變頻器課程設(shè)計(jì)--變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用

1、<p>　　變頻器技術(shù)與應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　（2011—2012學(xué)年 第一學(xué)期）</p><p>　　題 目 變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用 </p><p>　　系 別 </p><p><b>　　專(zhuān) 業(yè) </b></p><p>

2、　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成時(shí)間 </p

3、><p>　　評(píng)定成績(jī) </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　中央空調(diào)在高層建筑中是耗電大戶，其耗電量約占建筑物總耗電量的60%。因此，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓?jié)能技術(shù)改造，降低能耗，顯得尤為重要。文章著重探討在中央空調(diào)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，利用變頻器，將溫差控制器在中央空調(diào)冷凍泵、冷

4、卻泵進(jìn)行節(jié)能改造的應(yīng)用，并闡述其原理方法及節(jié)能效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；中央空調(diào)；溫差控制器；變頻器改造；節(jié)能；</p><p>　　Inverter In The Central Air-conditioning System Energy-saving Application</p><p>　　【Abstract】Central air-c

5、onditioning is the major consumer of electricity in high-rising buildings, which accounts for 60% ofelectricity consumption of a building. In this case, it is important to reconstruct its energy-saving facilities and tec

6、hniquesand reduce the energy consumption. The paper lays emphasis how to use frequency transformer to apply temperature controller to reconstruct frozen-seal pump and cooling pump during the running process of central ai

7、r-conditioning units. And its princip</p><p>　　【Key words】high-rising building; air-conditioning; temperature controller; the reconstruction of frequency transformer; energy-saving.</p><p><b

8、>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章緒論1</b></p><p>　　1.1背景及意義1</p><p>　　1.1.1背景1</p><p>　　1.1.2意義1</p><p>　　1.1.3發(fā)展?fàn)顩r1</p><p

9、>　　1.2研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　第2章中央空調(diào)5</p><p>　　2.1中央空調(diào)5</p><p>　　2.1.1中央空調(diào)5</p><p>　　2.1.2中央空調(diào)的作用6</p><p>　　2.1.3中央空調(diào)的特點(diǎn)7</p><p>　　2.1.

10、4中央空調(diào)的分類(lèi)7</p><p><b>　　第3章變頻器8</b></p><p><b>　　3.1變頻器8</b></p><p>　　3.1.1變頻器的工作原理8</p><p>　　3.1.2變頻器分類(lèi)9</p><p>　　3.1.3變頻器

11、控制方式9</p><p>　　第4章PLC的運(yùn)用12</p><p>　　第5章方案設(shè)計(jì)13</p><p>　　5.1中央空調(diào)節(jié)能改造方案13</p><p>　　5.1.1冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制13</p><p>　　5.1.2冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制14</p><

12、p>　　5.1.3電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1.4參數(shù)設(shè)置15</p><p>　　5.2節(jié)能公式16</p><p>　　第6章PLC程序圖17</p><p><b>　　第7章結(jié)論19</b></p><p>　　7.1對(duì)系統(tǒng)的影響19</p&

13、gt;<p>　　7.2節(jié)能效果及投資回報(bào)19</p><p>　　7.3下一步工作和展望19</p><p>　　第8章參考文獻(xiàn)20</p><p><b>　　第9章致謝21</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>

14、<b>　　背景及意義</b></p><p><b>　　背景</b></p><p>　　隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，購(gòu)買(mǎi)力增強(qiáng)。近年來(lái)修建了不少商業(yè)建筑，并且向多元化方向發(fā)展，建筑規(guī)模越來(lái)越大。裝飾豪華、營(yíng)銷(xiāo)全面、多維服務(wù)，集商貿(mào)、娛樂(lè)、居住、辦公為一體的高級(jí)商城也層出不窮。 商業(yè)建筑的一個(gè)流動(dòng)人口眾多的公共場(chǎng)所，室內(nèi)空氣的溫濕度、潔凈

