1、q260046902 專業做論文中國石油大學（華東）現代遠程教育畢業設計（論文）題 目變頻器在中央空調中的應用 學習中心：重慶信息工程專修學院奧鵬學習中心 年級專業： 0409 電氣工程及自動化 學生姓名： 李明杰 學 號： 0451480183 指導教師： 韓亞軍 職 稱： 講師 導師單位： 重慶信息工程專修學院 中國石油大學（華東）遠程與繼續教育學院論文完成時間： 年 月 日中國石油大學（華東）現代遠程教育畢業設計（論文）任務書發給學員 李明杰 1設計(論文)題目： 變頻器在中央空調中的應用 2學生完成設計(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日3設計(論文)課題要求：論文內容要充分反映本

2、論文的主題，結構緊湊、鮮明、有條理性，在充分利用主題背景的前提下說明論文的原理，在社會中的應用，以及現在存在的問題，和將來的發展趨勢，與此同時要展望將來可能存在的問題和對未來的思考。4實驗（上機、調研）部分要求內容：通過辦公自動化進行編寫文章的內容，應用繪圖軟件繪畫系統的原理圖和需要的圖表，充分利用計算機的各方面知識對文章內容進行編寫繪畫。在文章編寫完畢之后利用辦公自動化中的格式、文件等工具進行編寫和修改。5文獻查閱要求：可以咨詢或請教與本內容相關的任課教師，也可以到網上進行查閱，但要保證內容的客觀實際性，要查閱與本論文密切相關方面的內容，不得照搬他人的文章或內容；同時要保證內容的質量。 6發

3、 出 日 期： 年 月 日 7學員完成日期： 年 月 日 指導教師簽名： 學 生 簽 名： 摘 要本文主要研究并闡述變頻器在中央空調中的應用。由于以往中央空調很難實現平滑調速，同時為了提高工作效率，采用變頻調速則可滿足中央空調的需要，故中央空調采用變頻調速已是大勢所趨。本文通過介紹變頻器和中央空調的原理闡述了中央空調系統的構成和工作原理以及中央空調的節能運行,說明了中央空調系統耗能成因和節能技術原理;同時通過變頻器在中央空調中的四種控制模式,系統的分析了變頻器在中央空調中的應用;第五節則具體說明變頻器中央空調的節能運行,通過蚌埠鐵道大酒店進一步說明變頻器在中央空調中的應用和實現過程，通過變頻器

4、在中央空調中的各方面應用，具體說明當今社會中央空調在變頻器中的發展趨勢，以及變頻器中央空調存在的問題。關鍵詞：變頻器 中央空調 變頻模式iii目 錄摘 要i目 錄ii第1章 前言1第2章 變頻器在中央空調中的應用22.1中央空調概述22.2中央空調系統的構成與工作原理22.2.1中央空調系統構成22.2.2中央空調的工作原理42.3 中央空調的節能運行62.3.1 系統耗能成因分析62.3.2 變頻器的節能原理72.3.3 節能技術原理82.3.4中央空調冷凍水節能控制92.4 中央空調變頻模式112.4.1 變頻器在普通中央空調中的節能變頻模式實現112.4.2 變頻器在中央空調水泵風機中的

5、變頻模式形式132.4.3 變頻器在中央空調集散式監控系統中的實現162.4.4 中央空調末端送風機的變頻控制實現172.5變頻器中央空調的節能與應用202.5.1變頻調速節能原理202.5.2 變頻器在中央空調系統中的節能改造應用212.5.3 變頻器選型要點242.6 綜合效益29第3章 結 論31致 謝32參考文獻33第1章 前言在人們的日常生活中，經常需要對一些物理量進行控制，如空調系統的溫度、供水系統的水壓、通風系統的風量等，這些系統絕大多數是用交流電機驅動的。以前由于電機的轉速無法方便調節，為了達到對上述物理量的控制，人們只好采用一些簡單的，如用檔板調節風量，用閥門來調節流量壓力等

6、，致使這些系統不僅達不到很好的調節效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費。據統計，我國使用的風機、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。因此，國家經貿委于1994年下發了763號文件關于加強風機、水泵節能改造的意見，鼓勵支持變頻節能技術在各行各業推廣使用。另外，根據交流電機的特性，要實現連續平滑的速度調節，最佳的方法就是采用變頻調速器，變頻器是將標準的交流電轉成頻率、電壓可變的交流電，供給電機并能對電機轉速成進行調節的裝置。采用變頻器進行風機、水泵的節能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能浪費，而且還會極大提高控制和調節的精度，我們可以真正方便地實現恒溫空凋系統和恒壓供水系統。第2章 變

7、頻器在中央空調中的應用2.1中央空調概述隨著社會的發展，中央空調應用的場合越來越廣。例如：為保證產品質量，紡織廠要求有一定溫度，紡線才不斷；集成電路生產廠、醫藥廠、食品廠要有一定清潔度，才能生產出合格的產品；公寓、寫字樓、賓館、大型商廈等為了人員和工作環境的舒服，都采用了中央空調，集成供暖、供熱冷。中央空調電動機一般為380v、15-55kw，由三相供電，也可單相輸入、三相輸入。作為建筑物重要的耗電設備，空調風機采用變頻調試已是大趨勢。采用轉矩變頻器，即可滿足空調的需要，且可節電30%-60%，又延長空調的壽命。再加上溫濕度傳感器和微機閉環控制，成為現代化的空調室。而小型空調數量大，應用面廣，

