行热量交换，周而复始。当再循环管出现渗漏时，换热站的补水系统将会自动开启，并根据二次供水管道的压力的改变来进行调节，最终实现整个系统的正常运行。

可见，换热站运行过程中，循环泵和补水泵是实现热交换的重要设备，原来的系统中循环泵和补水泵都采用工频的控制方式，不但调整时间较长，调整难度较大，同时也造成了能量的额外损耗，造成了较大的能量浪费。因此，在循环水中通过运用变频器，温度传感器及PLC的控制器来实现对循环泵转速的自动调节，依据温度传感器，实时监控供热系统的运行状况，同时将信息上传到PLC，PLC通过与预先设定好数值的比对，对供热系统运行状况自动判断，通过PLC对循环泵的变频器下达命令，变频器控制电动机的速度，从而达到实时调控供热负载的目的。这样可以将电动机在全负载及变动的全过程中的能耗降到最低，也提高了系统运行的稳定性。

此外，也可以对换热站的补水系统应用变频器，采用工频变频切换的控制模式，当变频器出现故障时，可以切换到工频模式，确保补水系统持续稳定的运行。依靠压力传感器对二次回水管网压力进行跟踪，当系统出现泄漏失水超过设定压力范围时，实现自动补水。

通过以上分析，我们可以看到，采用变频技术对供热交换系统进行改造，可以取得很好的节能效益。

（2）在锅炉系统中的应用

在锅炉送风系统中，最重要的是要确保经济燃烧，也就是煤粉与进气的比例问题，如果没有足够的空气，就会导致不完全燃烧，生成CO，这不仅会对环境造成污染，而且会导致大量的热量损失。如果能够确保合适的风煤化程度，则可以达到经济燃烧的目的。目前的测试方法和装置还不能很好地测量出进煤量和进风量，这对实现自动化控制有很大的困难。而变频器则可以按照实际的工况要求，对鼓、引风机的风量进行调整，保证机组在全工况下的风煤比总是处于最优或最优状态。变频调速装置还可以设置跳变频率，使系统更加稳定。

可见在供暖系统中，采用变频调速技术亦可以改善电力系统的电力因素，降低电动机的无功损失，改善电力供应的效能与品质。采用变频调速可以实现软启动，软停，调节循环量，按照输出频率进行调节，确保在不同流量下仍然能对管道的压力损失进行补偿，有效缓解系统启动、停机对设备造成的影响，降低电机的故障率，从而延长电机的使用寿命，最重要的一点是对节能减排起到了决定性的作用。

2.2变频器在恒压供水系统内的应用

近年来，我国住宅逐渐向高层化发展，这使得人均用水量急剧上升，高层住宅在用水高峰段很容易出现供水压力不足，无法保障人们正常用水的情况出现。而在科技不断进步的背景下，变频技术的应用极大改善了供水压力不足的情形。将变频技术应用于供水系统中，实现了在高层建筑中恒压供水，简言之就是用水量大的时候，供水量也会随之变大，而用水量变小时，供水量也会随之降低。变频器恒压供水系统的主要控制原理首先是压力传感器会对管网的压力进行检测，当接收到压力信号后，会将该信号转换成标准的电信号，在转换完成后会传输到变频器的模拟量输入端中，将其与事先设定好的压力值进行对比，同时还会利用变频器中的PID运算对压力值结果进行转换，达到控制水泵转速的目的，由此就能对供水系统的供水量进行适当的调整，从而实现恒压供水。变频器在恒压供水系统中进行应用其优势主要体现在三个方面：一是可以实现真正意义上的无人值守以及对自动供水进行控制；二是在电动机的启动电流上升到额定电流时，尽管启动时间延长，但是并不会对电网造成任何影响；三是既能够有效消除水锤效应，还能够根据实际需求对供水压力进行调节。因此，变频器在恒压供水系统内的应用能够使恒压供水系统真正实现节能高效地运转。

2.3变频器在空调中的应用

（1）空调柜机中的变频器

随着科学技术的进步，以往的固定频率空调渐渐退出了人们的视线，而 AC变频空调则是占据了主导地位。变频空调采用 VVVF （V/F）控制方式，以达到变频控制的目的。变频空调系统的主要构成部分是变频调速系统，它通过对输入电流的变换实现对空调电机运行频率的自动调整，克服了由于供电不稳而导致的运行困难。当变频空调开启以后，会先让空调以最大风量的最大功率来进行制冷或加热工作，尽快让周围的温度达到一个设置的数值。这种运行方式，尽管要求压缩机时刻处于运行中，但与原来固定频率空调的运行方式相比，而变频技术的引入，使得空调柜机不会由于经常开启和关闭而降低其使用寿命，而且能够更好地确保房间内的温度平稳，从而达到省电、节能、环境友好的目标。此外，基于提高空调柜机运行频率的变频空调的工作模式，即使在周围温度很低的情况下，也可以保持空调具有优良的制热性能，其最高热功率相当于固定频率的150%，所以在严冬也能得到良好供暖。

