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交流變頻調(diào)速技術是集電力電子、自動控制、微電子、電機學等技術集成的一項高技術。它以其優(yōu)異的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果和在國民經(jīng)濟各領域的廣泛的適用性而被國內(nèi)外公認為是世界上應用最廣、效率最高、最理想的電氣傳動方案，是電氣傳動的發(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)濟效益提供了重要的新手段。
一、變頻調(diào)速技術的發(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，促進了變頻調(diào)速技術向?qū)嵱眯苑较虻陌l(fā)展；七十年，席卷工業(yè)發(fā)達國家的石油危機，促使他們投入大量的人力、物力、財力去研究高效率的變頻調(diào)速器，使變頻調(diào)速技術有了很大發(fā)展并得到推廣應用；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，廣泛的應用在各工業(yè)部門，并且部分取代了直流調(diào)速；進入九十年代，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，計算機技術的發(fā)展（如由16位機發(fā)展到32位機以及運算速度的提高，發(fā)展了數(shù)字信號處理器DSP等）和新控制理論的應用（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)速的技術性能，促進了變頻調(diào)速技術的發(fā)展，使變頻調(diào)速器在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動態(tài)響應、輸出性能、功率因數(shù)、運行效率、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，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)濟效益。交流變頻調(diào)速技術的優(yōu)越性體現(xiàn)在兩個方面：其一是節(jié)約電能，特別是在風機、水泵等設備的節(jié)能運行中，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，提高了工藝自動化水平。
據(jù)統(tǒng)計，我國電動機裝機總?cè)萘考s4億多KW，其用電量占當年全國發(fā)電量的60%～70%，而風機、水泵設備裝機總功率達1.6億KW，年耗電量3200KW·h，約占當年全國電力消耗總量的1/3。而應用變頻器節(jié)電率一般在20%～60%，投資回收期1～3年，經(jīng)濟效益相當可觀。所以大力推廣應用變頻調(diào)速技術不僅是當前推進企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(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)常需要對一些物理量進行控制，如空調(diào)系統(tǒng)的溫度、供水系統(tǒng)的水壓、通風系統(tǒng)的風量等，這些系統(tǒng)絕大多數(shù)是用交流電機驅(qū)動的。以前由于電機的轉(zhuǎn)速無法方便調(diào)節(jié)，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(diào)節(jié)風量，用閥門來調(diào)節(jié)流量壓力等，致使這些系統(tǒng)不僅達不到很好的調(diào)節(jié)效果，而且大量的電能被檔板和閥門白白浪費。據(jù)統(tǒng)計，我國目前使用的風機、水泵大約有25%的能量是無謂消耗。因此，國家經(jīng)貿(mào)委于1994年下發(fā)了763號文件《關于加強風機、水泵節(jié)能改造的意見》，鼓勵支持變頻節(jié)能技術在各行各業(yè)推廣使用。另外，根據(jù)交流電機的特性，要實現(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，變頻器是將標準的交流電轉(zhuǎn)成頻率、電壓可變的交流電，供給電機并能對電機轉(zhuǎn)速成進行調(diào)節(jié)的裝置。采用變頻器進行風機、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，而且還會極大提高控制和調(diào)節(jié)的精度，我們可以真正方便地實現(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)機組，風機盤管和新風機組等）
工作原理：采用設備中的風扇使室內(nèi)空氣循環(huán)，并通過設備中的冷、溫水盤管來冷卻和加熱，以達到空調(diào)的目的。盤管中的冷、溫水由機房中的制冷設備和鍋爐提供。
該系統(tǒng)的缺點是：設備配置較大，風機噪音大。當環(huán)境溫度變化或冷、熱負荷變化時，只能通過增減冷、溫水循環(huán)泵數(shù)量或使用擋風板的方法來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，既耗費能源又造成環(huán)境溫度波動。
四、負載與節(jié)能關系
1、負載類型與節(jié)能關系------生產(chǎn)機械各式各樣，種類繁多，但負載類型主要分三類，它們與節(jié)能的關系見表1（P（KW）、M（n.m）、n(r/min)）
2、幾種典型負載與節(jié)能關系
