變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

1、PAGE 26 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)計（論文）題目： 變頻器在中央系統(tǒng)中的應(yīng)用 系部：專業(yè)：班級：姓名：指導(dǎo)教師：山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書開始日期：2012 年11月22日 完成日期：2012 年11月29日 答辯日期：2012 年 11 月 30 日 1、設(shè)計目的考核學(xué)生對本專業(yè)知識的掌握和應(yīng)用。2、設(shè)計題目水塔水位設(shè)計 3、設(shè)計內(nèi)容和要求內(nèi)容:1、使用三菱FX系列PLC為控制核心，選擇電磁閥YV、交流接觸器KM、熱繼電器FR、按鈕、水位檢測開關(guān)SL等作為外圍控制器件，控制水泵啟動和停止。滿足水位控制要求。具體任務(wù)：（1）進水控制。當(dāng)水池水位低于低水位界時，SL4為ON，電磁閥YV打開

2、進水；當(dāng)水位高于水池高水位界時SL3為ON；電磁閥YV關(guān)閉。（2）報警顯示。如果電磁閥打開4s后，SL3不為ON，表示沒有進水，出現(xiàn)故障，此時系統(tǒng)關(guān)閉電磁閥，指示燈HL按0.5s亮滅周期閃爍。（3）抽水控制。當(dāng)SL4為OFF并且水塔水位低于水位界時，SL2為ON，水泵M啟動運轉(zhuǎn)，開始抽水；當(dāng)水塔水位高于高水位界時，SL1為ON，水泵M停止運行，抽水完畢。2、查閱相關(guān)資料，要完成系統(tǒng)分析以及PLC和外接設(shè)備的選擇；PLC的I/O接點分配；系統(tǒng)電路圖；系統(tǒng)流程圖；系統(tǒng)梯形圖和指令表；完成程序的仿真和調(diào)試。4、設(shè)計報告要求（1） 設(shè)計使用的PLC和外圍器件選擇與器件介紹。（2） 分析控制要求，繪制系

3、統(tǒng)電路圖（3） 確定輸入輸出設(shè)備以及接點分配。（4） 畫出程序流程圖和梯形圖。（5） 指令表清單（6）寫出設(shè)計體會與建議.畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文）進 度 計 劃 表日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況指導(dǎo)教師簽字11月22日11月23日-了解設(shè)計要求，查閱資料11月23日11月25日元器件選型，繪制各分電路圖11月25日11月26日設(shè)計總電路圖，說明工作過程11月26日11月27日總結(jié)設(shè)計中的問題，得出結(jié)論 11月27日11月28日撰寫論文及準(zhǔn)備答辯 11月28日11月29日論文打印11月30日論文答辯教師對進度計劃實施情況總 評簽名 年 月 日 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK

4、l _Toc232304121 第1章 引 言 PAGEREF _Toc232304121 h 1 HYPERLINK l _Toc232304122 第2章 變頻器的基礎(chǔ)知識 PAGEREF _Toc232304122 h 4 HYPERLINK l _Toc232304123 21 變頻器的概述 PAGEREF _Toc232304123 h 4 HYPERLINK l _Toc232304124 211 變頻器的定義、分類及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232304124 h 4 HYPERLINK l _Toc232304125 212變頻器的應(yīng)用： PAGEREF _Toc23230

5、4125 h 11 HYPERLINK l _Toc232304126 22 變頻器的工作原理和控制方式 PAGEREF _Toc232304126 h 12 HYPERLINK l _Toc232304127 221 變頻器的工作原理 PAGEREF _Toc232304127 h 12 HYPERLINK l _Toc232304128 222 變頻器的控制方式 PAGEREF _Toc232304128 h 13 HYPERLINK l _Toc232304129 第3章 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識 PAGEREF _Toc232304129 h 16 HYPERLINK l _Toc232304

6、130 31 空氣調(diào)節(jié)相關(guān)概念 PAGEREF _Toc232304130 h 16 HYPERLINK l _Toc232304131 311 空調(diào)常用溫度單位 PAGEREF _Toc232304131 h 16 HYPERLINK l _Toc232304132 312 空調(diào)常用能量單位 PAGEREF _Toc232304132 h 16 HYPERLINK l _Toc232304133 313中央空調(diào)常用概念 PAGEREF _Toc232304133 h 16 HYPERLINK l _Toc232304134 第4章 中央空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 PAGEREF _Toc2323041

7、34 h 18 HYPERLINK l _Toc232304135 41 中央空調(diào)系統(tǒng)的類型及特點 PAGEREF _Toc232304135 h 18 HYPERLINK l _Toc232304136 411 集中式中央空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304136 h 18 HYPERLINK l _Toc232304137 412 風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304137 h 18 HYPERLINK l _Toc232304138 413 變制冷劑流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304138 h 19 HYPERLINK l _Toc2

8、32304139 414 水冷柜機空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304139 h 19 HYPERLINK l _Toc232304140 415 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304140 h 19 HYPERLINK l _Toc232304141 416 風(fēng)冷熱泵模塊空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304141 h 20 HYPERLINK l _Toc232304142 42 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 PAGEREF _Toc232304142 h 20 HYPERLINK l _Toc232304143 421 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) PAGERE

9、F _Toc232304143 h 20 HYPERLINK l _Toc232304144 422 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc232304144 h 21 HYPERLINK l _Toc232304148 第5章 中央空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和改造方案 PAGEREF _Toc232304148 h 28 HYPERLINK l _Toc232304149 51 中央空調(diào)系統(tǒng)存在的不足 PAGEREF _Toc232304149 h 28 HYPERLINK l _Toc232304150 52 中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案設(shè)計 PAGEREF _Toc232304150 h

10、 28 HYPERLINK l _Toc232304151 5.2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)行運行工況與分析 PAGEREF _Toc232304151 h 29 HYPERLINK l _Toc232304152 5.2.2 控制系統(tǒng)軟件功能與實現(xiàn) PAGEREF _Toc232304152 h 32 HYPERLINK l _Toc232304153 5.2.3 變頻節(jié)能改造效果估算與投資收益分析 PAGEREF _Toc232304153 h 35 HYPERLINK l _Toc232304154 5.2.4 中央空調(diào)系統(tǒng)改造后的節(jié)能優(yōu)點 PAGEREF _Toc232304154 h 37

