|
交流變頻調(diào)速技術(shù)是集電力電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等技術(shù)集成的一項(xiàng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛的適用性而被國(guó)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(dòng)方案，是電氣傳動(dòng)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。
一、變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展
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(guó)家的石油危機(jī)，促使他們投入大量的人力、物力、財(cái)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(jì)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(hào)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(dòng)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。現(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(gè)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(duì)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(dòng)化水平。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電動(dòng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s4億多KW，其用電量占當(dāng)年全國(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(duì)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(dòng)的。以前由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)法方便調(diào)節(jié)，為了達(dá)到對(duì)上述物理量的控制，人們只好采用一些簡(jiǎn)單的方法，如用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量，用閥門來(lái)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(jì)，我國(guó)目前使用的風(fēng)機(jī)、水泵大約有25%的能量是無(wú)謂消耗。因此，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委于1994年下發(fā)了763號(hào)文件《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造的意見(jiàn)》，鼓勵(lì)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(shí)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(duì)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(huì)極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，我們可以真正方便地實(shí)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(guò)設(shè)備中的冷、溫水盤管來(lái)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(diǎn)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(shí)，只能通過(guò)增減冷、溫水循環(huán)泵數(shù)量或使用擋風(fēng)板的方法來(lái)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(dòng)。
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(jiàn)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(duì)百分?jǐn)?shù)）在某頻率值時(shí)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(gè)循環(huán)水系統(tǒng)來(lái)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(lái)控制循環(huán)水的流動(dòng)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(jiǎn)單地根據(jù)回水溫度進(jìn)行如下控制：回水溫度高，說(shuō)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(duì)于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)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(cè)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(duì)于冷卻泵，以進(jìn)水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實(shí)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(shuō)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(shuō)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(kāi)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(chǎng)、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(kāi)/關(guān)控制方式，難以滿足人們對(duì)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(shí)。
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(lái)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(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，在變頻的同時(shí)，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。
2、控制方式的確立
（1）在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢�，安裝手動(dòng)調(diào)節(jié)控制終端，調(diào)速電位器VR和運(yùn)行開(kāi)關(guān)KK置于控制終端盒內(nèi)，變頻器的集中供電由空氣開(kāi)關(guān)控制，需要送電時(shí)在配電控制室直接操作。
調(diào)整頻率設(shè)定電位器VR，可以改變變頻器的輸出頻率，從而控制風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，關(guān)閉時(shí)斷開(kāi)KK即可，此方式成本低廉，隨意性強(qiáng)。
（2）當(dāng)室外溫度變化，或者冷/暖輸送介質(zhì)溫度發(fā)生改變時(shí)，將可能造成室溫隨之改變，對(duì)環(huán)境舒適要求較高的消費(fèi)群體，則可以采用自動(dòng)恒溫運(yùn)行方式。
選擇內(nèi)置PID軟件模塊的變頻器�？刂平K端的方式同手動(dòng)方式。電位器用來(lái)設(shè)定溫度（而不是調(diào)整頻率）。變頻器通過(guò)采集來(lái)自反饋端VPF/IPF的溫度測(cè)量值，與給定值作比較，送入PID模塊運(yùn)算事自動(dòng)改變U、V、W端子的輸出頻率，調(diào)整送風(fēng)量，達(dá)到自動(dòng)恒溫運(yùn)行。
（ 3）送風(fēng)機(jī)的分布可能不是均勻的，對(duì)于稍大的室內(nèi)空間，則可以采用“區(qū)域溫度平均法”策略調(diào)節(jié)送風(fēng)量，以滿足特殊需要量場(chǎng)所。
（ 4）為降低成本，個(gè)別的變頻器可能沒(méi)有內(nèi)置PID軟件模塊，選用外加PID調(diào)節(jié)器即可。
3、應(yīng)用方案的系統(tǒng)考慮
共振（動(dòng)）：選擇末端送風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮測(cè)試其在全轉(zhuǎn)速范圍的共振轉(zhuǎn)速點(diǎn)，應(yīng)避免電機(jī)工作于這樣的轉(zhuǎn)速區(qū)，通過(guò)設(shè)定變頻器的回避頻率及其寬度值，則可以避免電機(jī)運(yùn)行于該轉(zhuǎn)速區(qū)域。
節(jié)能：風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，應(yīng)用時(shí)，選擇風(fēng)機(jī)、泵類專用變頻器（亦稱為節(jié)能型變頻器）較好，并將其轉(zhuǎn)矩曲線（V/F）設(shè)定為“平方轉(zhuǎn)矩”，這樣可以達(dá)到較好的節(jié)能效果。
安裝：變頻器應(yīng)裝于末端機(jī)的“隔離室”內(nèi)，除保證良好的散熱外，還應(yīng)讓其不置身于潮濕環(huán)境下。亦需考慮中央空調(diào)在制冷或制熱時(shí)末端機(jī)自身的溫度影響。
頻率限制：電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，散熱效果較差：轉(zhuǎn)速過(guò)大，則會(huì)引起因風(fēng)速過(guò)高而造成的不適當(dāng)狀態(tài)，如制冷時(shí)，可能因風(fēng)速過(guò)大，致辭使冷凝水不能被吸水盤完全接收，造成外漏。應(yīng)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(guò)60Hz，根據(jù)最大風(fēng)速確定。
載波頻率：將變頻器的載波頻率適當(dāng)提高，則可以降低電機(jī)運(yùn)行噪音，提高環(huán)境質(zhì)量。多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若電機(jī)距離變頻器較遠(yuǎn)，則需調(diào)整載波頻率，以避免引起電機(jī)電流振蕩。
七、機(jī)組臺(tái)數(shù)控制
1、某大廈基本工況：三臺(tái)機(jī)組，一用兩備，根據(jù)大廈的熱負(fù)荷量自動(dòng)控制機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，自動(dòng)保持各機(jī)組運(yùn)行時(shí)間基本一致，達(dá)到最低能耗，達(dá)到最低的主機(jī)折舊。
2、解決方案：
基本思路：根據(jù)回流量，供/回水溫度來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，負(fù)荷計(jì)算根據(jù)：
Q=C×m×∣T1-T2∣
注：C常數(shù)、m回水流量、T1回水溫度、T2供水溫度
當(dāng)負(fù)荷大于單臺(tái)機(jī)組80%，則第二臺(tái)機(jī)組備份；當(dāng)負(fù)荷大于前2臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷總量的80%，則第三臺(tái)機(jī)組運(yùn)行（80%該數(shù)值可調(diào)）。
信息來(lái)源 (作者)： 中國(guó)工控信息網(wǎng)
|