8、多為單相電動機驅動，故效率低，又笨重。后采用微型三相電動機，與相同功率單相電動機相比，體積和重量可減少為30%-50%。 2.2中央空調系統的構成與工作原理2.2.1中央空調系統構成中央空調應用越來越廣泛,而使用變頻器構成的空調系統由于功能豐富、操作簡便、能耗小、成本低，越來越受到用戶的關注。集中制冷、集中通風 ，壓力溫度雙變量控制以變頻器為核心的控制系統發揮出特殊的優越性。系統框圖如圖(2) 圖21 中央空調系統 隨著人們對生活和工作環境的要求越來越高，中央空調已廣泛應用于生產及公用、民用建筑中。尤其是在賓館酒店業，中央空調的應用更是廣泛。中央空調系統主要由以下幾個部分組成：i、冷凍機組：這

9、是中央空調的“致冷源” ，通往各個房間的循環水由冷凍機組進行“內部熱交換”，降溫為“冷凍水”；2、冷卻水塔：用于為冷凍機組提供“冷卻水”；3、“外部熱交換”系統：(i)冷凍水循環系統由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍機組流出的冷凍水由冷凍泵加壓送人冷凍水管道，在各房間內 進行熱交換，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降。從冷凍機組流出、進人房間內的冷凍水簡稱為“出水”；流經所有的房間后回到冷凍機組的冷凍水簡稱為“同水”。(2)冷卻水循環系統 由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍機組進行熱交換，使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓人

10、冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水送回到冷凍機組。如此不斷循環，帶走了冷凍機組釋放的熱量。流進冷凍機組的冷卻水簡稱為“進水”；從冷凍機組流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。4、冷卻風機：(i)室內風機安裝于所有需要降溫的房間內，用于將由冷凍水冷卻了的冷空氣吹人房間，加速房間內的熱交換。(2)冷卻塔風機 用于降低冷卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發到大氣中去。5、溫度檢測：通常使用熱電阻，檢測點在冷凍水、冷卻水進出冷凍機組的出人口處。可以看出，中央空調系統的工作過程是一個不斷地進行熱交換的能量轉換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環系統是能的主要傳遞者。因此，對冷凍

11、水和冷卻水循環系統的控制便是中央空調控制系統的重要組成部分。2.2.2中央空調的工作原理采用設備中的風扇使室內空氣循環，并通過設備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達到空調的目的。盤管中的冷、溫水由機房中的制冷設備和鍋爐提供。制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行交換,將冷凍水制冷,冷凍水泵將冷水送到各風機風口冷卻盤中,由風機吹送冷風達到降溫目的。經蒸發后的冷凍劑在冷凝器中釋放出熱量,與冷卻循環水進行熱交換,由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風扇對其進行噴淋冷卻,與大氣之間進行熱交換,將熱量散發到大氣中去。其工作原理如圖(22)所示。 圖2中央空調工作原理1.普

12、通中央空調工作原理（1）工作原理如(圖23）（2）降了溫的冷凍水通過冷凍泵加壓送入冷凍水管道， 在各個房間由室內風機加速進行熱交換，帶走房間內的熱量， 使房間內的溫度降低后， 又流回冷凍水端。（3）升了溫的冷卻水通過冷卻泵壓入冷卻塔，由冷卻塔風機加速將冷卻水中的熱量散發到大氣中， 使水溫降低后， 流回冷卻水端。（4）冷凍機組工作一段時間后， 達到設定溫度，由溫度傳感器檢測出來， 并通過中間繼電器及接觸器控制冷凍機停止工作， 溫度回升到一定值后又控制其運行。圖23 普通中央空調工作原理2工作簡述(1)中央空調啟動后， 冷凍單元工作， 蒸發器吸收冷凍水中熱量， 使之溫度降低； 同時， 冷凝器釋放熱

13、量使冷卻水溫度升高。(1)冷凍水、冷卻水循環泵不能根據實際需求來調整循環量， 電機工作效率低下， 造成大量電力浪費， 并加速機組磨損。(2)控制電器動作頻繁， 導致使用壽命短， 維修量大； 而對于大容量系統， 傳統的控制線路復雜，可靠性差， 需專人負責。 (3)整個系統運行噪音大， 控制性能差， 耗電量大， 使用壽命短； 在維護管理、檢修調整方面工作量大、維護費高。 統的缺點是:設備配置較大，風機噪音大。當環境溫度變化或冷、熱負荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環泵數量或使用擋風板的方法來調節室內溫度，既耗費能源又造成環境溫度波動。 2.3 中央空調的節能運行2.3.1 系統耗能成因分析 眾所周

14、知，中央空調是所有建筑物中耗能最嚴重的設備，其耗能占建筑的三分之一以上，有的甚至高達65。空調系統是按最大負荷來設計的，而目前還會再乘以個安全系數，所用設備的選擇都是按最不利況來選型的，且在大部分時間內，系統都是部分負荷在運行，幾乎所有的制冷主機都能夠根據實際負荷的變化自動調整運行狀況，而循環水泵的運行卻是在工頻(50hz)狀態下全功率運行，使整個系統處于能源利用率較低的高速運轉狀態，不但浪費大量電能，而目還帶來設備磨損、縮短壽命等一系列問題。在酒店中央空調系統的設計就符合這些特征，這是相當不合理的，設計容量很大。從節能角度來看，冷凍、冷卻水量也應做合理的調整。傳統的水流量調節力度提高，設置電