11、 HYPERLINK l _Toc232304155 53 中央空調(diào)系統(tǒng)的運行管理 PAGEREF _Toc232304155 h 38 HYPERLINK l _Toc232304156 結(jié)束語 PAGEREF _Toc232304156 h 41 HYPERLINK l _Toc232304158 參考文獻 PAGEREF _Toc232304158 h 43 第1章 引 言學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計）論文第1章 引 言能源的利用情況標(biāo)志著一個國家 HYPERLINK / 科技進步的水平。在我國大力推廣節(jié)能產(chǎn)品，禁止使用耗能過大的設(shè)備，提高能源的利用率，以縮短與世界先進國家的差距，為 HYPERLIN

12、K /china/ 中國的 HYPERLINK /dangdai/ 現(xiàn)代建設(shè)提供能源的保證。但是，近年來，隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，大量的公共建筑如賓館、寫字樓、商場、餐飲酒店、運動場館等拔地而起，中央空調(diào)系統(tǒng)也就成為了現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一。由于近年來電價的不斷上漲，造成中央空調(diào)系統(tǒng)運行費用急劇上升，加之目前各生產(chǎn)、服務(wù)業(yè)競爭激烈，多數(shù)企業(yè)利潤空間不夠理想。因此電能費用的控制顯然已經(jīng)成為經(jīng)營管理者所關(guān)注的問題所在。據(jù)統(tǒng)計，中央空調(diào)的用電量占各類建筑大廈總用電量的70%以上，其中中央空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20%-40%，故節(jié)約低負(fù)荷時壓縮機系統(tǒng)和水系統(tǒng)的消耗的能量，具

13、有很重要的意義。國家“十一五”規(guī)劃綱要中明確提出要把節(jié)約資源和保護環(huán)境基本國策，建設(shè)低投入、高產(chǎn)出，低消耗、少排放，能循環(huán)、可持續(xù)的國民經(jīng)濟體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%等目標(biāo)。這是針對資源環(huán)境壓力日益加大的突出問題提出來的，體現(xiàn)了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，是現(xiàn)實和長遠(yuǎn)利益的需要，具有明確的政策導(dǎo)向。中央空調(diào)在各大中型民用、商用建筑中的普及，帶來了嚴(yán)重的能耗問題。中央空調(diào)系統(tǒng)的電耗一般占整座建筑電耗的50%60，建筑能耗則占全國總能耗的1/3左右，因此提高能源利用率是我國能源可持續(xù)發(fā)展的方向

14、。中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計通常按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大冷負(fù)荷，并由此確定空調(diào)主機的裝機容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實際上每年只有極短時間出現(xiàn)最大冷負(fù)荷的情況。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時間里，都是在部分負(fù)荷（遠(yuǎn)小于其額定容量）條件下運行的。據(jù)統(tǒng)計，實際空調(diào)負(fù)荷平均只有設(shè)備能力的50%左右，這無疑造成了大量的能源白白浪費。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機等機電設(shè)備，長期處在工頻額定狀態(tài)下高速運行，機械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。另一方面，空調(diào)負(fù)荷又具有變動性。由于季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化（如旅游旺、淡季）及人流量增減（如賓館入住率的變化）等各種因素變化的

15、影響，中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有起伏變化和不恒定的特點，如果中央空調(diào)的運行方式不能根據(jù)負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負(fù)荷狀態(tài)）下運行，也勢必造成巨大的能源浪費。近年來隨著IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價格大幅下降，同時，可靠性增強，容量增大，采用變頻器對風(fēng)機、水泵類機械進行調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，已變得越來越現(xiàn)實，其對節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益具有重要意義。所以，隨著負(fù)荷變化而自動調(diào)節(jié)變化的變流量變頻空調(diào)水系統(tǒng)和自適應(yīng)智能負(fù)荷調(diào)節(jié)的壓縮機系統(tǒng)應(yīng)運而生，并逐漸顯示其巨大的優(yōu)越性，而且得到越來越多的被廣泛推廣與應(yīng)用。采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使空調(diào)系統(tǒng)發(fā)揮更加理想的工作狀態(tài)，更重要的是通常其節(jié)能效果高達3

16、0%以上，能帶來良好的經(jīng)濟效益。 中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計首先是根據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)計算冷負(fù)荷，按分區(qū)結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)產(chǎn)品樣本選擇相應(yīng)的設(shè)備，組合成一個系統(tǒng)。但空調(diào)系統(tǒng)絕大部分時間是在不滿負(fù)荷的情況下工作。在不滿負(fù)荷工作的控制方式不合理，系統(tǒng)能效比會大大降低?，F(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)在運行調(diào)節(jié)方式上，風(fēng)水系統(tǒng)主要是閥門（手動、自動閥門調(diào)節(jié)），主機利用卸荷方式，而這些方式是犧牲了阻力能耗來適應(yīng)末端負(fù)荷要求，造成運行成本居高不下。若采用變頻控制，能量的傳遞和運輸環(huán)節(jié)控制為變水量（VWV）和變風(fēng)量（VAV），使傳遞和運輸耦合并達到最佳溫差置換，其動力僅為其它控制系統(tǒng)的30%60%，而且節(jié)能是雙效的，因為對制

17、冷主機的需求能耗同時下降。主機采用變頻節(jié)能控制，保持設(shè)計工況下的制冷劑運動的物理量（如溫差、壓力等）變化，節(jié)能較其它調(diào)荷方式明顯，如約克（YORK）的YT型離心式冷水機組，配置變頻機組在部分負(fù)荷下能效比可降至0.2kw/冷噸，可見變頻控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用前景十分廣闊。過去由于價格的原因，在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)推廣較難。在變頻技術(shù)、計算機自動化控制技術(shù)非常成熟的今天，用此技術(shù)與暖通空調(diào)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，它并不是一門高價的技術(shù)，在小功率空調(diào)中其經(jīng)濟性都可承受，在中央空調(diào)系統(tǒng)中更不應(yīng)該成問題：（1）中央空調(diào)運行時間更長，節(jié)能問題更突出；（2）變頻控制在整個系統(tǒng)中所占的造價比例不高；（3）變頻