15、度和新鮮空氣量等，多顧客和商場(chǎng)職工的身體健康影響很大。因此，商業(yè)建筑的空氣環(huán)境越來(lái)越被商業(yè)部門(mén)所重視。我國(guó)衛(wèi)生防疫部門(mén)對(duì)商業(yè)建筑提出了衛(wèi)生要求，對(duì)較大的重點(diǎn)商場(chǎng)還進(jìn)行過(guò)監(jiān)測(cè)，對(duì)一些已建的大中商場(chǎng)要求進(jìn)行改造，增設(shè)通風(fēng)設(shè)施或加建空氣調(diào)節(jié)裝置。新建的大中商業(yè)建筑紛紛安裝了空調(diào)系統(tǒng)，以提高商場(chǎng)的檔次，吸引更多的顧客。各大城市中頻頻展開(kāi)的“商戰(zhàn)”更加速了空調(diào)系統(tǒng) 在商業(yè)建筑中的普及。 商業(yè)建筑不斷的增多，以及人們對(duì)室內(nèi)空氣的溫濕度、潔凈度和空氣

16、品質(zhì)問(wèn)題越來(lái)越重視。由于能源的緊缺，節(jié)能問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。因此迫切需要為商業(yè)建筑物安裝配置節(jié)能、健康、舒適的中央空調(diào)系統(tǒng)來(lái)滿足人們對(duì)高生活水平的追求。</p><p><b>　　意義</b></p><p>　　目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的逐步增長(zhǎng)，居住條件日益改善人們對(duì)生活環(huán)境的舒適性的要求越來(lái)越高，對(duì)中央空調(diào)的需求越來(lái)越大，對(duì)中央空調(diào)節(jié)能、舒適、健康更加關(guān)注。

17、因此，設(shè)計(jì)一項(xiàng)節(jié)能、舒適、健康的中央空調(diào)工程是很有實(shí)際意義的。 </p><p><b>　　發(fā)展?fàn)顩r</b></p><p><b>　　1．研究現(xiàn)狀： </b></p><p>　　中央空調(diào)在世界上已有百年的發(fā)展歷史，在中國(guó)也有 20 多年的應(yīng)用時(shí)間，然而真正引起國(guó)內(nèi)企業(yè)關(guān)注還是近幾年。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中央空調(diào)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)

18、進(jìn)入白熱化階段，隨著價(jià)格戰(zhàn)連綿不斷，在家用空調(diào)領(lǐng)域幾乎已經(jīng)無(wú)利可圖的企業(yè)紛紛開(kāi)始在中央空調(diào)領(lǐng)域?qū)ふ倚碌陌l(fā)展空間和利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。 2003 年中央空調(diào)市場(chǎng)容量將達(dá)到85 億元，2005 年達(dá)到200 億元以上。市場(chǎng)空間迅速巨大，而利潤(rùn)至少是 40%以上。這對(duì)于眾多在市場(chǎng)上艱難逐利的企業(yè)，尤其是仍在價(jià)格戰(zhàn)中掙扎的家電企業(yè)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是極其誘人的。 變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用 與家用空調(diào)行業(yè)相比，中央空調(diào)仍保持較高利潤(rùn)空調(diào)，這使得由原來(lái)約克

19、、大金、開(kāi)利等國(guó)外品牌所占領(lǐng)的國(guó)內(nèi)中央空調(diào)市場(chǎng)開(kāi)始發(fā)生變化，國(guó)內(nèi)一些品牌也紛紛進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。 </p><p>　　中央空調(diào)領(lǐng)域存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)：</p><p><b>　　a. 品牌競(jìng)爭(zhēng) </b></p><p>　　前幾年還是約克、大金、開(kāi)利等國(guó)外品牌占領(lǐng)國(guó)內(nèi)商用空調(diào)市場(chǎng)，近幾年已風(fēng)生水起，海爾、美的、格力、松下、LG 等企業(yè)紛紛進(jìn)入這一領(lǐng)