15、動兩通閥或電動三通閥。雖然降低了系統的流量，但是卻大大增加了系統的壓力，也就是增大了系統的管路阻力，把多余的能量消耗在系統管路上了。調節閥門時雖然流量減少，但是壓力增加，并且效率降低，節能效果相當有限。2.3.2 變頻器的節能原理 水泵為平方減轉矩負載，即轉矩與轉速平方成正比tl=to+ktnl式中tl為轉矩；to為損耗轉矩，所占比例較小，可忽略不計。流量與轉速成正比q=kqn1電動機的耗能功率與流量的立方(nl )成正比pl=p0+kpq式中po為損耗功率，可忽略不計。流量與轉速成正比，所以軸功率與轉速立方成正比。根據水泵的上性水泵配置變頻裝置，通過變頻調節改變水泵的轉速可達到節能的目的。但

16、簡單的變頻處理往往不明顯。近年來，隨著自動化控制技術的發展，電腦軟件技術開發的日新月異，在中央空調節技術上已成功開發應用了模糊控制理論與變頻技術相結合的智能控制設備，它能根據中央空調的末端負荷的變化和空調主機的制冷運行工況自動對循環水泵進行實時優化控制，自動調整水泵運行頻率，使得系統水流量隨空調負荷變化而同步變化，使水泵處于最佳節能工作狀態，在保證末端負荷正常使用要求的前提下，達到降低電耗的目的。主要表現為當轉速降低、流量減少時，功率p以立方關系遞減。當實際負荷為設計負荷的80時，則流量的需求量為原來的80，水泵實際輸出功率為設計功率的三次方，即51，節約能量為151=49。也就是說當流量為原

17、來的80時，則功耗僅為原來的51，節約49，而用調節閥時，僅節約5左右的能量。由 此可見，節能效果相當明顯。2.3.3 節能技術原理 中央空調、電控系統組成、節能可行性分析大、中型中央空調由三部分組成：制冷制熱站、空調水管網系統、空調末端裝置(空調機組，風機盤管和新風機組等)。中央空調系統的耗能拖動設備主要有：冷水機組拖動系統(中央空調主機)；冷凍泵拖動系統(由若干臺水泵組成)；冷卻泵拖動系統(由若干臺水泵組成)；風機拖動系統(包括若干室內風機和若干冷卻塔風機1。由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，然而實際運行中?？照{負荷的分布在一年之內是極不均衡的，設計負荷約占總運行時間

18、的68,空調負荷的全年分布冷負荷率 75100 5075 255o 25占總運行時間 10 50 30 10百分數()注：引自美國制冷協會標準88056從表1空調負荷全年分布中可以看出絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下。存在較大的富余，并且由于其中的冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節，因此存在很大的浪費。中央空調節能就在于最大程度地消除這種浪費。中央空調電控系統由主機系統、冷凍水子系統、冷卻水子系統等組成。中央空調冷凍水子系統變頻調速的控制依據是：變速調節根據制冷機冷量負荷w、水泵流量q、壓力p、轉速n和功率n問的關系：。改變水泵轉速，使

19、流量適驅動與傳動,應冷量負荷變化的要求。水泵效率-q1=q2=const；功率大幅度下降，節能效果顯著。變頻器能根據冷凍水泵負載變化隨之調整水泵電機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵作出相應調節以達到節能目的。水泵電機轉速下降，電機從電網吸收的電能就會大大減少。其減少的功耗ap=p01(n1n0)3 (1)減少的流量q=qo1一(nln0) (2)其中n1為改變后的轉速no電機原來的轉速，po為原電機轉速下的電機消耗功率，qo為原電機轉速下所產生的水泵流量。由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。如：假設原流為100個單位，耗

20、能也為100個單位，如果轉速降低1o個單位，由(2)式q=qo1一(n1no)=100* 1一(90100)=10可得出流量改變了1o個單位，但功耗由(1)式ap=p01一(n1noii31=100*1-(90100)31=271可以得出，功率將減少271個單位，即比原來減少271。再因變頻器是軟啟動方式，采用變頻器控制電機后，電機在起動時及運轉過程中均無沖擊電流。而沖擊電流是影響接觸器、電機使用壽命最主要、最直接的因素，同時采用變頻器控制電機后還可避免水垂現象，因此可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。 2.3.4中央空調冷凍水節能控制1系統原理及其結構框圖 目前用戶

21、正使用的中央空調冷凍水系統，采用的是傳統單式泵變流量冷凍水系統，設計采用“一泵對一機”的方式，使通過冷水機組的水流量為定值。隨著負荷的減少用戶處的直通調節閥關小，供、回水總管的壓差增大，壓差控制器動作，使旁通調節閥逐漸打開，部分水流返回冷水機組；壓差控制器同時使負荷側調節閥動作，以恒定用戶處直通調節閥前的壓差。冷水機組也根據檢測到的進出水溫差進行制冷量調節。當供、回水總管的壓差到達規定的上限值時水泵和冷水機組中停掉一臺。反之，當用戶負荷增大進，供、回水管的壓差降低，旁通調節閥的開度減小，壓差降至限定的下限值時，恢復一臺冷水機組和一臺水泵工作。這種調節方式不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓

22、力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為什么采用這種系統方式成為普遍現象，是基于通過冷水機組的水流量要恒定的觀點產生。但我認為變頻技術的發展，特別是國產變頻器性能的逐步提高，產品價格的大幅下降，在合理控制范圍內是能取得很好的節能效果。冷水機組的冷量調節一般為30一100，但水泵調速一般是減速問題。當采用變頻調速時，原來按工頻狀態設計的泵與電機的運行參數均發生了較大的變化，另外如管路特性曲線等因素，都會對調速的范圍產生一定影響。超范圍調速則難以實現節能的目的。因此，變頻調速不可能無限制調速。一般認為，變頻調速不宜低于額定轉速5o。并應結合冷水機組實際情