18、控制器的容量越大，每千瓦功率單價越低。中央空調(diào)系統(tǒng)采用變頻器是可行的，其投資回收一般在612個月，以變頻控制器使用壽命10年計，其凈收益在10倍投資額以上。第2章 變頻器的基礎(chǔ)知識第2章 變頻器的基礎(chǔ)知識21 變頻器的概述變頻技術(shù)是應(yīng)交流電動機無級調(diào)速的需要而誕生的。變頻器的問世，使電氣傳動領(lǐng)域發(fā)生了一場技術(shù)革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速。交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和便于自動控制等諸多優(yōu)勢，被國內(nèi)、外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速技術(shù)。211 變頻器的定義、分類及結(jié)構(gòu) 變頻器的定義：變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。 變頻器的基本類型：1.按變

19、換的環(huán)節(jié)分類：（1）交交變頻器：交交變頻器是將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流電（變換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。（2）交直交變頻器：交直交變頻器是先將工頻交流通過整流器變換成直流電，然后再將直流電變換成頻率電壓可調(diào)的交流電，又稱間接式變頻器。交直交變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器。 2.按直流電源的性質(zhì)分類： （1）電流型變頻器：電流型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波。由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故將其稱為電流型變頻器。電流型變頻器的特點是能扼制負(fù)載電流頻繁且急劇地變化，常應(yīng)用于負(fù)載電流變化較大的場合。 （2）電

20、壓型變頻器：電壓型變頻器的特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電容器作為儲能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)，內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故將其稱為電壓型變頻器，常應(yīng)用于負(fù)載電壓變化較大的場合。 3.按電壓的調(diào)制方式分類： （1）脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器：脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器電壓的大小是通過調(diào)節(jié)脈沖占空比來實現(xiàn)的，中、小容量的通用變頻器幾乎全都是采用此類調(diào)制方式。 （2）脈幅調(diào)制（PAM）變頻器：脈幅調(diào)制（PAM）變頻器電壓的大小是通過調(diào)節(jié)直流電壓的幅值來實現(xiàn)的。 4.按輸入電源的相數(shù)分類： （1）三進三出變頻器：三進三出變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕大多數(shù)變頻器都屬此類。 （2）單

21、進三出變頻器：單進三出變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電。家用電器里的變頻器都屬此類，通常容量較小。 變頻器的結(jié)構(gòu)：1.主電路：變頻器給負(fù)載提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分。典型的電壓型變頻器主電路如圖2-1所示， 圖2-1 典型的電壓型變頻器的主電路其主電路由整流器、平波電路和逆變器組成。若負(fù)載為異步電動機，則在變頻調(diào)速系統(tǒng)需要制動時，還需要附加制動回路。 （1）整流器：變頻器一般使用的是二極管整流器，它將工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管整流器構(gòu)成可逆變整流器，因為可逆變整流器的功率方向可逆，故可以進行再生運行。 （2）平波電路：在整流器整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率的

22、脈動電壓。此外，逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。變頻器容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成件有余量，則可以省去電感而采用簡單的平波回路。 （3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流電變換為所要求的可變壓變頻的交流，控制電路以所確定的時間控制6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相變壓變頻交流輸出。 （4）制動回路：異步電動機負(fù)載的再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲存在平波回路電容器中，使直流環(huán)節(jié)電壓升高。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量積累的能量比電容儲存的能量大，故為抑制直流電路電壓上升，需采用制動力回路消耗直流電路中的再生能

23、量。制動回路也可采用可逆整流器把再生能量向工頻電網(wǎng)反饋。 2.單相逆變主電路： (1)半橋逆變電路：半橋逆變電路具有結(jié)構(gòu)簡單、功率開關(guān)器件數(shù)目最少、成本低廉及穩(wěn)定性高等優(yōu)點。但是，回饋電流會使得前級變頻器輸出電壓波動加大，使電源輸出電容容量增大；同時，使得中點電位向正（或負(fù)）方向持續(xù)漂移，給供電帶來極大影響。（2）全橋逆變電路：普通全橋逆變電路共需8只功率開關(guān)器件，如圖2-2（a）所示。圖2-2(a) 雙橋逆變電路與半橋逆變電路相比，兩者的功率開關(guān)器件數(shù)量比為2:1，直流電壓利用率更高，但是結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，穩(wěn)定性和經(jīng)濟性不如半橋逆變電路；在實際應(yīng)用中，將中間兩橋臂保二為一，構(gòu)成兩相三橋臂逆變電路，

24、如圖2-2（b）所示。圖2-2(b) 兩相三橋臂變電路兩相三橋臂全橋逆變電路繼承了全橋逆變電路的優(yōu)點，同時有效地減少了開關(guān)器件的數(shù)目其輸出電壓值可達到全橋電路的70%以上。 3.變頻器的功率開關(guān)器件：（1）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）：門極可關(guān)斷晶閘管是目前能承受電壓電高和流過電流電大的全控型開關(guān)器件。具有電流密度大、管壓降低、導(dǎo)通損耗小和耐壓高等突出優(yōu)點，適合大功率應(yīng)用。但是，驅(qū)動電路復(fù)雜，驅(qū)動功率大，開關(guān)頻率低。 （2）門極換流晶閘管（GCT）：門極換流晶閘管（GCT）具有GTO高電壓、大電流及低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點，同時改善了開通和關(guān)斷性能，使工作頻率有所提高。 （3）絕緣柵雙極型晶體管（IGB

25、T）：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種復(fù)合型全控器件，具有MOSFET（輸入阻抗高、開關(guān)速度快）和GTR（耐壓高、電流密度大）二者的優(yōu)點，驅(qū)動功率小，開關(guān)損耗小，工作頻率高，沒有二次擊穿，不需緩沖電路，是目前中等功率電力電子裝置中的主流器件。4.控制電路：變頻器的控制電路是給變頻器主電路提供控制信號的回路，其控制電路如圖：2-3所示，圖2-3 變頻器控制電路由運算電路、電壓（電流）檢測電路、驅(qū)動電路、I/O（輸入/輸出）電路、速度檢測電路組成。（1）運算電路：運算電路的功能是將變頻器的電壓、電流檢測電路的信號及變頻器外部負(fù)載的非電量信號（速度、轉(zhuǎn)矩等經(jīng)檢測電路轉(zhuǎn)換為電信號）與給定的電流、電

