變頻調(diào)速器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用（1）
變頻調(diào)速器在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展
交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電力電子、自動控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)集成的一項高技術(shù)。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果和在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛的適用性而被國內(nèi)外公認(rèn)為是世界上應(yīng)用最廣、效率最高、最理想的電氣傳動方案，是電氣傳動的發(fā)展方向。它為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了重要的新手段。
三十年代，就有人提出交流變頻調(diào)速理論：六十年代，由于電力電子器件的發(fā)展，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)向?qū)嵱眯苑较虻陌l(fā)展；七十年，席卷工業(yè)發(fā)達(dá)國家的石油危機(jī)，促使他們投入大量的人力、物力、財力去研究高效率的變頻調(diào)速器，使變頻調(diào)速技術(shù)有了很大發(fā)展并得到推廣應(yīng)用；八十年代，變頻調(diào)速已產(chǎn)品化，性能也不斷提高，發(fā)揮了交流調(diào)速的優(yōu)越性，廣泛的應(yīng)用在各工業(yè)部門，并且部分取代了直流調(diào)速；進(jìn)入九十年代，由于新型電力電子器件如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）等的發(fā)展和性能的提高，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展（如由16位機(jī)發(fā)展到32位機(jī)以及運(yùn)算速度的提高，發(fā)展了數(shù)字信號處理器DSP等）和新控制理論的應(yīng)用（如磁志定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）等原因，極大地提高了變頻調(diào)速的技術(shù)性能，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速器在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率、使用的方便性等方面都是其他交流調(diào)速方式不可比擬的，也超出了直流調(diào)速的性能指標(biāo)，完全可以取代直流調(diào)速?，F(xiàn)在交流變頻調(diào)速以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在兩個方面：其一是節(jié)約電能，特別是在風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行中，節(jié)能效果十分顯著；其二是卓越的調(diào)速性能，可以滿足許多工藝條件對調(diào)速的要求，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高了工藝自動化水平。
據(jù)統(tǒng)計，我國電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s4億多KW，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的60%～70%，而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備裝機(jī)總功率達(dá)1.6億KW，年耗電量3200KW·h，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在20%～60%，投資回收期1～3年，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。所以大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當(dāng)前推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
二、變頻器與節(jié)能
在工農(nóng)業(yè)行產(chǎn)各人們的日常生活中，經(jīng)常需要對一些物理量進(jìn)行控制，如空調(diào)系統(tǒng)的溫度、供水系統(tǒng)的水壓、通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量等，這些系統(tǒng)絕大多數(shù)是用交流電機(jī)驅(qū)動的。以前由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速無法方便調(diào)節(jié)，為了達(dá)到對上述物理量的控制，人們只好采用一些簡單的方法，如用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量，用閥門來調(diào)節(jié)流量壓力等，致使這些系統(tǒng)不僅達(dá)不到很好的調(diào)節(jié)效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計，我國目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。因此，國家經(jīng)貿(mào)委于1994年下發(fā)了763號文件《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造的意見》，鼓勵支持變頻節(jié)能技術(shù)在各行各業(yè)推廣使用。另外，根據(jù)交流電機(jī)的特性，要實現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻調(diào)速器，變頻器是將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機(jī)并能對電機(jī)轉(zhuǎn)速成進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費(fèi)，而且還會極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，我們可以真正方便地實現(xiàn)恒溫空凋系統(tǒng)和恒壓供水系統(tǒng)。
三、中央空調(diào)系統(tǒng)
大、中型中央空調(diào)由三部分組成：
1、制冷、制熱站
2、空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)
3、空調(diào)末端裝置（空調(diào)機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)組等）
工作原理：采用設(shè)備中的風(fēng)扇使室內(nèi)空氣循環(huán)，并通過設(shè)備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達(dá)到空調(diào)的目的。盤管中的冷、溫水由機(jī)房中的制冷設(shè)備和鍋爐提供。
該系統(tǒng)的缺點是：設(shè)備配置較大，風(fēng)機(jī)噪音大。當(dāng)環(huán)境溫度變化或冷、熱負(fù)荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環(huán)泵數(shù)量或使用擋風(fēng)板的方法來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，既耗費(fèi)能源又造成環(huán)境溫度波動。
四、負(fù)載與節(jié)能關(guān)系
1、負(fù)載類型與節(jié)能關(guān)系------生產(chǎn)機(jī)械各式各樣，種類繁多，但負(fù)載類型主要分三類，它們與節(jié)能的關(guān)系見表1（P（KW）、M（n.m）、n(r/min)）