（2）中央空调系统中的变频器

中央空调高能耗的特点导致其在整个建筑物中的能耗占比高达60%以上，因此成为电力设施节能减排的重点目标。在进行中央空调系统的设计时，通常都是按照本地的最高气温和最大负荷状况来进行的，另外还会留出10%～20%的富余设计值，因此，绝大多数的中央空调都不会出现超负荷运转的状况，所以，可以通过变频技术来实现它的节能设计。目前，对集中空调的节能研究主要集中在制冷泵和制冷泵两个方面，在空调系统中，可以通过一台变频器来完成对多台水泵的共用变频控制，也可以在每个泵上分别增加一个变频器来调节转速，这就是所谓的“全变频”，与仅使用一套变频调速系统相比，这种方法可以实现较好的频率调节。另外，因为变频器属于软启动模式，如果用变频器来控制空调水泵，不仅能够节约能源，还能够延长水泵电机、控制装置和管道、阀门、轴承等机械零件的使用寿命。

2.4变频器在民用电梯中的应用

（1）垂直客梯中使用的变频器

电梯的出现和应用极大地提高了人类的出行效率，许多居民社区在修建高层建筑之后，为了保证居民生活方便，都安装专门的垂直箱式客梯，为了确保客梯的转速从0平滑上升到一个稳定的转速，然后由该转速的最高值在极短的时间内平滑地下降到0，这就需要变频器加以辅助，使其输出频率总是在0 Hz-50 Hz的平滑变换，这样电梯的运行在变频器的控制下，无论启动、运行或停止，都能在平稳的情况下平滑地转换，这对于提升旅客舒适性具有重要作用。在垂直客梯中，变频器的应用能够将竖式升降机的最优速度控制曲线存储于控制器的贮存器中，从而通过该控制构件持续地比较真实速度和最优速度控制曲线，并根据其结果来调节电机的频率，以此保证竖式升降梯的工作加速度处于平稳状态。

（2）自动扶梯中使用的变频器

虽然电梯在市民家庭中的应用并不多，但在人们的生活和娱乐场所中，电梯的存在并不少见，与以往持续运行的自动扶梯相比，现在比较常见的节能变频智能扶梯在升降门口处加入一个感应器，在无人时，将电动机的运行频率由高下降，首先将转速降下来，然后缓慢地运行一段时间，如果没有人，则重新切换到切断供电的模式，达到省电的效果，不仅绿色，还能极大地提高自动扶梯的使用寿命，为人们乘坐电梯的安全性提供有力保障。

2.5变频器在建筑风机系统中的应用

随着我国城市化进程的加快，各类风机的应用日益增多。在一般情况下，通过隔板来调整风扇的流量，这样的方法虽比较容易，但消耗的电力比较多，可以达到风扇的60%—70%，而且，因为使用量经常变动，在工程上有很大的余量，所以会出现“大马拉小车”的现象，与当代建筑的节能思想不符。与此同时，随着风机数目的增多，供电设备的能力也随之增长，加大了企业的成本投入，因此，对风机进行频率调节是非常必要的。因为风扇载荷为平方定律载荷，也就是气流对桨叶的阻力随速度的平方成比例关系。另外，利用变频器和控制器，按照风扇的管道压力来进行变频调速，在对风机进行变频控制时，其控制模式多为开环模式，也就是通过按键、外部电位计或者通过控制信号来实现对其的控制。

结束语：

综上所述，随着我国城镇化进程的不断推进，节能减排的要求越来越高，变频器调速系统由于其运行简单、维修方便、精确控制、性能优化等特点也越来越突出。使用变频技术，既能避免不安全的因素，又能使整个系统始终处于一种工作状态，延长各类电器的使用年限，更能适应生产、生活的需要。由于其固有的闭环调整功能，使得它很容易与其他的控制系统相结合，从而使其在供暖和其他供暖网络中具有很好的推广价值。另外，随着变频器在住宅和商业楼宇中的普遍应用，其作为一种具有良好性能的节能装置，不仅对改善人们的生活质量和构建一个绿色、可持续的环境友好型社会具有重要意义。基于此，通过本文论述进一步了解和掌握变频器在民用电气节能领域中的具体应用，希望以此能为变频器实现更广泛的应用奠定相应的理论基础。

参考文献

[1]习猛.浅谈变频器在民用电气节能领域中的应用[J].市场调查信息：综合版， 2022（04）：154-157.

[2]黄向阳.浅谈变频器在节能领域的应用[J].有色冶金节能， 2021（04）：128-131.

[3]杜海香.浅谈变频器在锅炉电气系统中的节能应用[J].2020（05）：224-226.

[4]曾祥辉.PLC和变频器在空压机节能改造中的应用[J].中国新技术新产品， 2022（06）：135-138.

[5]刘红军.简述变频器在民用建筑行业中节能的应用[J].城市建设理论研究：电子版， 2021（01）：114-116.

[6]刘青泉，鄢光辉，徐名霞.变频器在中央空调系统中的节能应用[J].电气技术， 2021（08）：122-115.