26、壓信號進行比較運算，決定變頻器的輸出電壓、頻率。 （2）電壓、電流檢測電路：采用電隔離檢測技術(shù)來檢測主回路的電壓、電流。檢測電路對檢測到的電壓、電流信號進行處理和轉(zhuǎn)換，以滿足變頻器控制電路的需要。 （3）驅(qū)動電路：驅(qū)動電路的功能是在控制電路的控制下，產(chǎn)生足夠功率的驅(qū)動信號使主電路開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，控制電路采用電隔離技術(shù)實現(xiàn)對驅(qū)動電路的控制。 （4）I/O（輸入/輸出）電路：I/O（輸入/輸出）電路的功能是使變頻器能更好的實現(xiàn)人機交互。 （5）速度檢測電路：速度檢測電路以裝在異步電動機軸上的速度檢測器為核心，將檢測到的電動機速度信號進行處理和轉(zhuǎn)換，送入運算回路，根據(jù)指令和運算參數(shù)可使電動機按指

27、令速度運轉(zhuǎn)。5.保護電路：變頻器的保護電路是通過檢測主電路的電壓、電流等參數(shù)來判斷變頻器的運行狀況。當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，保護電路可使變頻器中的逆變電路停止工作或抑制變頻器的輸出電壓、電流值。保護電路可分為變頻器保護和負(fù)載（異步電動機）保護兩種。表2-1為保護功能一覽表。表2-1 保護功能一覽表保護對象保護功能保護對象保護功能變頻器保護瞬時過電流保護異步電動機保護過載保護超頻（超速）保護過載保護再生過壓保護瞬時停電保護其他保護防止失速過電流防止失速再生過電流接地過電流保護冷卻風(fēng)機保護6.單向逆變控制電路： (1)半橋SPWM控制：單相電動機采用SPWM控制時，由于要保證兩相繞中的電流相位

28、差為90，所以兩路調(diào)制信號的相位相應(yīng)地也要設(shè)定為相差90。SPWM控制的優(yōu)點是諧波含量低，濾波器設(shè)計簡單，容易實現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻功能；缺點是直流電壓利用率低，適合模擬電路，不便于數(shù)字化方案的實現(xiàn)。 （2）半橋：電壓空間矢量同氣隙磁場之間的關(guān)系：U=d/dt 式（2-1）可通過控制電壓空間量來控制電動機氣隙磁場的旋轉(zhuǎn)，故SVPWM控制又稱為磁鏈軌跡控制。半橋逆變電路在采用SVPWM控制時，輸出相電壓的最大值為Ud/2。 （3）兩相三橋臂全橋逆變SPWM控制：在載波相同的情況下，A相和B相調(diào)制波為正弦波，在相位上A相超前B相90；公共橋臂則采用恒定占空比的方法調(diào)制，上、下橋臂占空比均為50%。如此，在

29、A和B繞組上得到幅值相等、相位相差90的正弦電壓。電壓幅值與調(diào)制度m成正比，當(dāng)m=1時，輸出電壓峰值達到最大，為Ud/2。依據(jù)電動機的u/f曲線與輸出電壓和m的關(guān)系，即可實現(xiàn)兩相電動機的變壓變頻調(diào)速控制。 7.變頻器基頻設(shè)置參數(shù)：（1）基頻參數(shù)：變頻器基頻參數(shù)的示意圖如圖2-4所示。圖2-4 變頻器基頻參數(shù)示意圖在基頻以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率的變化而變化，u/f為常數(shù)，適合變頻調(diào)速系統(tǒng)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。在基頻以上，變頻器的輸出電壓維持電源額定電壓不變，適合變頻調(diào)速系統(tǒng)的恒功率負(fù)載特性。 （2）如何設(shè)置基頻：基頻參數(shù)設(shè)置應(yīng)該以負(fù)載的額定參數(shù)設(shè)置。（3）基頻設(shè)置注意事項：基頻參數(shù)直接反映變

30、頻器輸出電壓和輸出頻率的關(guān)系，如果設(shè)置不當(dāng)，則容易造成負(fù)載的過流或過載。212變頻器的應(yīng)用： 變頻調(diào)速已被公認(rèn)為最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，其主要應(yīng)用在以下幾個方面： 1.變頻器在節(jié)能方面的應(yīng)用：風(fēng)機、泵類負(fù)載的耗電功率基本與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可以達到20%60%。據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)機、泵類電動機用電量占全國用電量的31%，占工業(yè)用電量的50%，因此，在此類負(fù)載上采用變頻調(diào)速具有非常重要的意義。目前，應(yīng)用較成功的恒壓供水，各類風(fēng)機、中央空調(diào)和液壓泵的變頻調(diào)速。 2.變頻器在自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用：由于變頻器內(nèi)置有32位或16位的微處理器，具有多種算術(shù)邏輯運算和智能控制功能

31、，輸出頻率精度高達0.1%0.01%，還設(shè)有完善的檢測、保護環(huán)節(jié)，因此在自動化系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。3.變頻器在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用：變頻器還可以廣泛應(yīng)用于傳送、超重、擠壓和機床等各種機械設(shè)備控制領(lǐng)域，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長設(shè)備的壽命。采用變頻調(diào)速控制后，使機械系統(tǒng)簡化，操作和控制更加簡便，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高整個設(shè)備的性能。22 變頻器的工作原理和控制方式221 變頻器的工作原理變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電

32、，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。由電機學(xué)可知，交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為：n60f(1s)/p 式(2-2)式中： n異步電動機的轉(zhuǎn)速(每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù))； f電源頻率； s電動機轉(zhuǎn)差率； p電動機極對數(shù)。由式(1-2)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要均勻地改變電源頻率f，則可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速n。當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。 由電機的工作原理決定電機的磁極對數(shù)是固定