23、況經計算確定，百分比最好處于75100。最低75的調節比例對冷水機組的運行應該是安全地。該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下，確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率，將其設定為下限頻率并鎖定。變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統供回水主管上的壓力傳感器(6、7)檢測冷凍水供水壓力，檢測到的壓力傳給樓控主機，再經過給定的壓力設定值來進行pid運算，給出變頻器的頻率。變頻器接收到樓控主機經過運算得出的頻率后進行相應的頻率調節。.2系統主要功能本系統實現了冷凍水泵系統的閉環控制功能，使變頻控制和壓差控制有機的結合在保證系統安全運行的前提下，取得最大的節能效果。由于現在使用的樓控系統已

24、經集成了很好的人機操作介面和精確的計算方法。所以利用現有的樓控系統來作這次方案的“大腦”。利用現在樓控電腦上的insight軟件可以很容易的實現控制和運算功能，只須做簡單的程序設計。其大至的流程為 (1)壓力達不到設定值。檢查各水泵工作狀況；(2)水位過低。檢查一次水源和水位傳感器；(3)第二壓力號有效。其原因是引起第二壓力的消防發生，或者相應閥門誤動作；(4)設定數據出錯。依次檢查各設定數據，系統調好后記錄所設定的數據，以便備查；(5)控制器自檢出錯。關閉控制器電源，檢查供電情況，等待片刻后重新啟動。2.4 中央空調變頻模式2.4.1 變頻器在普通中央空調中的節能變頻模式實現實際運行時， 中

25、央空調的冷負荷總是在不斷變化的， 冷負荷變化時所需的冷凍水、冷卻水的流量也不同， 冷負荷大時所需的冷凍水、冷卻水的流量也大， 反之亦然。這樣， 我們就可根據冷凍水、冷卻水的溫度， 通過變頻器來調節水泵的轉速， 從而調節流量。圖(2)是用變頻器對普通中央空調系統作節能改造的設計圖制冷變頻器節能改造方案圖1. 冷凍水泵系統的閉環控制 制冷模式下冷凍水泵系統的閉環控制該方案在保證最末端設備冷凍水流量供給的情況下， 根據最小冷負荷量， 確定一個冷凍泵變頻器工作的最小工作頻率， 將其設定為下限頻率并鎖定， 變頻冷凍水泵的頻率調節是通過安裝在冷凍水系統回水主管上的溫度傳感器(如圖2.4-1)， 安裝在冷凍

26、水系統回水主管上的a處來檢測冷凍水回水溫度， 再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器的頻率增減， 并可直接通過設定變頻器參數使系統溫度調控在需要的范圍內，冷凍水回水溫度升高時， 表示冷負荷量增大， 所需冷凍水流量也應增大。因此， 控制方式是： 冷凍回水溫度大于設定溫度時頻率無級上調。當冷凍水回水溫度降低時， 表示冷負荷量減小， 此時， 變頻器頻率無級下調。溫度傳感檢測到的冷凍回水溫度越低， 變頻器的輸出頻率也越低。圖(2.4-2) 制冷時變頻器節能改造方案圖2. 制熱模式下熱水循環泵系統的閉環控制 圖（2）為中央空調改作制熱時的變頻器節能改造方案圖。該系統通常由熱蒸汽循環系統、圖2 制熱時變頻

27、器節能改造方案熱水循環系統、熱交換器、風機等組成。圖（2）制熱時變頻器節能改造方案圖如果將冷凍水泵系統改作熱水循環泵系統運行(即制熱)，同制冷模式控制方案一樣， 在保證最末端設備熱水流量供給的情況下， 根據最小熱負荷量， 確定一個熱水循環泵變頻器工作的最小工作頻率， 將其設定為下限頻率并鎖定， 變頻熱水循環泵的頻率調節是通過安裝在熱水系統回水主管上的溫度傳感器如圖（2）， 安裝在熱水系統回水主管上的a處來檢測熱水回水溫度r一再經由溫度控制器設定的溫度來控制變頻器頻率增減。熱水回水溫度降低時， 表示熱負荷量增大， 所需熱水流量也應增大。因此， 其控制方式與制冷模式下控制方式同： 即熱水回水溫度小

28、于設定溫度時頻率無級上調； 當熱水回水溫度升高時， 表示熱負荷量減小， 此時， 變頻器頻率無級下調。溫度傳感檢測到的熱水回水溫度越高， 變頻器的輸出頻率越低。另外， 針對以前改造的方案中首次運行時溫度交換不充分的缺陷， 智能變頻器還可增加首次起動全速運行功能， 通過設定變頻器參數可使冷凍水系統(或熱水循環系統)充分交換一段時間，然后再根據冷凍回水溫度(或熱水回水溫度)對頻率進行無級調速， 并且變頻器輸出頻率是通過檢測回水溫度信號及溫度設定值經pid運算而得出的。3. 冷卻水系統的閉環控制 該方案同樣在保證冷卻塔有一定的冷卻水流出的情況下， 通過控制變頻器的輸出頻率來調節冷卻水流量， 當中央空調

29、冷卻水出水溫度低時， 減少冷卻水流量； 當中央空調冷卻水出水溫度高時， 加大冷卻水流量， 從而達到在保證中空調機組正常工作的前提下達到節能增效的目的。現有的控制方式大都先確定一個冷卻泵變頻器工作的最小工作頻率，其設定為下限頻率并鎖定， 變頻冷卻水泵的頻率是通過冷卻管進、出水溫度差和出水溫度信號來調節。只需在中央空調冷卻管出水端安裝一個溫度傳感器(如圖2)， 安裝在頻率應無級上調； 當出、進水溫差( +，一 +。)小于設定值時，說明冷負荷量減小，頻率應無級下調。同時當冷卻水出水溫度高于設定值時，只有通過增大冷卻水的流量，冷凝器才能吸因冷負荷量增大蒸發器散發出的熱量，可以設計變頻器頻率優先無級上調