20、域，以爭(zhēng)取更多主動(dòng)權(quán)。 我國(guó)中央空調(diào)仍處于起步階段，目前其銷(xiāo)售對(duì)象主要集中在城市高收入消費(fèi)群體和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商，由于其生產(chǎn)及安裝成本較高，大范圍普及尚需時(shí)日，這對(duì)爭(zhēng)先上馬該項(xiàng)目的企業(yè)不能不說(shuō)是個(gè)考驗(yàn)。此外，與普通家用空調(diào)相比，中央空調(diào)對(duì)核心技術(shù)、資金要求更高，所以欲真正立足于該領(lǐng)域并非易事。 </p><p><b>　　b. 技術(shù)競(jìng)爭(zhēng) </b></p><p>　　中

21、央空調(diào)品種多，發(fā)展迅速。 在中央空調(diào)發(fā)展趨勢(shì)中，健康、環(huán)保、節(jié)能也將是永遠(yuǎn)的主題。中國(guó)中央空調(diào)市場(chǎng)雖然還處于發(fā)展初期，但是不少企業(yè)已經(jīng)在上述方面做了諸多嘗試，以下是在市場(chǎng)上應(yīng)用的幾種不同類(lèi)型中央空調(diào)。</p><p><b>　　、 燃?xì)饪照{(diào) </b></p><p>　　從 1992 年由遠(yuǎn)大開(kāi)發(fā)出中國(guó)第一臺(tái)“溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)”到現(xiàn)在，燃?xì)饪照{(diào)在我國(guó)已得到一定范

22、圍應(yīng)用，在廣東、福建的各工程項(xiàng)目和“西氣東輸”等大型供氣項(xiàng)目完成之后，我國(guó)燃?xì)饪照{(diào)將可能迎來(lái)爆炸式增長(zhǎng)。這是因?yàn)槿細(xì)饪照{(diào)相對(duì)于電空調(diào)有4 大優(yōu)點(diǎn)：一是環(huán)保、舒適、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定耐用，可有效平衡城市能源結(jié)構(gòu)，緩解城市夏季供電緊張、燃?xì)馐褂昧窟^(guò)低的矛盾。 目前全國(guó)中央空調(diào)年銷(xiāo)售額大約50 多億元，其中生產(chǎn)燃?xì)饪照{(diào)的內(nèi)外資企業(yè)有30 多家，去年銷(xiāo)售額約10 億元，其中三四家大型企業(yè)占85%左右的市場(chǎng)份額。隨著天然氣普及和和環(huán)保意識(shí)提高，燃?xì)饪照{(diào)有

23、望成為中國(guó)最主要的制冷產(chǎn)品。未來(lái)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，將為燃?xì)饪照{(diào)的發(fā)展帶來(lái)更好的發(fā)展空間。 </p><p><b>　　、地溫中央空調(diào)</b></p><p>　　地溫中央空調(diào)是一種新型節(jié)能空調(diào)設(shè)備，它根據(jù)可逆卡諾循環(huán)原理，利用地溫能源，冬天采用熱泵技術(shù)原理，通過(guò)熱交換將地下水或土壤中的熱量提出用于室內(nèi)采暖，而夏天則利用地下土壤或地下水帶走熱量，達(dá)到制冷效果。并可提供

24、生活用水，是當(dāng)代最經(jīng)濟(jì)的中央空調(diào)主機(jī)。地溫中央空調(diào)的另一特點(diǎn)是其環(huán)保價(jià)值。傳統(tǒng)的供暖、制冷方式是以煤、石油、天然氣等礦物質(zhì)為主要能源，這些資源在消耗和轉(zhuǎn)換的過(guò)程中不但會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且熱效率還比較低。而地溫中央空調(diào)不僅實(shí)現(xiàn)零排放，還有熱效率高、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。 </p><p>　?。?）、冰蓄冷中央空調(diào) </p><p>　　冰蓄冷中央空調(diào)是由冰提供冷源的中央空調(diào)系統(tǒng)，相對(duì)于常規(guī)

