廖大师重现江湖之 “变频器应用G/P选型” 新说

廖大师重现江湖之 “变频器应用G/P选型” 新说

廖大师已有一年的时间从变频器维修技术类网站上近乎销声匿迹。原因很简单，因为自去年返乡并进入“沃森变频器”工作后，大师就已从维修技术员的身份转变到以变频器应用技术为主的工作。因工作的转变自然也不再有发表个人对变频器维修技术“奇思妙想”的机会。想想新的一年又开始了，而新的工作内容转换已有一年，现抛出变频器应用选型技术上的《变频器应用G/P选型》与大家共同探讨。
原来在维修变频器时，很少去仔细想G型和P型的直接理论关系，因工作的需要，本人一直想找出有关G/P理论上的相关数据或最简单明了的解说，却一直未能如愿（或者说是能让大师信服的）。现如今大师自己推出本文，是为纪念大师在“沃森变频器”工作满一周年，同时也算是对这一年来的工作向大家有个交待吧。交待的目的当然是想大家能够参与大师新说的讨论。
以下内容纯属大师个人观点，不代表大师向任何其他单位或个人强迫遵循本人的立场。
开始说故事前提出几个约束条件：

一，本故事基于“能量守恒”原理（大师自以为的）。
二，本故事为叙说的简便性，采用理想的物理模型（大师自以为的）。
三，本故事为验证的简单性，采用理想的数学模型（大师自以为的）。
四，基于上述三点，有2套完全相同的水泵系统（如图所示分别为系统G和系统    P），它们的电机功率都是11KW和额定电流25A并且工作时由电能转换成机械能的效率为100%，也就是说没有能量的损耗。它们中间的水泵由机械能转换到液体的位能（即流量）的功率相当于11KW，而且传递的效率为100%，也就是说同样没有能量损耗。系统G所工作的液体为盐水，系统P所工作的液体为自来水，并且它们之间的比重为15比11。

如图，在任何情况下都能满足水泵可获得100%的源动力时，在相同的时间工作内，系统G和系统P所抽到水池的体积是相等的，也就是说，系统G所做的功是系统P所做功的15/11倍，再假设系统G电机的工作电流是25A，在如前大师所设定能量没有损耗的情况下，则系统P电机的工作电流是I=25*11/15=18.33A。现在我们假设，要使系统G和系统P所做的功是相等的，在原系统不变的情况下，则系统P所抽上去的水量是系统G的15/11倍，也就是系统P的工作时间应该是系统G的15/11倍。现在我们再来假设，如果要求该两系统在相同时间内所做的功是相同的，则必须把系统P换成15KW“流量”的水泵，也就是说在相同的时间内，系统P所抽的水量是系统G的15/11倍。根据能量守恒原理，此时系统P电机的工作电流也必定是25A，两系统所消耗的实时功率都是11KW，两系统中水泵的实时功率因负载的不同而分别为 “11KW(G)盐水”和 “15KW(P)自来水”但两系统在相同的时间内所做的功都是相等的。
从上面的分析可知，在相同电机相同水泵的能量转换与传递过程中，它们不因电机或水泵的功率改变而改变（在满足系统中最大功率需求环节的前提下），是由被做功的载体来确定。在该模型系统中，如果把盐水比作重载的话，那么自来水就是轻载；或者说如果把盐水比作通用型（G）型负载的话，那么自来水就是风机水泵（P）型负载。
如果上面的理论成立，则P=11g（KW）=15p（KW），此时I=Ig=Ip=25（A）。
以上2个例子中，所有物理量都是理想化的，此时可以推出15P=11G，表面上看是一个常数，其实不然，如果盐水与自来水的比重不是15/11，而是其他比例的话，则G/P之比也将随之改变，由此可见，G/P之比是一个系数而不是常数，但可以确定的是它们的比值小于1。
既然负载功率就已经完全能够满足所有应用场合电机功率选择，为什么还要人为地将它们分为G型和P型？岂不是多此一举？其实不然，还是以上面的例子来分析。
当系统P中将水泵改为15KW的水泵后，然后我们再用它来抽盐水，此时电机的电流将远远大于它的额定工作电流25A而达到30A以上，此时电机将处于过载状态而影响电机的使用寿命，如此配套必定影响到工程的质量显然不合理。同理，我们将系统G的水泵来抽自来水，此时电机的实际运行电流仅18A多，此时电机的剩于功率过大，这样的配套在工程成本上显然也不合理。
从以上分析中可以看出，在盐水与自来水的电机与水泵的选型中，显然存在最佳的一一对应关系，那就是盐水时11KW电机配11KW水泵，自来水时11KW电机配15KW水泵。从理论上G/P分型显然是给出一个确切的物理量供我们参考，而且它还给出了一个数学量的趋势方向，那就是G/P之比小于1或者说这个系数是小于1的！它从理论上给出了电力拖动系统中电机与它的直接负载的理论关键所在。
类似大师所举的例子很多，如鼓风机和引风机配对使用时，虽然它们同为风机类负载，但引风机可能出现负压而致使电机电流增大，或者说它的工作中有突变负重的情况。所以工程应用中通常要求先开与后停鼓风机，有些情况甚至严禁单独开引风机却可以单独开鼓风机。这样，即使是同类型的相同负载，也可能导致电机运行电流的不同。显然，对于那些具有突变性的负载也必须考虑到电机运行电流负重突增的实况。
以上是对电机和水泵都工作在工频时的理论分析。当我们做变频改造或应用时，使得变频器，电机，电机的机械能负载以及最终被做功的载体共同组成能量变换与传递的关键。这样电机电流由它的负载所决定，更为关键的是变频器的过载能力相对于电机而言几乎没有的。因此整个系统中最为脆弱的环节就是变频器。表面上看电机的功率就能确定变频器的功率了，但实际上电机的过载能力对比变频器来说很强，所以我们不得不考虑电机实际运行中电流的突增现象。而且这还是在以电机与负载以最佳的选型搭配来说的，要是电机与负载选型时原本就存在小马拉大车的情况，那么选择变频器容量时必须加倍注意。