30、。當冷卻水出水溫度低于設定值時， 按溫變化來調節頻率。進、出水溫差越大，變頻器的輸出頻率越高；進、出水溫差越小，變頻器的輸出頻率越低。2.4.2 變頻器在中央空調水泵風機中的變頻模式形式1. 新建疫苗車間空調設備情況 制冷主機為日立機組，共三臺； 冷凍泵：11kw ，2極全壓啟動4臺，揚程30m，出水溫度6 ，回水溫度為10 ，出水壓力為35mpa，每臺電機額定電流為218a，正常工作電流為166a。一般情況下，開二臺備二臺； 冷卻泵：15kw ，2極全壓啟動4臺，揚程30m，出水溫度325 ，回水溫度為282 ，出水壓力為038mpa，每臺電機額定電流為299a，正常工作電流為180a。一般

31、情況下，開二臺備二臺； 空調風柜7臺，其中22kw 風機電機3臺，11kw 風機電機2臺，15kw 和185 kw 風機電機各l臺。2. 水泵變頻方案 冷凍水系統和冷卻水系統各自使用一臺11kw變頻器和一臺15kw 變頻器分別實施一拖三驅動。由plc分別控制3臺冷凍水泵和3臺冷卻水泵輪流切換工作(但同一時刻一臺變頻器只能驅動一臺水泵電機運轉)，使冷凍水量和冷卻水量得到靈活、方便、適時、適量的自動控制下面以冷凍水系統為例對最后的調試環節加以說明： 閉環控制。冷凍水系統采用全閉環自動溫差控制。采用一臺11kw 變頻器實施一拖三。具體方法是：先將中央空調水泵系統所有的風閥門完全打開，在保證冷凍機組冷

32、凍水量和壓力所需前提下，確定一個凍泵變頻器工作的最底工作頻率(調試時確定為35hz)，將其設定為下限頻率并鎖定。用兩支溫度傳感器采集冷凍水主管道上的出水溫度和回水溫度，傳送兩者的溫差信號至溫差控制器，通過pid調節將溫差量變為擬量反饋給變頻器，當溫差小于等于設定值5時，冷凍水流量可適當減少，這時變頻器降頻運行，電機轉減慢；當溫差大于設定值5 時，這時變頻器升頻運行，電機轉速加快，水流量增加。冷凍泵的工作臺數和減少由plc控制。這樣就能夠根據系統實時需要，提供合適的流量，不會造成電能的浪費。 開環控制。將控制屏上的轉換開關撥至開環位置，順時針旋動電位器來改變冷凍水泵電機的轉速快慢。 工頻變頻切換

33、工作。在系統自動工作狀態下，當變頻器發生故障時，由plc控制另一臺備用水泵電機投入工頻運行，同時發出聲光報警，提醒值班人員及時發現和處理故障。也可將控制柜面板上的手動自動轉換開關撥至手動位置，按下相應的啟動按鈕來啟動相應的水泵電機。3. 風機變頻方案 由于所有風柜的風機均處于全開、正常負荷運行狀態，恒溫調節時，是由冷風出風閥來調節風量。如果生產車間房間內的溫度偏高，則風閥開大，加大冷風量，使生產車間房間內的溫度降低。如果生產車間房間內的溫度偏低，則需關閉一部分風閥開度減少冷風量，來維持生產車間房間的冷熱平衡。因此，送入生產車間內部的風量是可調節的、變化的。特別是到了夜班時，人員很少，且很少出入

34、、走動活動，系統負荷很輕，對空調冷量的要求也大大降低，只需少量的冷風量就能維持生產車間的壓力與冷量的需求，故利用變頻器來對風量進行調節。采用7臺變頻器驅動7臺風機電機，變頻工頻可以相互切換。在變頻方式下運行時，變頻器在不的時間段自動輸出不同的頻率。即7臺變頻器受時控開關的程序控制，在周一至周五的7：3o一23：oo設定變頻器在45hz下運行，在周一至周五的23：oo后至第二天的7：3o及周六、周日設定變頻器在35hz運行(其運行的頻率可根據需要來設定)，以改變風機的轉速，同時7臺變頻器與中央監控室的人機界面和plc實行聯機通信，以實現遠程人機監控。4. 中央空調水泵風機變頻監控系統 (1) 系

35、統硬件組成 中央空調水泵風機變頻監控系統對分布不同的9臺變頻器實施遠程監控。 變頻器選用具有高可靠性、高節能、保護功能完善，有強大串行通訊接口的產品。plc作為控制單元，是整個系統的控制核心，其與變頻器的rs一485串行通訊接口相連接，就可實現與變頻器的實時通訊。 人機界面采用hitech公司pws一3760，彩色1o4寸。它專為plc而設計的互動式工作站，其畫面容量大，畫面規劃簡單；編程單；自動化程度高。rs一485串行通訊方式：rs一485采用平衡發送接收方式有傳輸距離長、抗干擾能力強和多站能力的優點。(2) 人機界面畫面 人機界面所有畫面均由adp3全中文軟件行設計，有主畫面、參數設定、