33、不變的。由于電機的磁極對數(shù)1個磁極對數(shù)等于2極，電機的極數(shù)不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適和改變該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是作為電機調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 然而，只調(diào)節(jié)頻率f是不行的，因為E=4.44fNKmU 式（2-3）式中： E磁感電動勢； f電源頻率；N定子繞組匝數(shù)； K與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； m每極磁通量； U定子相電壓。當(dāng)定子電壓U不變時，m與f成反比，f的升高或降低，會導(dǎo)致磁通m的減小或增大，從而使電動機最大轉(zhuǎn)

34、矩減小，嚴(yán)重時將導(dǎo)致電動機堵轉(zhuǎn)，甚至將電機燒毀，或者使磁路飽和，鐵耗急劇增加。為此，在調(diào)節(jié)電源頻率的同時，要調(diào)節(jié)電壓的大小，以維持磁通的恒定，使最大轉(zhuǎn)矩不變。222 變頻器的控制方式 異步電動機調(diào)速傳動時，變頻器可以根據(jù)電動機的特性對供電電壓、電流、頻率進行適當(dāng)控制，不同的控制方式所得到的調(diào)速性能、特性以及用途是不同的?？刂品绞酱篌w可分為開環(huán)控制（U/f控制方式）和閉環(huán)控制（轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）兩種。 1變頻器的U/f控制：U/f控制多用于通用變頻器、風(fēng)機、泵類機械的節(jié)能運行、生產(chǎn)流水線的工作臺傳動及一些家用電器等。 （1）普通功能型的U/f控制通用變頻器：此控制方式具有優(yōu)異

35、的功能和性能，有較強的通用性，應(yīng)用廣泛；但是，靜態(tài)穩(wěn)定性不高，當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時，其轉(zhuǎn)矩不足。 （2）新一代高功能型通用變頻器：運算速度大幅度提高，且采用了磁通補償器、轉(zhuǎn)差補償器和電流限制控制器，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制功能。采用此控制方式，可使極低速度下的轉(zhuǎn)矩過載能力達到或超過150%，頻率設(shè)定范圍達到1:30，且具有足夠的響應(yīng)速度。2轉(zhuǎn)差頻率控制：與U/f控制相比，其加減速特性和限制過電流能力得到了提高，速度的靜態(tài)差小，適用于自動控制系統(tǒng)，常用于單運轉(zhuǎn)。如果保持電動機的氣隙磁通一定，則電動機的轉(zhuǎn)矩和電流由轉(zhuǎn)差角頻率決定，因此控制電動機轉(zhuǎn)差角頻率，就可以控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點就在于

36、頻率控制環(huán)節(jié)的輸入頻率信號是由轉(zhuǎn)差信號和實測轉(zhuǎn)速信號相加后得到的，在轉(zhuǎn)速變化過程中，實際頻率隨著實際轉(zhuǎn)速同步上升或下降。3.矢量控制：以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，將三相坐標(biāo)系下的交流電機等效為兩相旋轉(zhuǎn)坐系下的直流電動機。矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5 矢量控制系統(tǒng)原理框給定和反饋信號經(jīng)過類似直流調(diào)速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵磁電流的給定信號im1*和電樞電流給定信號it1*，經(jīng)過逆變換得到和ia1*，i1*再經(jīng)過2/3變換得到iA*、iB*和iC*。把這三個電流控制信號和由控制器直接得到的頻率控制信號1加到帶電流控制的變頻器上，就可以輸出異步電動機調(diào)速所需的三相變頻電流。4.直接轉(zhuǎn)

37、矩控制：直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是高動態(tài)性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，圖2-6為定子磁場控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理框圖。圖2-6 接定子磁場控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)具有以下特點：轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用直接反饋的雙位式砰-砰控制（繼電器控制），避開了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和勵磁分量，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)，但是缺點是帶來了轉(zhuǎn)矩脈動，限制了調(diào)速范圍。第3章 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識第3章 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識31 空氣調(diào)節(jié)相關(guān)概念空氣調(diào)節(jié)簡稱空調(diào)，它是通過對空氣的處理使某區(qū)域范圍內(nèi)空氣的溫度、相對濕度、氣流速度和潔凈度達到一定要求的工程技術(shù)，常用空調(diào)基數(shù)和精度來表示?？照{(diào)基數(shù)：指空調(diào)房間所要求的基準(zhǔn)溫度和相對濕度；空調(diào)

38、精度：指空調(diào)房間空氣的溫度、相對濕度在所要求的連續(xù)時間內(nèi)允許波動的幅度。 實踐證明，人們感到舒適的環(huán)境條件為：空氣溫度1828，相對濕度40%60%，空氣流動速度0.25m/s左右。311 空調(diào)常用溫度單位溫度是描述空氣冷熱程度的物理量，主要有三種標(biāo)定方法：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和絕對溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)或開氏溫標(biāo)）。 攝氏溫標(biāo)用符號t表示，單位是；華氏溫標(biāo)用符號tF表示，單位是；絕對溫標(biāo)用符號T表示，單位是K。三種溫標(biāo)間的關(guān)系如下： T=t+273 tF=9/5t+32312 空調(diào)常用能量單位在空調(diào)行業(yè)，常用冷量單位為千瓦KW、冷噸RT、匹HP、萬大卡kcaL/h等。換算關(guān)系如下： 1kcaL/h=

39、1.163W 1KW=860kcaL/h 1USRT=3.517KW。313中央空調(diào)常用概念 1.制冷量：空調(diào)器進行制冷運行時，單位時間內(nèi)低壓側(cè)制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量。2.熱泵制熱量：空調(diào)器進行熱泵制熱運行時，單位時間內(nèi)高低側(cè)制冷劑在冷凝器中放出的熱量。3.能效比：能效比=制冷（制熱）量/耗功。能效比數(shù)值越大，機組經(jīng)濟性越好，運行費用越低。 4.制冷劑：制冷劑是制冷系統(tǒng)中傳遞能量、實現(xiàn)循環(huán)的工作介質(zhì)，簡稱工質(zhì)。中央空調(diào)機組常用制冷劑有：R22、R123、R134a、R410a和R407c等。5.載冷劑：凡是凝固溫度低于蒸發(fā)溫度、沸騰溫度高于常溫的物質(zhì)均可作為載冷劑，常用的載劑有： （1）水

