變頻器在空調設備中的應用

汪春華?王丁

摘 要：本文提出將變頻器運用于中央空調系統中，使電機的輸出功率跟隨負載的變化，在很大程度上節約了能源。

關鍵詞：中央空調；變頻器；節能

變頻器是將電網供電的工頻交流電源變為適用于交流電機變頻調速用的電壓可變、頻率可變的交流電的變流裝置。在變頻調速系統中，主要采用 “交—直—交”變頻器。

迄今為止，在中小容量變頻器中應用得最為廣泛的是“交—直—交”電壓型通用變頻器。

由圖1可見變頻器主要由主回路（包括整流器、中間直流環節、逆變器）和控制回路組成，變頻器基本構成分述如下：

（1）整流器。整流器的作用是把交流整流成直流。

（2）逆變器。最常見的結構形式是利用六個半導體主開關器件組成的三相橋式逆變電路。

（3）中間直流環節。由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動或發電制動狀態，其功率因數總不會為1，因此，在中間直流環節和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環節的儲能元件來緩沖。

（4）控制電路。控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等。

1 中央空調系統的組成

中央空調的冷水機組主要有兩個水循環系統構成，即冷卻水循環系統和冷凍水循環系統。壓縮機不斷地從蒸發器中抽取制冷劑蒸汽，低壓制冷劑蒸汽在壓縮機內部被壓縮為高壓蒸汽后進入冷凝器中，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進行熱交換，制冷劑放熱后變為高壓液體，通過熱力膨脹閥后，液態制冷劑壓力急劇下降，變為低壓液態制冷劑后進入蒸發器。在蒸發器中，低壓液態制冷劑通過與冷凍水的熱交換吸收冷凍水的熱量，冷凍水通過盤管吹出冷風以達到降溫的目的，溫度升高了的循環水回到冷凍主機又成為了冷凍水，而變為低壓蒸汽的制冷劑，在通過回氣管重新吸入壓縮機，開始新的一輪制冷循環。而冷卻水在與制冷劑完成熱交換之后，由冷卻水泵加壓，通過冷卻水管道到達散熱塔與外界進行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機開始下一輪的循環。

2 系統的設計方案

由于變頻器的價格偏高，故許多用戶常采用由一臺變頻器控制多臺水泵的方案，即所謂1控X方案。

首先，由1號泵在變頻控制的情況下工作；當用水量增大，1號泵工作頻率上升，當已經達到額定頻率而水壓仍不足時，經過短暫的延時后，將1號泵切換為工頻工作。同時變頻器的輸出頻率迅速降為0HZ，然后使2號泵投入變頻運行；

當2號泵也達到額定頻率而水壓仍不足時，又使2號泵切換為工頻工作，讓3號泵投入變頻運行。

反之，當用水量減少時，則先1號泵退出工作，然后2號泵依次退出工作，完成一次加減泵的循環。

3 主電路接線圖

本設計采用PLC對冷卻水泵電機進行控制。其中采用了一臺變頻器對三臺電機進行變頻的調速控制。主電路主要由熔斷器、斷路器、電磁繼電器無線電噪聲濾波器、變頻器和異步電動機組成。

4 PLC的選擇

水泵1、2、3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機正轉需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數量一共9個。控制起動和停止需要2個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC的2個輸入點，系統自動/手動起動需1個輸入點，手動控制電機的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統停止運行需1個輸入點，檢測電機是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統所需的輸入/輸出點數量共為24個點。本系統選用FXos-30MR-D型PLC。

5 變頻器的選型

根據泵類負載的機械特性及其功率特性，應選擇風機泵類專用變頻器。

6 PID調節器

通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量，將其與目標值（溫度、流量、壓力等設定值）進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。此次使用硬件型控制形式。根據設計的要求，本系統的PID調節器內置于變頻器中。

通過對中央空調系統的節能措施的研究，避免了不合理的低效用能，提高了能源的利用率，保證電力系統安全運行。

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