25、中央空調(diào)增加一個(gè)蓄冰裝置。冰蓄冷中央空調(diào)可以減緩用電高峰緊張，而且比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用10％－30％。 目前世界發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)或正在使用冰蓄冷空調(diào)，我國(guó)目前實(shí)施推廣的省、市有北京、湖北、河南、湖南、江蘇、浙江、廣東等，尤其是在以廣東為中心的華南地區(qū)，每年使用中央空調(diào)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)9－10 個(gè)月，使用冰蓄冷空調(diào)無(wú)論在經(jīng)濟(jì)效益上，還是社會(huì)效益上，意義更為重大。</p><p><b>　　研究?jī)?nèi)容&l

26、t;/b></p><p>　　首先對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)及可編程控制器(PLC)、變頻器作了比較全面的總結(jié)和介紹。確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制，變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，完成了變頻器和可編程控制器(PLC)的選擇。再次是完成變頻器的參數(shù)設(shè)置及PLC 的選型、I/0 口分配以及和PLC 的連接。最后，在分析了中央空調(diào)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了梯形圖與狀態(tài)圖程序，并設(shè)計(jì)出了總線路圖的連接，對(duì)實(shí)際的改

27、造工作具有指導(dǎo)意義。最后實(shí)際連接設(shè)備，布好線后，通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行。如下圖所示：</p><p>　　（1）凍泵進(jìn)行變頻改造控制原理說(shuō)明如下:plc控制器通過(guò)溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存，并計(jì)算出溫差值;然后根據(jù)冷凍機(jī)的回水與出水的溫差值來(lái)控制變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度;溫差大，說(shuō)明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快

28、熱交換的速度;反之溫差小，則說(shuō)明室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能;(2)對(duì)冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。冷卻水進(jìn)水出水溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)負(fù)荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量;溫差小，則說(shuō)明，冷凍機(jī)負(fù)荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減小冷卻

29、水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。(3)冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻控制: 通過(guò)檢測(cè)冷卻塔水溫度對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速閉環(huán)控制，使冷卻塔水溫度恒定在設(shè)定溫度，可以有效地節(jié)省風(fēng)機(jī)的電能額外損耗，能達(dá)到最佳節(jié)電效果。 (4)室內(nèi)風(fēng)機(jī)組變頻控制 通過(guò)檢測(cè)冷房溫度對(duì)變風(fēng)機(jī)組的</p><p><b>　　中央空調(diào)</b></p><p><b>　　中央空調(diào)</b><

30、;/p><p><b>　　中央空調(diào)</b></p><p>　　中央空調(diào)最早盛行于歐美，它最突出的特點(diǎn)就是產(chǎn)生“美觀與功能”并存的居住環(huán)境；相較于傳統(tǒng)的分體機(jī)和柜機(jī)空調(diào)，中央空調(diào)大有后來(lái)者居上的發(fā)展勢(shì)頭，越來(lái)越多的家庭用戶在新房裝修時(shí)紛紛拋棄分體空調(diào)，選用中央空調(diào)。中央空調(diào)是對(duì)建筑物內(nèi)空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)的專(zhuān)用系統(tǒng)，它通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)、閥門(mén)、泵等設(shè)備的開(kāi)、關(guān)及連續(xù)調(diào)節(jié)來(lái)控制室內(nèi)溫度、

31、濕度，使之滿足一定要求，從而提高人體的舒適度。隨著人們生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的大、中型建筑采用中央空調(diào)系統(tǒng)，以達(dá)到夏季致冷、冬季取暖的目的。</p><p>　　中央空調(diào)主要由冷凍主機(jī)、冷卻水塔、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)等部分組成。</p><p><b>　　中央空調(diào)的作用</b></p><p><b>　　