36、運轉設定、參數顯示、狀態信息、報警信息和幫助等畫面，經adp3全中文軟件編譯無誤后，從個人電腦中下載到人機界面即可使用。人機界與plc之間通過rs232通訊電纜以主從方式進行連接。由plc對人機界面的狀態控制區和通知區進行讀寫達到兩者之間的信息交互。plc讀人機界面狀態通知區中的數據，得到當前畫面號，而通過寫人機界面狀態控制區的數據，強制切換畫面。 (3) 系統控制方法 系統要求對分布不同的9臺變頻器實施遠程監控，能在中央監控室的人機界面上自動手動設定、修改和寫頻率值與啟停各臺變頻器，可實時監測到中央空調水泵風機電機實際工作電壓、電流、頻率的大小，并具有聲光報警功能。具體控制方法是：采用一臺d

37、vpplc、一臺人機界面pws-3760和9臺vdpp系列變頻器通過rs485串行通訊方式組成一個實時通訊網絡，在現場設定好9臺變頻器的參數，如控制方式為rs一485通訊指令，通訊地址：119，波特率為9600，通訊資料格式等；設計系統plc程序，要求手動控有即時設定、修改和寫入頻率值與啟停各臺變頻器等功能，自動控制采用二個時段控制，可以隨時設定二個時段值和對應的二個頻率值，現使用時段值一：7：3o對應頻率一45hz，時段值二：23：oo對應頻率二35hz。程序設計參照vfdp變頻器通訊協議，采用plc與變頻器間的一些rs一485通訊指令實現系統的遠程控，還可通過打印機實現報表的打印。2.4.

38、3 變頻器在中央空調集散式監控系統中的實現 1. 變頻調速裝置的控制變頻器本身只是一個電氣傳動裝置，體現節能的關鍵部分在電動機，電動機的運行是由變頻器驅動的，這涉及到變頻器的控制問題。變頻器用于中央空調系統，它受各個監控系統的控制，由空氣加熱、冷卻、加濕、去濕，空氣凈化，風量調節設備以及空調用冷熱源等設備組成的中央空調系統，被監控參數主要有空氣的溫度、濕度、壓力(壓差)以及空氣清新度、氣流方向等，在冷熱源方面主要是冷熱水溫度、蒸汽壓力，它們分別由相關子系統進行分散控制，其中每個子系統自成一體，暖通行業應用進行獨立控制，對其它子系統運行不產生影響，子系統可以相互通訊，進行必要數據的交換。中央空調

39、集散式監控系統的結構 2. 以上只是粗略地討論了問題的關鍵點。將車間空調區域共劃分為6個獨立的空調區域，分別進行獨立控制，另外由于項目是車間的技術改造，還要將先前的控制設備集成，例如防凝水控制系統、消防補水控制系統和定壓補水控制系統。控制層中的空調控制器采用西門子公司的simati c s7 300可編程邏輯控制器(plc)，各個plc通過現場總線profibus和中央監控算機進行通訊，它現場控制層中各個傳感器、變送器采集的數據傳送到中央監控計算機進行顯示，同時也將中央監控計算機發出的控制指令傳送給現場控制器，進行協調控制， 使系統高效運行。西門子公司的simatic s7300 pl提供了兩

40、種高效的控制接口profibusdp和mpi，這兩種接口都可以連接到各自的總線上去，使設備的擴展非常方便，但是，從網絡的穩定性和高效性來看，profibus-dp總線要優于mpi總線，所以，采用profibus的案。中央空調操作站又與制冷站、真空站、空壓站和鍋爐站進行系統集成，由能源中心進行管理。2.4.4 中央空調末端送風機的變頻控制實現隨著生活水平的提高，人們已開始關注生活與工作環境的舒適性。大型公共建筑(如商場、賓館、影劇院等)均設置有中央空調系統，而大多數中央空調的運行，絕大部分末端機采用開/關控制方式，難以滿足人們對舒適感的要求。變頻技術的飛速，成本進一步下降，使得這一要求成為現實。

41、圖2 手動控制1. 調節風量在中央空調系統中，冷、暖的輸送介質通常是水，在末端將與熱交換器充分接觸的清潔空氣由風機直接送入室內，從而達到調節室溫的目的。在輸送介質(水)溫度恒定的情況下，改變送風量可以改變帶入室內的制冷(熱)量，從而較方便地調節室內溫度。這樣，便可以根據自己的要求來設定需要的室溫。調整風機的轉速可以控制送風量。使用變頻器對風機實現無級變速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之改變，從而節約了能源，降低了系統噪音，其性和舒適性是不言而喻的。2. 控制方式的確立(1) 在室內適當的位置，安裝手動調節控制終端，如圖(2)所示，調速電位器vr和運行開關kk置于控制終端盒內，變頻器的集中供電

42、由空氣開關控制，需要送電時在配電控制室直接操作。調整頻率設定電位器vr，可以改變變頻器的輸出頻率，從而控制風機的送風量，關閉時斷開kk即可，此方式成本低廉，隨意性強。(2) 當室外溫度變化，或者冷/暖輸送介質溫度發生改變時，將可能造成室溫隨之改變，對環境舒適要求較高的消費群體，則可以采用自動恒溫運行方式，如圖(2)所示。圖 自動恒溫運行方式選擇內置pid軟件模塊的變頻器?？刂平K端的方式同手動方式。電位器用來設定溫度(而不是調整頻率)。變頻器通過采集來自反饋端vpf/ipf的溫度測量值，與給定值作比較，送入pid模塊運算事自動改變u、v、w端子的輸出頻率，調整送風量，達到自動恒溫運行。(3) 送