2、幾種典型負(fù)載與節(jié)能關(guān)系
由于中央空調(diào)系統(tǒng)中都是各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，根據(jù)流體學(xué)原理可知，P}n3，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)能效果顯著。下表列出風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q、轉(zhuǎn)速n、由功率P（額定值的相對百分?jǐn)?shù)）在某頻率值時的節(jié)能率。
五、中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)
中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由兩個循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動速度，從而控制了熱交換的速度，是比較合理的控制方法。
1、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷凍水的出水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。反之則反。總之，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)回水的恒溫控制。
2、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的，其單測水溫不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。
六、中央空調(diào)末端送風(fēng)機(jī)的變頻控制
隨著生活水平的提高，人們已開始關(guān)注生活與工作環(huán)境的舒適性。大型公共建筑（如商場、賓館、影劇院等）均設(shè)置有中央空調(diào)系統(tǒng)，而大多數(shù)中央空調(diào)的運(yùn)行，絕大部分末端機(jī)采用開/關(guān)控制方式，難以滿足人們對舒適感的要求。變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，成本進(jìn)一步下降，使得這一要求成為現(xiàn)實。
1、調(diào)節(jié)風(fēng)量
在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷、暖的輸送介質(zhì)通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風(fēng)機(jī)直接送入室內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。
在輸送介質(zhì)（水）溫度恒定的情況下，改變送風(fēng)量可以改變帶入室內(nèi)的制冷（熱）量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣，便可以根據(jù)自己的要求來設(shè)定需要的室溫。
調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制送風(fēng)量。使用變頻器對風(fēng)機(jī)實現(xiàn)無級變速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之改變，從而節(jié)約了能源，降低了系統(tǒng)噪音，其經(jīng)濟(jì)性和舒適性是不言而喻的。
一、變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展
交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電力電子、自動控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)集成的一項高技術(shù)。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果和在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛的適用性而被國內(nèi)外公認(rèn)為是世界上應(yīng)用最廣、效率最高、最理想的電氣傳動方案，是電氣傳動的發(fā)展方向。它為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了重要的新手段。
三十年代，就有人提出交流變頻調(diào)速理論：六十年代，由于電力電子器件的發(fā)展，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)向?qū)嵱眯苑较虻陌l(fā)展；七十年，席卷工業(yè)發(fā)達(dá)國家的石油危機(jī)，促使他們投入大量的人力、物力、財力去研究高效率的變頻調(diào)速器，使變頻調(diào)速技術(shù)有了很大發(fā)展并得到推廣應(yīng)用；八十年代，變頻調(diào)速已產(chǎn)品化，性能也不斷提高，發(fā)揮了交流調(diào)速的優(yōu)越性，廣泛的應(yīng)用在各工業(yè)部門，并且部分取代了直流調(diào)速；進(jìn)入九十年代，由于新型電力電子器件如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、IGCT（集成門極換流晶閘管）等的發(fā)展和性能的提高，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展（如由16位機(jī)發(fā)展到32位機(jī)以及運(yùn)算速度的提高，發(fā)展了數(shù)字信號處理器DSP等）和新控制理論的應(yīng)用（如磁志定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）等原因，極大地提高了變頻調(diào)速的技術(shù)性能，促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速器在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率、使用的方便性等方面都是其他交流調(diào)速方式不可比擬的，也超出了直流調(diào)速的性能指標(biāo)，完全可以取代直流調(diào)速?，F(xiàn)在交流變頻調(diào)速以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在兩個方面：其一是節(jié)約電能，特別是在風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行中，節(jié)能效果十分顯著；其二是卓越的調(diào)速性能，可以滿足許多工藝條件對調(diào)速的要求，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高了工藝自動化水平。
據(jù)統(tǒng)計，我國電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s4億多KW，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的60%～70%，而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備裝機(jī)總功率達(dá)1.6億KW，年耗電量3200KW·h，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在20%～60%，投資回收期1～3年，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。所以大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當(dāng)前推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
二、變頻器與節(jié)能
