格力空调400全国热线 [空调暖通中变频的控制方式及选用]

　　摘要近几年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。目前在暖通专业中采用比较多的调速方法是液力耦合和变频调速两种,通过实例介绍暖通空调工程中变频器的选用,并阐述变频技术在暖通空调中的运用。
　　关键词暖通空调;变频调速器;水泵;控制方式
　　中图分类号TM4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0008-02
　　
　　大型建筑中用于风机、泵类的电机是主要负荷,其中多数是适合采用调速运行的。但其传统的调节方法是风机、泵类采用交流电动机恒速传动,靠调节风闸和阀门的开度来调节流量,这种调节方法是以增加管网的损耗,耗用大量能源为代价的,并且无法实现完善的自动控制。如果采用调节电机转速的办法来调节流量,随着转速的下降,风机的喘振点向小流量方向偏移,调节范围宽,附加损失少,是变风量调节中调节范围最大、经济性最好的一种调节方式。转速的调节有多种方法:如转子串电阻、定子调压、电磁耦合、变极对数、可控硅串级等。这些方法,或者是转差损耗大、转速调节范围小;或者功率因数比较低、不是无级变速。目前在暖通专业中采用比较多的调速方法是液力耦合和变频调速两种。
　　1变频调速器的工作原理
　　在大功率晶体管技术和微电子技术的推动下,变频技术得到迅速发展。正弦波调制的变压变频调速器能输出正弦波,在变频范围、动态响应、调频精度、工作效率、保护功能及可靠性方面均已相当完善。其工作原理如图1所示。整流模块ZD将50Hz的交流电整流成直流电,经滤波后,由单片机CPU产生正弦波调制(SPWM)脉冲。轮换驱动逆变模块GTR各个晶体管的基极,将直流电逆变成不同频率的三相交流电。
　　图1变频调速器工作原理
　　变频调速是通过改变供给交流感应电动机的电源频率来实现的,由于感应电动机的转速n与电源频率f具有下列关系:
　　式中:P―――极对数;
　　 S―――转差率;
　　 n―――电机转速;
　　 f―――电源频率。
　　由式(1)可知,电动机的转速n与电源频率f成正比。因此,不改变电机的极对数,只改变电源的频率就可达到电动机调速的目的。
　　2变频技术在风机和泵中的运用特点
　　2.1泵和风机与其流量的关系
　　泵与风机的轴功率N与其流量Q、扬程H(压力)之间的关系为:
　　N∝ Q×H(2)
　　当流量由Q1变化到Q2时,电动机的转速由n1变为n2,此时Q、H、N相对于转速的关系如下:Q1/Q2=(H1/H2)1/2=(N1/N2)1/3=n1/n2可以看出,泵或风机的轴功率与转速的3次方成正比。扬程与转速的2次方成正比,流量与转速的1次方成正比。图2为泵和风机的扬程与流量的关系曲线。
　　2.2变频技术在风机和水泵负载上的功耗
　　变频技术在风机和水泵这一类负载上运用有其特点,因为这类负载的功耗为:
　　图2泵和风机的扬程与流量的关系曲线
　　P =Kn3
　　式中,K为常数,n为转速。
　　当频率为50Hz时,风机或水泵的电机转速:
　　n =(60×50/2)转/分=1500转/分
　　式中,2为磁极对数。
　　对中央空调而言,当系统达到正常运行后,大部分风机、水泵运行是有一定富裕量的。因此采用变频技术后,这一部分富裕量取消,不需要常年耗电,并可减少管道的震动和泄漏,从而做到既正常工作又节约电能。
　　3变频调速的优点
　　一般而言,变频调速具有以下优点:
　　1)市电先进入变频器(或经整流滤波逆变),后进入电动机。由于实行了软起动,使起动频率、电压和电流由小到大逐步上升,平滑稳定,对电网没有大电流冲击。
　　2)由温度或压力等传感器感知用户情况,并转变成电信号输入变频器,自行不断地寻找和选择并调整为最佳(节能)点;实行微机闭环控制,也可设计成手动开环控制。
　　3)可以根据用户需要,设计系统温度(或压力)等运行工况的上下限范围,在设计范围内,安全准确地自动控制风机、水泵的工作。当温度等参数接近达到设定值的下限时,为使降温(降压)继续下去不停机(减少启停次数),由变频器开始改变输入电源的电压、频率,改变转速―减速运转,并根据需要,维持在适当的给定频率和转速范围内运转。此外,还可根据需要,手动控制转速和流量。