由于中央空調(diào)系統(tǒng)中都是各種風機、泵類負載，根據(jù)流體學原理可知，P}n3，故應用變頻器后，節(jié)能效果顯著。下表列出風機、泵類負載應用變頻器后，在不同流量Q、轉(zhuǎn)速n、由功率P（額定值的相對百分數(shù)）在某頻率值時的節(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循環(huán)水系統(tǒng)來完成。循環(huán)水系統(tǒng)的回水與進（出）水溫度之差，反映了需要進行熱交換的熱量。因此，根據(jù)回水與進（出）水溫度之差來控制循環(huán)水的流動速度，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)，可以簡單地根據(jù)回水溫度進行如下控制：回水溫度高，說明房間溫度高，應提高冷凍泵的循環(huán)速度，以節(jié)約能源。反之則反。總之，對于冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，控制依據(jù)是回水溫度，即通過變頻調(diào)速，實現(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，其單測水溫不能準確地反映冷凍機組內(nèi)產(chǎn)生熱量的多少。所以，對于冷卻泵，以進水和回水間的溫差作為控制依據(jù)，實現(xiàn)進水和回水間的恒溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，應提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機組產(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)末端送風機的變頻控制
隨著生活水平的提高，人們已開始關注生活與工作環(huán)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(diào)系統(tǒng)，而大多數(shù)中央空調(diào)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。變頻技術的飛速發(fā)展，成本進一步下降，使得這一要求成為現(xiàn)實。
1、調(diào)節(jié)風量
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機直接送入室內(nèi)，從而達到調(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)自己的要求來設定需要的室溫。
調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速可以控制送風量。使用變頻器對風機實現(xiàn)無級變速，在變頻的同時，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?shù)奈恢�，安裝手動調(diào)節(jié)控制終端，調(diào)速電位器VR和運行開關KK置于控制終端盒內(nèi)，變頻器的集中供電由空氣開關控制，需要送電時在配電控制室直接操作。
調(diào)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(zhì)溫度發(fā)生改變時，將可能造成室溫隨之改變，對環(huán)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。
選擇內(nèi)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(diào)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(diào)整送風量，達到自動恒溫運行。
（ 3）送風機的分布可能不是均勻的，對于稍大的室內(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(nèi)置PID軟件模塊，選用外加PID調(diào)節(jié)器即可。
3、應用方案的系統(tǒng)考慮
共振（動）：選擇末端送風機時，應考慮測試其在全轉(zhuǎn)速范圍的共振轉(zhuǎn)速點，應避免電機工作于這樣的轉(zhuǎn)速區(qū)，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(zhuǎn)速區(qū)域。
節(jié)能：風機屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，應用時，選擇風機、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）設定為“平方轉(zhuǎn)矩”，這樣可以達到較好的節(jié)能效果。
安裝：變頻器應裝于末端機的“隔離室”內(nèi)，除保證良好的散熱外，還應讓其不置身于潮濕環(huán)境下。亦需考慮中央空調(diào)在制冷或制熱時末端機自身的溫度影響。
頻率限制：電機轉(zhuǎn)速較低時，散熱效果較差：轉(zhuǎn)速過大，則會引起因風速過高而造成的不適當狀態(tài)，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(jù)最大風速確定。
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(huán)境質(zhì)量。多機并聯(lián)運行時，若電機距離變頻器較遠，則需調(diào)整載波頻率，以避免引起電機電流振蕩。
七、機組臺數(shù)控制
1、某大廈基本工況：三臺機組，一用兩備，根據(jù)大廈的熱負荷量自動控制機組運行臺數(shù)，自動保持各機組運行時間基本一致，達到最低能耗，達到最低的主機折舊。
2、解決方案：
基本思路：根據(jù)回流量，供/回水溫度來調(diào)節(jié)機組運行臺數(shù)，負荷計算根據(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
當負荷大于單臺機組80%，則第二臺機組備份；當負荷大于前2臺機組的負荷總量的80%，則第三臺機組運行（80%該數(shù)值可調(diào)）。
信息來源 (作者)： 中國工控信息網(wǎng)
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