43、風機的分布可能不是均勻的，對于稍大的室內空間，則可以采用“區域溫度平均法”策略調節送風量，以滿足特殊需要量場所。(4) 為降低成本，個別的變頻器可能沒有內置pid軟件模塊，選用外加pid調節器即可。3. 方案的系統考慮(1) 共振(動):選擇末端送風機時，應考慮測試其在全轉速范圍的共振轉速點，應避免電機工作于這樣的轉速區，通過設定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機運行于該轉速區域。(2) 節能:風機屬于平方轉矩負載，應用時，選擇風機、泵類專用變頻器(亦稱為節能型變頻器)較好，并將其轉矩曲線(v/f)設定為“平方轉矩”，這樣可以達到較好的節能效果。(3) 安裝:變頻器應裝于末端機的“隔離

44、室”內，除保證良好的散熱外，還應讓其不置身于潮濕環境下。亦需考慮中央空調在制冷或制熱時末端機自身的溫度。(4) 頻率限制:電機轉速較低時，散熱效果較差:轉速過大，則會引起因風速過高而造成的不適當狀態，如制冷時，可能因風速過大，致辭使冷凝水不能被吸水盤完全接收，造成外漏。應選擇適宜的上、下限頻率，下限頻率以不小于15hz為宜，上限頻率不要超過60hz，根據最大風速確定。(5) 載波頻率:將變頻器的載波頻率適當提高，則可以降低電機運行噪音，提高環境質量。(6) 多機并聯運行時，若電機距離變頻器較遠，則需調整載波頻率，以避免引起電機電流2.5變頻器中央空調的節能與應用2.5.1變頻調速節能原理 以水

45、泵為例，對于同一臺水泵，當以不同轉速運行時，水泵的流量q、揚程h、軸功率p與轉速n有如下關系：q q，=n1n， (1)h1h2 (n】n2) (2)p p，=(n n，) (3)即流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸輸出功率與轉速的立方成正比。由此可見，當降低轉速時，功率的減少量遠比流量的減少量大得多。風機也遵循這個規律，即風量與轉速成正比，風壓與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。因此，降低水泵或風機的轉速，就有可能使單位供水量或風量的電耗減少。由電工學可知，電機的轉速與輸入頻有如下關系：n=60f(1一s)p (4)式中：f為電源頻率。s為滑差率。p為極對數，11為電機的

46、轉速。如果用變頻器就可以通過改變電動機頻率而達到無級調速的目的，對于水泵來說，在采用變頻調速供水時。通過壓力變送器檢測管網水壓，并將水壓信號轉化為電流信號，反饋給變頻器內的單片機，計算機根據水壓情況調整傳送水泵電動機的輸入頻率，從而使水泵轉速改變。例如，在非高峰供水時，水泵減速運行，從而使水泵輸入功率減少，達到節能的目的。以上就是變頻調速供水和風機供風節能的基本原理。電動機節約的電能可以通過(5)算，p 為電動機在額定轉速n 時的額定功率，p為電動機在轉速11時的軸輸出功率，若用a p 表示節能，則a p-=pn-p=1一(nnn) pn (5)設電動機在額定轉速nn=l 5oorrain時的

47、額定功率為pn，由式(5)，則電動機在轉速n=looormin時a p=pnp=1一(nnn) pn=l一(10001500) pn o33pn，可見節能效果是相當顯著的。2.5.2 變頻器在中央空調系統中的節能改造應用1 變頻器與節能 在工農業生產和人們的日常生活中，經常需要對一些物理量進行控制，如空調系統的溫度、供水系統的水壓、通風系統的風量等，這些系統絕大多數是用交流感應電機驅動的。以前由于電機的轉速無法方便調節，為了達到對上述物理量的控制，人們只好采用一些簡單的方法，如用檔板調節風量，用閥門來調節流量等，致使這些系統不僅達不到很好的調節效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費。據統計，

48、風機泵類負載的耗電占我國總發電量的相當比例，我國目前使用的風機、水泵大約有25的能量是無消耗。因此，風機、水泵的節能改造具有巨大潛力。根據交流感應電機的特性，要實現連續平滑的速度調節，最佳的方法就是采用變頻調速器，變頻器是將標準的交流電轉換成頻率可變、電壓可變的交流電，供給電機并能對電機轉速進行調節的裝置。采用變頻器進行風機、水泵的節能改造，不僅避免了由于采用擋板或閥門造成的電能的浪費，而還會極大提高控制和調節的精度，我們可以真正方便地實現恒溫空調系統和恒壓供水統。變頻調速節能分析：應用于恒轉矩負載(t恒定)時，p-knt 中p為電機輸出功率，k為常數，n為電機轉速，t為電機輸出轉矩 由上式可

49、知，電機輸出功率與其轉速成正比。應用于平方轉矩負載(風機水泵類，t oc n )時，p=knt 即電機輸出功率與其轉速的立方正比(p oc i13)。在許多諸如供水、中央空調(為平方轉矩負載)等場合，最初往往通過調節擋板、閥門等措施調節水壓、水量、風量，如采用變頻器進行風機、水泵的節能改造，通過變頻器改變電動機轉速來調節水量、水壓、風量等，就可節省大量的能量，另外可極大地提高控制的精度、性能等。和壓力的調節，如圖（）中，沿著rl曲線，轉速從n l到n2。變頻調速就是這些調速方式中最好的方式。上述兩種改變壓力和流量的方法，耗能是有很大差距的如圖(2)陰影部門為采用調速方法截流方法調節流量節約下來

50、。圖常規空調與變頻空調的對比2中央空調系統 大、中型中央空調一般由三部分組成：制冷、制熱站空調水管網系統空調末端裝置(空調機組，風機盤管和新風機組等)如圖2.5.2所示下面是恒溫控制系統的原理圖凈置求 出輯循環票工作原理：采用設備中的風扇使室內空氣循環，并通過設備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達到空調目的。盤管中的冷溫水由機房中的制冷設備和鍋爐提供。該系統的缺點是：設備配置較大，風機噪音大。當環境溫度變化或冷、熱負荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環泵數量或使用擋風板的方法來調節室內溫度，既耗費能源又造成環境溫度波動。3中央空調系統的節能改造 中央空調系統是我們常用的系統，目前，絕大多數系統沒