40、和空氣：水常用于蒸發(fā)溫度高于2的場合； （2）鹽水：各種鹽類的水溶液，常用的有：氯化鈉（NaC1）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鎂（MgCl2）的水溶液。 （3）有機化合物：有機化合物的水溶液，如乙二醇。 6.貯冷劑：在間接冷卻的制冷裝置中，被冷卻物體或空間的熱量是通過中間介質(zhì)傳遞給載冷劑的，此中間介質(zhì)被稱為貯冷劑。常用的貯冷劑是冰和共晶冰。7.制冷主機：制冷主機一般是由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、控制柜及相關(guān)設(shè)備組成的一整套制冷系統(tǒng)。第5章 中央空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和改造方案第4章 中央空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識41 中央空調(diào)系統(tǒng)的類型及特點工程上常將集中式空調(diào)系統(tǒng)和半集中式空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)稱為中央空調(diào)系統(tǒng)。4

41、11 集中式中央空調(diào)系統(tǒng) 集中式空調(diào)系統(tǒng)是典型的全空氣系統(tǒng)，是工程上常用的系統(tǒng)之一。它廣泛應(yīng)用于舒適性或工藝性的各種空調(diào)系統(tǒng)中，例如：會堂、賓館、商場以及對空氣環(huán)境有特殊要求的工業(yè)廠房。 集中式空調(diào)系統(tǒng)特點： （1）空氣處理設(shè)備的制冷設(shè)備集中布置在機房中，便于集中管理和調(diào)節(jié)； （2）采取了有效的防振消聲措施； （3）使用壽命長； （4）不易失火；（5）系統(tǒng)運行不經(jīng)濟；412 風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng) 在空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)機盤管空調(diào)系統(tǒng)是最常見的空調(diào)方式，幾乎公認(rèn)應(yīng)首選風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。此系統(tǒng)冷量和熱量分別由空氣和水帶入空調(diào)房間，屬于空氣水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于旅館、公寓、醫(yī)院和辦公室等高級多層的建筑中。 風(fēng)機

42、盤管空調(diào)系統(tǒng)特點： （1）機房占地面積小，風(fēng)管截面積小，容易布置； （2）盤管易結(jié)垢，影響傳熱效果；（3）運行靈活，節(jié)能效果好； （4）使用壽命長；（5）維護管理繁瑣；413 變制冷劑流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng) 能源和環(huán)境問題是當(dāng)今世界關(guān)注的焦點。為了節(jié)約能源保護環(huán)境，采用變流量以適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化，在制冷空調(diào)領(lǐng)域受到廣泛重視。變水量、變風(fēng)量和變制冷劑流量等變流量系統(tǒng)的應(yīng)用，在提高空調(diào)質(zhì)量和節(jié)約能源兩個方面效果突出。 變制冷劑流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)特點： （1）減少了壓縮機頻繁啟停造成的能量損失； （2）系統(tǒng)的季節(jié)能效比大提高； （3）降低了啟動電流，避免了其他用電設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊； （4）降低了室

43、內(nèi)機的噪聲； （5）可實現(xiàn)各個房間或區(qū)域的獨立控制； （6）大大提高能源利用效率；414 水冷柜機空調(diào)系統(tǒng) 水冷柜機是以冷卻水為冷源，以冷媒制取冷量的中央空調(diào)機組，在結(jié)構(gòu)上將壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流部件等集中為一體對個直接輸出冷氣。常用于夏季炎熱、空間需求風(fēng)量大的場所，如超市、餐廳等。415 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用地下水、河水、湖水等資源，通過制冷壓縮機系統(tǒng)消耗部分電能，冬季，把水中的低品味能量“取”出來，供給室內(nèi)采暖或生活熱水；夏季，把室內(nèi)的熱取出來，釋放到水中，達到制冷/熱水的目的。水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)特點： （1）一機多用，用途廣泛； （2）綠色環(huán)保；（3）高效節(jié)能；

44、（4）安全可靠； （5）可再生資源；416 風(fēng)冷熱泵模塊空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷熱泵模塊空調(diào)系統(tǒng)以空氣為冷、熱媒，以水為供冷熱介質(zhì)的中央空調(diào)機組。廣泛應(yīng)用于新建或改建的大小工業(yè)與民用建筑的空調(diào)系統(tǒng)，如賓館、公寓、酒店、醫(yī)院及廠房的各類公共建筑，也可用于高檔別墅的中央空調(diào)系統(tǒng)。尤其適用于對噪聲和環(huán)境有較高要求，缺水，不宜安裝冷卻塔的場合。目前主流的風(fēng)冷熱泵根據(jù)所采用壓縮機的不同，主要有風(fēng)冷渦旋機組和風(fēng)冷螺桿機組兩種。42 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理421 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個典型的中央空調(diào)系統(tǒng)一般由冷、熱源機組，冷、熱量輸送系統(tǒng)，空氣處理設(shè)備，空氣輸送設(shè)備，空氣分配設(shè)備，被調(diào)對象組成，如圖4-1所示。圖

45、4-1 中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成圖422 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理 1四種制冷方法：(1)液體汽化制冷：最常用，如蒸汽壓縮式； (2)氣體膨脹制冷； (3)渦流管制冷； (4)熱電制冷。2制冷原理中央空調(diào)技術(shù)實際上是人工制冷技術(shù)的一種典型系統(tǒng)性應(yīng)用，當(dāng)前，人工制冷技術(shù)按其補償過程的不同可主要分為蒸汽壓縮式、吸收式、蒸汽噴射式、吸附式四種方法，其中，被廣泛應(yīng)用在中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷方法主要有兩種：蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和吸收式制冷循環(huán)。(1) 蒸汽壓縮式制冷： 蒸汽壓縮式制冷過程分為蒸發(fā)過程、壓縮過程、冷凝過程和節(jié)流過程四個過程，其原理圖如圖4-2所示。 圖4-2 中央空調(diào)系統(tǒng)制冷制熱原理圖（a）圖4-2 中

