在許多應用中，在交流電動機的上游添加變頻驅動器(VFD)可以降低能耗，減少峰值需求并提高功率因數。在啟動和運行期間降低電動機速度可以削減維護成本，增加正常運行時間并延長設備壽命。盡可能降低電動機速度可以減輕電動機及其連接設備的壓力。無論是應用程序泵，物料輸送機還是自動化設備，都可以通過計算和限制系統的最大必要速度，以及在啟動和停止時平滑加速和減速來減少維護。

盡管本文的主要重點是顯示降低電機速度如何降低維護和維修成本，但使用VFD在某些應用中還可以節省大量能源。根據美國能源部的出版物“可調速驅動器的部分負載效率”，將旋轉設備的速度降低20%可以將輸入功率需求降低大約50%。根據IHS Technology的研究，這一點尤為重要，該研究發現，對于工廠中使用的普通電動機，電動機總擁有成本的96%由其終生用電量構成。維修和保養費用占另外2%，購買費用占剩余的2%。

負責IHS Technology旋轉機械和控制裝置的分析師凱文·席勒(Kevin Schiller)表示，很難計算出連接至電動機的VFD的平均投資回報率。在進行此類計算時要考慮的變量包括電動機規格(包括額定功率，電動機效率，電動機類型)，應用(最常見的是泵，風扇和壓縮機)，電動機運行情況(包括電動機的啟動/停止頻率，在不同的負載百分比，電機運行天數，以前使用機械節流的情況下的運行時間以及其他成本因素(例如回扣/激勵措施，電價和VFD效率)。

席勒說，驅動器附件的其他好處可以減少投資回收期，包括減少電動機應力和延長電動機壽命，減少涌入電流，以及在具有這種功能的驅動器上實現可再生的節省和諧波的緩解。

席勒說，一般來說，供應商報告說，客戶在做出電機系統購買決定時最多期望2年的投資回報。一些供應商已經相應地改變了策略，計劃免費提供更節能的設備，并從安裝后實現的節能中收取費用。這在改造方案中更常見，尤其是在樓宇自動化應用(例如HVAC設備)中。

考慮最常見的電動機故障原因時，電動機軸承和損壞的定子繞組位于頂部或頂部附近。兩者合計，軸承和繞組問題占電機故障的一半以上。較少的電動機旋轉可減少磨損，因此降低電動機速度可增加轉子和軸承的使用壽命。以較低的速度運行還會減少動態和靜態負載以及熱，振動和沖擊應力。

從停止狀態緩慢上升到運行速度，并以較低的速度運行電動機，這可以減少電動機軸承，電動機繞組絕緣層和連接的機械組件的磨損，從而延長電動機的使用壽命。從理論上講，降低電動機速度以在泵和風扇上提供50%的流量將使馬力要求降低到100%流量時所需功率的1/8。減少了工作量，因此減少了磨損。

工作量減少，發熱量也減少，從而延長了絕緣壽命。定子繞組的絕緣壽命受到熱量的不利影響，電動機運行速度較慢通常會降低熱負荷。在降低速度時，對于所有類型的電動機，在可變轉矩負載應用中，繞組壽命都會增加。對于使用全封閉不通風(TENV)，全封閉鼓風機冷卻(TEBC)或防滴力通風(DPFV)電機的大多數恒轉矩負載過程，情況也是如此。在恒轉矩負載下運行全封閉風扇冷卻(TEFC)電動機時，由于溫度升高，在低速下絕緣壽命可能會降低，因此可能會運行得太慢。

每個過程，輸送機和設備應用程序在任何給定的時間點都具有最佳速度。該最佳速度可以以每分鐘加侖，每秒英寸，每分鐘的零件等表示。保持速度接近此最佳點可以幫助降低維護成本。

VFD提供了調整工作量以匹配負載的功能。一些過程需要調節流量或壓力。具有比例積分微分(PID)控制的交流變頻器可以控制泵的速度，從而控制流量或壓力。該速度調節可能比流量控制閥將多余的流量傾倒回油箱更有效。交流傳動控制系統減少總流量或所輸送壓力的能力還可以實現平穩的變化率，例如減少水錘效應，該效應可能會給電動機，泵，閥門和過程管道帶來壓力。

不必要的高電動機速度會影響電動機所連接的任何設備。機械系統和動力傳輸受益于較低的負載和應力。很容易看出，線性致動器中的滾珠絲杠上過高的轉速會產生影響，因為太快的運轉會導致絲杠彎曲和振蕩。由于機械系統(例如泵，風扇和變速箱)中的過快速度，可能會發生其他類型的有害影響。

定制設備，例如多工位轉臺，必須滿足周期時間要求。過度運行工作臺和相關執行器會增加運動控制部件(如聯軸器，軸承，滾子，滾珠絲杠和變速箱)的磨損。控制轉臺電機僅以所需速度運行也可以提高長期精度和耐用性。

動態應力(例如高加速度和減速度)，無論速度如何，都會引起各種維護問題，例如軸承故障以及生產設備中的聯軸器，皮帶和鏈條斷裂。

與受控啟動相比，跨線啟動在電動機和電氣系統上更難。起動和停止是電動機運行中壓力最大的部分，因為它們會引起較高的動態應力，頻繁的起動和停止會增加電動機的溫度。

交流變頻器不僅可以控制運行速度，而且還可以降低電動機的加減速率。與全線啟動器相比，VFD可以減少涌入電流，從而將啟動轉矩降低30-75%。這樣可以減少皮帶，齒輪，鏈條，離合器，軸和軸承的磨損。如果必須在輕負載的電動機上保持高速，則許多VFD都可以利用內置的可配置電壓/赫茲曲線。利用此功能，輸出電壓相對于輸出頻率降低。在輕載應用中，這種降低的電壓可減少電動機中的勵磁損耗并減小電動機電流，從而在不犧牲速度的情況下減小了熱應力。

VFD當然并不適合每種應用，但在實際中，通過控制速度，加速和減速可以減少維護，增加正常運行時間并延長設備壽命。了解更多電機專業知識及技巧，可加入電機行業內qq群136274082，業內專業老師傅解答。