32、1、冷凍主機(jī)</b></p><p>　　冷凍主機(jī)也稱(chēng)為制冷裝置，是中央空調(diào)的制冷源，通往各個(gè)房間的循環(huán)水由冷凍主機(jī)進(jìn)行“內(nèi)部熱交換”，降溫為“冷凍水”。</p><p><b>　　2、冷卻水塔</b></p><p>　　冷凍主機(jī)在制冷過(guò)程中必然會(huì)釋放熱量，使機(jī)組發(fā)熱。冷卻塔卻用于為冷凍主機(jī)提供“冷卻水”。冷卻水在盤(pán)旋流過(guò)冷凍主

33、機(jī)后，將帶走冷凍主機(jī)所產(chǎn)生的熱量，是冷凍主機(jī)降溫。</p><p><b>　　3、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)</b></p><p>　　由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過(guò)各房間的盤(pán)管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，房間內(nèi)的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的冷凍水經(jīng)冷凍水主機(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)往復(fù)。

34、這里，冷凍主機(jī)是冷凍水的“源”；從冷凍主機(jī)流出的水稱(chēng)為“出水”；經(jīng)各樓層房間后流回冷凍主機(jī)的水稱(chēng)為“回水”。</p><p><b>　　4、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)</b></p><p>　　冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷卻水在吸收冷凍主機(jī)釋放的熱量后，必將使自身的溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將講了溫

35、的冷卻水送回到冷凍機(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。</p><p>　　這里，冷凍主機(jī)是冷卻水的冷卻對(duì)象，是“負(fù)載”，故流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水稱(chēng)為“進(jìn)水”；從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水稱(chēng)為“回水”?；厮臏囟雀哂谶M(jìn)水的溫度，以形成溫差。</p><p><b>　　5、冷卻風(fēng)機(jī)</b></p><p>　　有兩種不同用途的冷卻風(fēng)機(jī)。

36、</p><p>　　1）盤(pán)管風(fēng)機(jī)安裝于所有需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷凍水盤(pán)管冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。</p><p>　　2）冷卻塔風(fēng)機(jī)用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。</p><p>　　可以看出，中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)不斷地進(jìn)行熱交換的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因

37、此，對(duì)冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調(diào)控制系統(tǒng)的重要組成部分。兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的控制方法基本相同。</p><p><b>　　中央空調(diào)的特點(diǎn)</b></p><p>　　從總用電量來(lái)講，一臺(tái)中央空調(diào)其機(jī)器用電量小于每個(gè)房間裝一臺(tái)分體空調(diào)的用電量之和。</p><p>　　從能量調(diào)節(jié)來(lái)講，分體機(jī)受室內(nèi)環(huán)境溫度變化影響較大，定頻空調(diào)壓縮機(jī)啟

38、停頻繁，耗電量大；而中央空調(diào)采用直流變頻技術(shù)和新冷媒技術(shù)，每臺(tái)內(nèi)機(jī)可單獨(dú)控制，室外機(jī)“按需輸出”，從而使壓縮機(jī)一直處于最佳工況，耗電量小。</p><p><b>　　中央空調(diào)的分類(lèi)</b></p><p>　　中央空調(diào)系統(tǒng)有主機(jī)和末段系統(tǒng)。按負(fù)擔(dān)室內(nèi)熱濕負(fù)荷所用的介質(zhì)可分為全空氣系統(tǒng) 、全水系統(tǒng) 、空氣-水系統(tǒng) 、冷劑系統(tǒng) 。按空氣處理設(shè)備的集中程度可分為集中式和半

39、集中式。按被處理空氣的來(lái)源可分為封閉式、直流式 、混合式（一次回風(fēng) 二次回風(fēng)）。主要組成設(shè)備有空調(diào)主機(jī)（冷熱源） 風(fēng)柜 風(fēng)機(jī)盤(pán)管等等。</p><p><b>　　變頻器</b></p><p><b>　　變頻器</b></p><p>　　變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)

40、歷了SCR(晶閘管)、GTO(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過(guò)程，器件的更新促進(jìn)了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM－VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。

41、20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)80年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并獲得了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理

42、單元等組成的。</p><p>　　變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)