46、央空調(diào)系統(tǒng)制冷制熱原理圖（b）1壓縮過程：蒸發(fā)器中的制冷劑蒸汽被離心壓縮機吸入后，原動機（一般為電動機）通過壓縮機葉輪對其施加能量，使制冷劑蒸汽的壓力提高并進入冷凝器；與此同時，制冷劑蒸汽的溫度在壓縮終了時也相應(yīng)提高。 2冷凝過程：由壓縮機來的高壓、高溫制冷劑蒸汽，在冷凝器中通過向管內(nèi)的冷卻水放出熱量，溫度有所下降，同時在飽和壓力（冷凝溫度所對應(yīng)的冷凝壓力）下，冷凝成為液體。這時，冷卻水因從制冷劑蒸汽中攝取了熱量，其溫度要有所升高。冷卻水的溫度與冷凝溫度（冷凝壓力）直接有關(guān)。 3節(jié)流過程：由冷凝器底部來的高溫、高壓制冷劑液體，流經(jīng)節(jié)流孔口時，發(fā)生減壓膨脹，壓力、溫度都降低，變?yōu)榈蛪骸⒌蜏匾后w進

47、入蒸發(fā)器中。 4蒸發(fā)過程：低壓、低溫制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)從載冷劑（如冷水）中攝取熱量后蒸發(fā)為汽體，同時使載冷劑的溫度降低，從而實現(xiàn)人工制冷，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑蒸汽又被壓縮機吸入進行壓縮，重復(fù)上述壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)過程。如此周而復(fù)始，達到連續(xù)制冷的目的。（2） 吸收式制冷： 通過使用兩種沸騰點差距較大的物質(zhì)組成的二元溶液(也稱工質(zhì)對，其低沸騰點組份為制冷劑，高沸騰點組份為吸收劑)，利用溶液在一定條件下能析出低沸點組份的蒸汽，而在另一條件下又能吸收低沸點組份的蒸汽這一特性由制冷機系統(tǒng)采用熱能驅(qū)動，通過發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收4個過程來完成制冷循環(huán)。 目前，在中央空調(diào)系統(tǒng)中的制冷壓縮機以速度型的離心

48、式壓縮機和以容積型的螺桿式或活塞式壓縮機的應(yīng)用最為普遍。第5章 中央空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和改造方案51 中央空調(diào)系統(tǒng)存在的不足中央空調(diào)在各大中型民用、商用建筑中的普及，帶來了嚴(yán)重的能耗問題。中央空調(diào)系統(tǒng)的電耗一般占整座建筑電耗的50%60，建筑能耗則占全國總能耗的1/3左右，因此提高能源利用率是我國能源可持續(xù)發(fā)展的方向。中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計通常按建筑物所在地的極端氣候條件來計算其最大冷負(fù)荷，并由此確定空調(diào)主機的裝機容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實際上每年只有極短時間出現(xiàn)最大冷負(fù)荷的情況。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時間里，都是在部分負(fù)荷（遠(yuǎn)小于其額定容量）條件下運行的。據(jù)統(tǒng)計，實際空調(diào)負(fù)荷平均只有

49、設(shè)備能力的50%左右，這無疑造成了大量的能源白白浪費。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機等機電設(shè)備，長期處在工頻額定狀態(tài)下高速運行，機械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。另一方面，空調(diào)負(fù)荷又具有變動性。由于季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化（如旅游旺、淡季）及人流量增減（如賓館入住率的變化）等各種因素變化的影響，中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有起伏變化和不恒定的特點，如果中央空調(diào)的運行方式不能根據(jù)負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負(fù)荷狀態(tài)）下運行，也勢必造成巨大的能源浪費。所以，節(jié)約中央空調(diào)在低負(fù)荷時冷卻循環(huán)水系統(tǒng)和冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的電能消耗，具有極其重要的經(jīng)濟意義。傳統(tǒng)的中央空調(diào)節(jié)能控制多采用

50、PID控制，這種控制方法控制響應(yīng)迅速，方法簡單。但是，對空調(diào)這種參數(shù)不確定的系統(tǒng)不能進行有效的控制。通過結(jié)合PLC和變頻器，對傳統(tǒng)中央空調(diào)進行改造，可彌補傳統(tǒng)PID控制的不足。52 中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案設(shè)計本方案是通過變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)對冷凍泵及冷卻泵進行控制（根據(jù)具體情況，冷凍水泵和冷卻水泵均采用“兩用一備”的方式運行）。具體安裝如圖5-1所示：圖5-1 中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能安裝圖5.2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)行運行工況與分析 1.冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析(共3臺電機水泵)（1）標(biāo)稱數(shù)據(jù)電機18.5KW 380V 50Hz

51、接法 72A 1470r/min額定流量187m3/h 額定揚程44m（2）運行數(shù)據(jù)2臺運行1臺備用，電機實際運行電流60A64A，水泵運行時出口壓力0.800.85MPa 冷凍循環(huán)水進出水溫度10/7。冷凍循環(huán)水系統(tǒng)采用進出水管道并聯(lián)形式工頻運行，由于冷凍循環(huán)水管網(wǎng)最大高度落差為40m左右，管網(wǎng)在額定流量下阻力小于0.2kg，故冷凍循環(huán)水泵出口處壓力只要能夠達到60m揚程就可以滿足冷凍水循環(huán)的需要。由于冷凍循環(huán)水其落差靜壓為40m左右，所以，實際上在冷凍循環(huán)水泵僅需要提供20m左右的凈輸出揚程即可滿足系統(tǒng)對揚程的基本需求。對于額定揚程為44m的冷凍循環(huán)水泵來說，其實際需要揚程僅為其額定揚程的

52、45%。顯然，單從揚程需求角度看可最大節(jié)約功率約為:Ph=70%。在另一方面也可以證明冷凍循環(huán)水泵的實際輸出流量過?，F(xiàn)象，當(dāng)前冷凍循環(huán)水進出水溫度為:10/7，對應(yīng)溫差T，與冷凍循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)進出水溫度參考值:12/7，其對應(yīng)溫差T=5相比，實際溫差約為標(biāo)準(zhǔn)允許溫差的60%，此時單從流量需求角度看，可最大節(jié)約功率約為:PQ78%。通過以上工況數(shù)據(jù)分析可知，該冷凍循環(huán)水泵在該工況點狀態(tài)下，最大可節(jié)約率約為(與額定值相比):Pmax=Umin(Ph,PQ)=Umin(70%,78%)=70%在此工況下工頻運行實際消耗功率約為:P工實=62A/72APe=0.8618.5KW15.9（KW）即工頻狀態(tài)下