在工農(nóng)業(yè)行產(chǎn)各人們的日常生活中，經(jīng)常需要對一些物理量進(jìn)行控制，如空調(diào)系統(tǒng)的溫度、供水系統(tǒng)的水壓、通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量等，這些系統(tǒng)絕大多數(shù)是用交流電機(jī)驅(qū)動的。以前由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速無法方便調(diào)節(jié)，為了達(dá)到對上述物理量的控制，人們只好采用一些簡單的方法，如用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量，用閥門來調(diào)節(jié)流量壓力等，致使這些系統(tǒng)不僅達(dá)不到很好的調(diào)節(jié)效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計，我國目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。因此，國家經(jīng)貿(mào)委于1994年下發(fā)了763號文件《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造的意見》，鼓勵支持變頻節(jié)能技術(shù)在各行各業(yè)推廣使用。另外，根據(jù)交流電機(jī)的特性，要實現(xiàn)連續(xù)平滑的速度調(diào)節(jié)，最佳的方法就是采用變頻調(diào)速器，變頻器是將標(biāo)準(zhǔn)的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機(jī)并能對電機(jī)轉(zhuǎn)速成進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進(jìn)行風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費(fèi)，而且還會極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，我們可以真正方便地實現(xiàn)恒溫空凋系統(tǒng)和恒壓供水系統(tǒng)。
三、中央空調(diào)系統(tǒng)
大、中型中央空調(diào)由三部分組成：
1、制冷、制熱站
2、空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)
3、空調(diào)末端裝置（空調(diào)機(jī)組，風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)組等）
工作原理：采用設(shè)備中的風(fēng)扇使室內(nèi)空氣循環(huán)，并通過設(shè)備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達(dá)到空調(diào)的目的。盤管中的冷、溫水由機(jī)房中的制冷設(shè)備和鍋爐提供。
該系統(tǒng)的缺點是：設(shè)備配置較大，風(fēng)機(jī)噪音大。當(dāng)環(huán)境溫度變化或冷、熱負(fù)荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環(huán)泵數(shù)量或使用擋風(fēng)板的方法來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，既耗費(fèi)能源又造成環(huán)境溫度波動。
四、負(fù)載與節(jié)能關(guān)系
1、負(fù)載類型與節(jié)能關(guān)系------生產(chǎn)機(jī)械各式各樣，種類繁多，但負(fù)載類型主要分三類，它們與節(jié)能的關(guān)系見表1（P（KW）、M（n.m）、n(r/min)）
2、幾種典型負(fù)載與節(jié)能關(guān)系
由于中央空調(diào)系統(tǒng)中都是各種風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，根據(jù)流體學(xué)原理可知，P}n3，故應(yīng)用變頻器后，節(jié)能效果顯著。下表列出風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)用變頻器后，在不同流量Q、轉(zhuǎn)速n、由功率P（額定值的相對百分?jǐn)?shù)）在某頻率值時的節(jié)能率。
五、中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制依據(jù)
中央空調(diào)系統(tǒng)的外部熱交換由兩個循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進(jìn)（出）水溫度之差，反映了需要進(jìn)行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進(jìn)（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動速度，從而控制了熱交換的速度，是比較合理的控制方法。
1、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷凍水的出水溫度是冷凍機(jī)組“冷凍”的結(jié)果，常常是比較穩(wěn)定的。因此，單是回水溫度的高低就足以反映房間內(nèi)的溫度。所以，冷凍泵變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)提高冷凍泵的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。反之則反。總之，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)回水的恒溫控制。
2、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制
由于冷卻塔的水溫是隨環(huán)境溫度而變的，其單測水溫不能準(zhǔn)確地反映冷凍機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進(jìn)水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，應(yīng)提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。
六、中央空調(diào)末端送風(fēng)機(jī)的變頻控制
隨著生活水平的提高，人們已開始關(guān)注生活與工作環(huán)境的舒適性。大型公共建筑（如商場、賓館、影劇院等）均設(shè)置有中央空調(diào)系統(tǒng)，而大多數(shù)中央空調(diào)的運(yùn)行，絕大部分末端機(jī)采用開/關(guān)控制方式，難以滿足人們對舒適感的要求。變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，成本進(jìn)一步下降，使得這一要求成為現(xiàn)實。
1、調(diào)節(jié)風(fēng)量
在中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷、暖的輸送介質(zhì)通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風(fēng)機(jī)直接送入室內(nèi)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)室溫的目的。
在輸送介質(zhì)（水）溫度恒定的情況下，改變送風(fēng)量可以改變帶入室內(nèi)的制冷（熱）量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣，便可以根據(jù)自己的要求來設(shè)定需要的室溫。
調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以控制送風(fēng)量。使用變頻器對風(fēng)機(jī)實現(xiàn)無級變速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之改變，從而節(jié)約了能源，降低了系統(tǒng)噪音，其經(jīng)濟(jì)性和舒適性是不言而喻的。
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