43、速的目的。</p><p><b>　　變頻器的工作原理</b></p><p>　　我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n＝60 f(1－s)/p (1) 式中　 n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率

44、f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。</p><p><b>　　變頻器分類(lèi)</b></p><p>　　變頻器的分類(lèi)方法有多種，按照主電路工作方式分類(lèi)，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PW

45、M控制變頻器；按照工作原理分類(lèi)，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 </p><p>　　VVVF：改變電壓、改變頻率 CVCF：恒電壓、恒頻率。各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均為400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz)，等等。通常，把電壓和頻率固定不

46、變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱(chēng)作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電(DC)。 </p><p>　　用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。</p><p><b>　　變頻器控制方式</b></p><p>　　低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～

47、400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 ① 1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都

48、還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 ② 電壓空間矢量(SVPWM)控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反

49、饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉</p><p><b>　　PLC的運(yùn)用 </b></p><p>　　為提高中央空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性及可維護(hù)性，需采用控制產(chǎn)品對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。早期的中央空調(diào)控制器多為就地式專(zhuān)用控制器和DDC控制器，它們具有控制功能簡(jiǎn)單、不易聯(lián)網(wǎng)及信息集成度不高等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技

50、術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的中央空調(diào)系統(tǒng)都傾向于采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的可編程控制器(PLC)來(lái)進(jìn)行控制。</p><p>　　這里，我們通過(guò)溫度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)傳送到PLC，由PLC來(lái)控制變頻器的輸出頻率，從而控制冷凍泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度。 </p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　中央空調(diào)節(jié)能改造

51、方案</p><p>　　由于中央空調(diào)系統(tǒng)通常分為冷凍水和冷卻水兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，可分別對(duì)水泵系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造。</p><p>　　冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制</p><p>　　冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理如下圖5.1所示?？刂圃碚f(shuō)明如下：</p><p>　　通過(guò)溫度傳感器，將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度送入溫差控制模塊，并計(jì)算出溫

52、差值，然后通過(guò)溫度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)傳送到PLC，由PLC來(lái)控制變頻器的輸出頻率，從而控制冷凍泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度。溫差大，說(shuō)明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速度；反之，溫差小，則說(shuō)明室內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。制冷模式下冷凍水泵系統(tǒng)冷凍回水溫度大于設(shè)定溫度時(shí)頻率應(yīng)上調(diào)；但在制熱模

53、式下，它與制冷模式有些不同，冷凍回水溫度小于設(shè)定溫度時(shí)頻率應(yīng)上調(diào)，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的冷凍水回水溫度越高，變頻器的輸出頻率越低。</p><p>　　冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制</p><p>　　冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理如下圖5.2所示?？刂圃碚f(shuō)明如下：</p><p>　　由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其冷凝器的熱交換能量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷

54、凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。冷卻水進(jìn)水、出水溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)組負(fù)荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說(shuō)明冷凍機(jī)組負(fù)荷小，需帶走的熱量小，可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　應(yīng)用三菱FR-A540變頻器構(gòu)成的冷凍或冷卻水循環(huán)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制電路如下圖5

55、.3所示。圖中有3臺(tái)水泵M1、M2、M3，每次只運(yùn)行兩臺(tái)，一臺(tái)備用，10天輪換一次。</p><p>　　3臺(tái)水泵的切換方式如下：</p><p>　　先啟動(dòng)1號(hào)水泵（M1拖動(dòng)），進(jìn)行恒溫度（差）控制。</p><p>　　當(dāng)1號(hào)水泵的工作頻率上升至50HZ時(shí)，將它切換至工頻電源；同時(shí)將變頻器的給定頻率迅速降到0HZ，使2號(hào)水泵（M2拖動(dòng)）與變頻器相接，并開(kāi)始啟動(dòng)，