51、有可以根據天氣變化、熱負荷變化的溫度自動調節系統，因此，其節電改造具有重要意義?？照{系統分為三部分：壓縮機、冷凝水泵和風機盤管，如果進行變頻器改造，可以組成如下系將實際檢測的度與設定溫度進行比較，通過變頻器控制風機系統的冷風風量，達到恒溫控制的目的。下面是某一空調風機變頻改造前后的運行參數的對比表從表中可以看出：該系統由于沒計時余量太大，變頻改造后，節電率高達80以上。32 由于風量變小，而且電機轉速低，房間的噪音明顯下降；33電機啟動為無沖擊軟啟動，啟動電流小，可延長電機使用壽命；水泵的轉速降低，可減小環境噪音，減少電機軸承磨損；35當壓力發生變無須調節閥門，只需相應改變變頻器輸出頻率即可，

52、控制方便。 多處于中國腹地，有利于這些國外公司的業務向全國擴展。為此，一些外商投資者不再向上海、北京和廣州些大都市投資，而是把目光投向南京、武漢、重慶、寧波、大連和沈陽等不太引人注目的第二梯隊的城市。同時，國外投資者的目光將進一步從東南沿海地區擴展到西部和中部地區，增加對西部和中部的投資。4中央空調的節能運行中央空調系統大量使用的這些水泵及風機,都是平方轉矩負載,由水泵及風機的工作原理可知,水泵的流量與水泵(電動機)的轉速成正比,水泵的揚程與水泵(電動機)的轉速的平方成反比,水泵的軸功率等于流量與揚程的乘積,故水泵的軸功率與水泵的轉速(電動機的轉速)的三次方成正比。即：變頻器能根據能動水泵和冷

53、卻水泵負載變化隨之調整水泵電動機的轉速，在滿足中央空調系統正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵做出相應調整，以達到節能目的。水泵電動機轉速下降，電動機從電網吸收的電能就會大大減少。 減少的功耗 p=p0-p0（n1/n0）3 減少的流量 q=q0-n1/n0 式中，n1 為變頻器的轉速； n0 為電動機原來的轉速； p0 為原電動機轉速下的電動機消耗功率； q0 為原電動機轉速下所產生的水泵流量； 由上式可以看出流量的減少與轉速減少的一次方成正比，但功耗的減少卻與轉速減少的三次方成正比。 例如：假設原流量為100個單位，功耗也為100個單位，如果轉速降低10個單位，由式（4.5-1):q=q0

54、(1-n1/n0=100*(1-90/100)=10,可得出流量改變了10個單位;功耗由式(4.5-2):p=p0-p0*n1/n03=100-100*90/1003=27.1,可以得出,功率將減少27.1個單位,即比原來減少27.1%. 因此,空調設備中循環水的冷卻泵和冷凍泵均按設計工況的最大制冷來考慮的。絕大多數的時間在低負荷情況下工作。使用變頻器進行驅動，大約有30%-50%的節電功效。 再因變頻器是軟啟動方式，采用變頻器控制電動機后，電動機在啟動時及運行過程中均無沖擊電流，而沖擊電流是影響接觸器、電動機使用壽命最主要、最直接的因素，同時采用變頻器控制電動機后還可避免水錘現象，因此可大大

55、延長電動機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。運行節能的實施方法： (1).針對一天中的不同時間和四季制定運行規律圖,進行不同頻率值控制方法。 (2).按回水的溫度，自動調節頻率的控制方法。 (3).按進水與出水溫差自動調節頻率的控制方法。 (4).按出水壓力控制，回水溫度控制制動調節頻率的雙閉環方法。2.5.3 變頻器選型要點（一）參數選定（1）、電流： 電動機采用變頻器運轉同采用工頻電源運轉相比，由于變頻器輸出電壓、電流中所含諧波的影響，電動機的效率、功率因數將降低，電流增加，對于同一負載，變頻傳動與工頻傳動相比，電流約增加10一般情況下，變頻器是針對四極電動機的電流值和各參數

56、進行設計制造的，當電動機不是四極時，不能僅以電動機的容量來選擇變頻器的容量，必須用電流值來校核。（2）、低速運轉時的轉矩特l生： 標準電動機轉速越低，電動機冷卻效果越差，必須與此溫升相應地減少運轉轉矩，降低銅損。因水泵平方減轉矩負載，在低速下負載轉矩非常小，所以允許電動機連續運行。（3）、短時最大轉矩： 電動機在額定電壓、額定18 2oo6頻率下通常具有輸h 200左右最大轉矩的能力，如果用變頻器運轉，其轉矩有下列限制：一是為了保護主電路電力電子器件等，變頻器設有限流功能和過電流時中斷晶體管工作等功能，以防止超過耐量的電流流過。此過電流耐量通常為變頻器額定電流的150左右。二是在數赫低頻區運轉時，電動機電阻在阻抗中所占的比例增大，轉矩特性大幅度降低。由于以上兩個限制，電動機低頻區最大轉矩值變小。在負載變動大或需要啟動轉矩大等情況下，要注意容量的選擇，可加大等級，選上一等級的變頻器。（4）、容許最高頻率范圍： 變頻器中有的可以輸出工頻以上的頻率(例120hz)，但電動機是以工頻下運轉為前提設計制造的，因此在