　　总之,变频调速与其他调速方法相比具有高效、高精度的优点,能实现无级调速,其调速比一般可达20:1;变频调速起动能耗小、寿命长、可靠性高,晶体管电子元器件高度集成化,几乎无须维修;占地面积小、无噪声,没有机械换向器,经济性好;可采用现代微电子技术的微机控制,并可遥控,一机多控;保护功能多,节能率高,收回投资快。
　　4变频控制方式及选用
　　低压通用变频强输出电压在380～650V,输出功率在0.75～400kW,工作频率在0～400Hz,它的主电路都采用交-直-交电路。其控制方式经历了以下四代:
　　1)第一代以U/f= C,正弦脉宽调制(SP-WM)控制方式。
　　2)第二代以电压空间矢量(磁通轨迹法),又称SVPWM控制方式。它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形。以内切多边形逼近圆的方式而进行控制的。
　　3)第三代以矢量控制(磁场定向法)又称VC控制。其实质是将交流电动机等效直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,以转子磁通定向,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。
　　4)第四代以直接转矩控制,又称DTC控制。其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。
　　控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多,包括欧、美、日及国产的共约50多种。选用变频器时不要认为档次越高越好,其实只要按负载的特性,满足使用要求就可,做到量才使用、经济实惠。
　　在某多媒体大楼暖通空调工程中我们选用电压空间矢量控制方式的变频控制系统对风机进行控制。通过传感器对通风系统回风温度进行监控,向PID给出模拟信号,PID将信号与设定值比较计算并对电机输入功率进行调节,实现闭环连续控制。(温度精度:±0.5℃,变频精度:0.05Hz,调节范围:1.00～50.00Hz)完全能保证空调送回风温度在设计范围内温度自动控制、节能、部分负荷下大大减低噪声,投资较省,有很好的性价比。分布于30个楼层的50套温控及变频系统总价不到25万元(人民币)。
　　当采用空调运行模式,频率约为40Hz,风机的电机转速:
　　N =(60×40/2)转/分=1200转/分其功率下降为:
　　P =K(1200/1500)3=K(4/5)3=0.512K,由此可见,当电源频率从50Hz降为40Hz时,
　　功耗下降一半。
　　采用通风运行模式,频率约为30Hz,风机的电机转速:
　　N =(60×30/2)转/分=900转/分其功率下降为:
　　P =K(900/1500)3=K(3/5)3=01216K按200kW计算(空调运行时间为6个月/年,通风运行为6个月/年,每天12小时),一年节约用电50万度。
　　当然以上只是粗略估算,但可以看出变频调速优越的节电性能。变频调速同样可以用于空调系统的水泵,这样可以实现暖通空调系统的温度深度控制。但由于空调主机风冷热泵对最小流量有严格的限制,某多媒体大楼的变频调速只用于空调风系统,未在水泵上使用。国内有同行在对流量限制条件下进行流量控制的研究,已取得了可喜的成绩。不久变频调速也将用于热泵水系统。
　　目前,我国暖通空调系统的耗电量已占总耗电量的30%左右,其中风机和水泵负载占很大的比重,资料表明:日本在风机、水泵上的变频采用率已达10%,而我国还不足0101%,从这个实际出发,变频技术有很大的推广和发展空间。
　　
　　参考文献
　　[1]杨国良,刘晓惠.AC2000IGBT变频调速器的工作原理及应用[J].电气传动自动化,2001,02.
　　[2]房伟.变频调速在中央空调通风系统中的应用[J].黑龙江科技信息,2008,34.
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