56、進(jìn)行恒溫（差）控制。</p><p>　　當(dāng)2號(hào)水泵的工作頻率也上升至50HZ時(shí)，也切換至工頻電源；同時(shí)將變壓器的給定頻率迅速降到0HZ，進(jìn)行恒溫（差）控制。</p><p>　　當(dāng)冷卻或冷凍進(jìn)（回）水溫差超出上限溫度時(shí)，1號(hào)水泵工頻全速運(yùn)行，2號(hào)水泵切換到變頻狀態(tài)高速運(yùn)行，冷卻或冷凍進(jìn)（回）水溫差小于下限溫度時(shí)，斷開(kāi)1號(hào)水泵，使2號(hào)水泵變頻低速運(yùn)行。</p><p&g

57、t;　　若有一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障，則3號(hào)水泵（M3拖動(dòng)）立即投入使用。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　變頻器調(diào)速通過(guò)變頻器7段速度實(shí)現(xiàn)控制，需要設(shè)定的參數(shù)如下圖5.4和圖5.5所示：</p><p><b>　　節(jié)能公式</b></p><p>　　經(jīng)變頻調(diào)速后，水泵

58、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收的電能就會(huì)大大減少。其減少的能耗為</p><p>　　△P=P0[1-(n1/n0)3]</p><p><b>　　減少的流量為</b></p><p>　　△Q=Q0[1-(n1/n0)]</p><p>　　試中n1-----改變后的轉(zhuǎn)速；</p><p>

59、　　n0-----電動(dòng)機(jī)原來(lái)的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　P0-----電動(dòng)機(jī)原轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)機(jī)消耗功率；</p><p>　　Q0-----電動(dòng)機(jī)原轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的水泵流量。</p><p>　　功耗的減少與轉(zhuǎn)速減少的3次方成正比。</p><p><b>　　PLC程序圖</b></p><p>

60、　　中央空調(diào)系統(tǒng)的工作過(guò)程是一個(gè)不斷進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換以及熱交換的過(guò)程。其理想運(yùn)行狀態(tài)是：在冷凍水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷凍泵的作用下冷凍水流經(jīng)冷凍主機(jī)，在蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，被吸熱降溫后送到終端盤(pán)管風(fēng)機(jī)或空調(diào)風(fēng)機(jī)，經(jīng)表冷器吸收空調(diào)室內(nèi)空氣的熱量升溫后，再由冷卻泵送到主機(jī)蒸發(fā)器形成閉合循環(huán)。在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，在冷卻泵的作用下冷卻水流經(jīng)冷凍機(jī)，在冷凝器吸熱升溫后被送到冷卻塔，經(jīng)風(fēng)扇散熱后再由冷卻泵送到主機(jī)，形成循環(huán)。在這個(gè)過(guò)程里，冷凍水，冷卻水作為能量

61、傳遞的載體，在冷凍泵、冷卻泵得到動(dòng)能不停的循環(huán)在各自的管道系統(tǒng)里，不斷的將室內(nèi)的熱量經(jīng)冷凍機(jī)的作用，由冷卻塔排出。</p><p>　　PLC控制器通過(guò)溫度模塊及溫度傳感器將冷凍機(jī)的回水溫度和出水溫度讀入控制器內(nèi)存，并計(jì)算出溫差值；然后根據(jù)冷凍機(jī)的回水與出水的溫差值來(lái)控制變頻器的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)出水的流量，控制熱交換的速度；溫差大，說(shuō)明室內(nèi)溫度高系統(tǒng)負(fù)荷大，應(yīng)提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度和流量，加快熱交換的速

62、度；反之溫差小，則說(shuō)明宅內(nèi)溫度低，系統(tǒng)負(fù)荷小，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度和流量，減緩熱交換的速度以節(jié)約電能。</p><p>　　對(duì)冷卻泵進(jìn)行變頻改造由于冷凍機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其冷凝器的熱交換量是由冷卻水帶到冷卻塔散熱降溫，再由冷卻泵送到冷凝器進(jìn)行不斷循環(huán)的。冷卻水進(jìn)水出水溫差大，說(shuō)明冷凍機(jī)負(fù)荷大，需冷卻水帶走的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，加大冷卻水的循環(huán)量；溫差小，則說(shuō)明，冷凍機(jī)負(fù)荷小，需帶走的熱量小，

