變頻器在空調(diào)設(shè)備中的應(yīng)用

汪春華?王丁

摘 要：本文提出將變頻器運(yùn)用于中央空調(diào)系統(tǒng)中，使電機(jī)的輸出功率跟隨負(fù)載的變化，在很大程度上節(jié)約了能源。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；變頻器；節(jié)能

變頻器是將電網(wǎng)供電的工頻交流電源變?yōu)檫m用于交流電機(jī)變頻調(diào)速用的電壓可變、頻率可變的交流電的變流裝置。在變頻調(diào)速系統(tǒng)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(yīng)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(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成，變頻器基本構(gòu)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(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。

（3）中間直流環(huán)節(jié)。由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為1，因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來緩沖。

（4）控制電路?？刂齐娐烦Ｓ蛇\(yùn)算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。

1 中央空調(diào)系統(tǒng)的組成

中央空調(diào)的冷水機(jī)組主要有兩個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，即冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。壓縮機(jī)不斷地從蒸發(fā)器中抽取制冷劑蒸汽，低壓制冷劑蒸汽在壓縮機(jī)內(nèi)部被壓縮為高壓蒸汽后進(jìn)入冷凝器中，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進(jìn)行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)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(fēng)以達(dá)到降溫的目的，溫度升高了的循環(huán)水回到冷凍主機(jī)又成為了冷凍水，而變?yōu)榈蛪赫羝闹评鋭谕ㄟ^回氣管重新吸入壓縮機(jī)，開始新的一輪制冷循環(huán)。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(dá)散熱塔與外界進(jìn)行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機(jī)開始下一輪的循環(huán)。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

由于變頻器的價(jià)格偏高，故許多用戶常采用由一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)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(dāng)用水量增大，1號泵工作頻率上升，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到額定頻率而水壓仍不足時(shí)，經(jīng)過短暫的延時(shí)后，將1號泵切換為工頻工作。同時(shí)變頻器的輸出頻率迅速降為0HZ，然后使2號泵投入變頻運(yùn)行；

當(dāng)2號泵也達(dá)到額定頻率而水壓仍不足時(shí)，又使2號泵切換為工頻工作，讓3號泵投入變頻運(yùn)行。

反之，當(dāng)用水量減少時(shí)，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(huán)。

3 主電路接線圖

本設(shè)計(jì)采用PLC對冷卻水泵電機(jī)進(jìn)行控制。其中采用了一臺(tái)變頻器對三臺(tái)電機(jī)進(jìn)行變頻的調(diào)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(dòng)機(jī)組成。

4 PLC的選擇

水泵1、2、3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需PLC的6個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個(gè)輸出信號控制，報(bào)警器的控制需要1個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個(gè)?？刂破饎?dòng)和停止需要2個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC的2個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)起動(dòng)需1個(gè)輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行需6個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個(gè)輸入點(diǎn)，檢測電機(jī)是否過載需3個(gè)輸入點(diǎn)，共需15個(gè)輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)量共為24個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用FXos-30MR-D型PLC。

5 變頻器的選型

根據(jù)泵類負(fù)載的機(jī)械特性及其功率特性，應(yīng)選擇風(fēng)機(jī)泵類專用變頻器。

6 PID調(diào)節(jié)器

通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量，將其與目標(biāo)值（溫度、流量、壓力等設(shè)定值）進(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)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(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。

通過對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)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(tǒng)安全運(yùn)行。

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