63、可降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減小冷卻水的循環(huán)量，以節(jié)約電能。</p><p>　　變頻主電路控制原理根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，冷凍水泵及冷卻水泵均采用兩用一備的方式運(yùn)行，因備用泵轉(zhuǎn)換時(shí)間與空調(diào)主機(jī)轉(zhuǎn)換時(shí)間一致，將冷凍水泵和冷卻水泵電機(jī)的主備切換控制利用原有電器設(shè)備，通過(guò)電磁開(kāi)關(guān)、人機(jī)界面進(jìn)行電氣和機(jī)械互鎖。確保每臺(tái)水泵只能由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)，避免兩臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)同一臺(tái)水泵造成交流短路事故：并且每臺(tái)變頻器任何時(shí)間只能拖動(dòng)一臺(tái)水泵，

64、以免一臺(tái)變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)水泵而過(guò)載。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　　對(duì)系統(tǒng)的影響</b></p><p>　　由于冷凍泵、冷卻泵采用了變頻器軟啟軟停，消除了原來(lái)啟動(dòng)時(shí)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，用電環(huán)境得到了改善，消除了啟停水泵產(chǎn)生的水錘現(xiàn)象對(duì)管道、閥門(mén)、壓力表等的損害；消除了原來(lái)直接啟停

65、水泵造成的機(jī)械沖擊，電機(jī)及水泵的軸承、軸封等機(jī)械摩擦大大減少，機(jī)械部件的使用壽命得到延長(zhǎng)。由于水泵大多運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速以下，電機(jī)的噪聲、溫升及震動(dòng)都大大減少，電氣故障也比原來(lái)降低，電機(jī)使用壽命也相應(yīng)延長(zhǎng)。</p><p><b>　　節(jié)能效果及投資回報(bào)</b></p><p>　　進(jìn)行技術(shù)改造后，中央空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際節(jié)電率與負(fù)荷狀態(tài)、天氣溫度變化等因素有一定關(guān)系。改造前，

66、單臺(tái)水泵工頻運(yùn)行時(shí)的電流是140 A 左右；改造后，變頻低負(fù)荷時(shí)，在50A 左右。當(dāng)供冷范圍是整個(gè)大樓時(shí)，用2個(gè)壓縮機(jī)供冷，冷凍泵和冷卻泵需要1個(gè)泵工頻工作、1 個(gè)泵變頻工作才能維持中央空調(diào)的正常運(yùn)行，因此節(jié)能效果就差些。當(dāng)供冷范圍小時(shí)，只需1 個(gè)變頻泵工作節(jié)能效果就很顯著。根據(jù)以往運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)與改造后的節(jié)能預(yù)測(cè)，平均節(jié)能應(yīng)在20％～30％以上，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。</p><p><b>　　下一步工

67、作和展望</b></p><p>　　在科技日新月異的今天，應(yīng)該積極推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，使其轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力。對(duì)落后的設(shè)備生產(chǎn)工藝進(jìn)行技術(shù)革新，不僅可以提高生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)節(jié)能、環(huán)保等社會(huì)效益同樣有著重要的意義。隨著變頻器應(yīng)用普及時(shí)代的來(lái)臨，應(yīng)將變頻器的應(yīng)用擴(kuò)展到傳統(tǒng)中央空調(diào)改造的領(lǐng)域，不僅擴(kuò)大了變頻器的應(yīng)用市場(chǎng)，而且為中央空調(diào)應(yīng)用也提出了新的課題。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，

68、由于變頻調(diào)速技術(shù)的介入，中央空調(diào)系統(tǒng)將真正地進(jìn)入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)代。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 薛曉明.變頻器技術(shù)與應(yīng)用[M][2] 農(nóng)孫仁.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造探析[J][3] 劉佳暢.中央空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案[J][4] 崔柳,胡娜.變頻器在中央空調(diào)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J]