53、消耗功率僅約為其額定功率的86%。在該工況點下，實施變頻節(jié)能改造后可節(jié)約的功率約為(與工頻狀態(tài)相比):P節(jié)=1-0.3/0.8665%。假定冷凍循環(huán)水在其運行期間負(fù)荷時間變化服從線性均勻分布，對此負(fù)荷時間分布線性函數(shù)求積分，那么，冷凍循環(huán)水系統(tǒng)改造后平均節(jié)約功率可達41%。實際上由于系統(tǒng)在運行期間其負(fù)荷的時間分布規(guī)律服從類似正態(tài)特性，所以，可以肯定地說改造后實際節(jié)能效果將大于41%。當(dāng)然，精確的系統(tǒng)節(jié)約率指標(biāo)還受到各負(fù)荷點分布規(guī)律和工頻狀態(tài)下的實際消耗功率、變頻控制系統(tǒng)效率、電機和水泵效率等因素的影響，在此就不再做進一步的計算。實踐表明，按此方法獲得的節(jié)約率估算值一般與實際節(jié)約率值偏差小于5%

54、。正是因為壓力與流量的過剩作用使水流過速、熱交換溫差偏小，因此，可以通過降低冷凍循環(huán)水的總供應(yīng)流量來實現(xiàn)向標(biāo)準(zhǔn)溫差參考值靠近，從而達到節(jié)約能量的目的。在對實際運行工況考察時，不能夠簡單地依據(jù)電機運行電流的大小來判斷，若只簡單地從冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的電機實際運行電流來看(額定電流為72A，實際運行電流60A64A)，就會發(fā)出沒有多少節(jié)電空間的錯誤判斷。急之，應(yīng)根據(jù)實際運行工況點數(shù)據(jù)做依據(jù)，利用變頻驅(qū)動裝置，把系統(tǒng)富余的流量、揚程節(jié)省下來，使系統(tǒng)工作在耗能最少的最佳工況下(揚程和流量均無多余的狀態(tài)下)，從而達到既滿足系統(tǒng)需求又使能耗最少的目的。2. 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析(共3臺電機水泵)（1）標(biāo)稱

55、數(shù)據(jù)電機18.5kW 380V 50Hz 接法 83A 1480r/min 額定流量320m3/h 額定揚程22m(2)運行數(shù)據(jù) 2臺運行1臺備用，每臺電機實際運行電流70A，泵運行出口壓力0.25MPa-0.28MPa，冷卻水進出水溫度:28/31。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)采用進出水管道并聯(lián)形式工頻運行，由于冷卻塔位于15m樓面平臺，冷卻塔與冷卻水泵垂直落差為15m+4m=19m，所以冷卻循環(huán)水系統(tǒng)靜壓約為:H靜0.20MPa，考慮到冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)阻尼和冷卻塔逆流冷卻所需要的噴射壓頭，實際冷卻循環(huán)水泵需要輸出揚程應(yīng)小于0.25MPa，即冷卻循環(huán)水泵需要凈輸出揚程為:H動0.l0MPa，僅為其額定揚

56、程的30%，顯然，單從揚程需求上看其可節(jié)約功率約為:Ph=83%。再從冷卻循環(huán)水系統(tǒng)實際需要流量的角度來分析，當(dāng)前冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進出水溫度為:28/31，其對應(yīng)溫差T13，與冷卻循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)進出水溫度參考值:30/35，其標(biāo)準(zhǔn)允許溫差T=5相比，實際溫差約為標(biāo)準(zhǔn)允許溫差的60%,同樣，但從流量需求角度，具有約為PQ=78%節(jié)約空間。綜合揚程與流量的可節(jié)約空間，該冷卻循環(huán)水系統(tǒng)在該工況點下最大可獲得的節(jié)約率為(與其額定值相比)：Pmax=Umin(Ph,PQ)=Umin(83%,78%)=78%在此工況下工頻運行實際消耗功率約為:P工實=70A/83APe=0.8418.5KW15.5（KW）即工

57、頻狀態(tài)下消耗功率僅約為其額定功率的84%。那么，在該工況點下，實施變頻節(jié)能改造后可節(jié)約率約為(與工頻狀態(tài)相比)P節(jié)=1-0.22/0.8474%。假定冷卻循環(huán)水負(fù)荷時間變化服從均勻分布，對此負(fù)荷分布線性函數(shù)求積分，那么，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造后平均節(jié)約功率約可達46%。5.2.2 控制系統(tǒng)軟件功能與實現(xiàn)整個集成的控制系統(tǒng)軟件由兩個部分組成，即PLC軟件和上位機軟件，在PLC軟件中分別對各個部分做了詳盡的控制編程設(shè)計，按不同控制對象和作用將各部分軟件的主要功能描述如下：圖5-2 控制系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖1. 冷凍循環(huán)水部分冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的運行主要依據(jù)蒸發(fā)器的進出水溫度差來決定流量的增加。在夏季供冷期間，當(dāng)

58、進出水溫度差小于標(biāo)準(zhǔn)允許溫差值時，應(yīng)減小變頻器的輸出頻率，即時降低水泵的運行速度減少流量，使實際檢測溫差值逼近標(biāo)準(zhǔn)溫差允許值，但泵的速度減少時，應(yīng)考慮能夠保證冷凍循環(huán)水在管網(wǎng)中的順暢流動，因此，應(yīng)設(shè)定一個對應(yīng)的泵的轉(zhuǎn)速低限(變頻器輸出頻率低限)，在此速度下變頻器的輸出頻率將不再降低;相反，當(dāng)實際溫差大于標(biāo)準(zhǔn)溫差時，應(yīng)增加變頻器的輸出頻率，即提升泵的轉(zhuǎn)速增加水流量;當(dāng)變頻器輸出頻率達到48Hz后(此時功率約為0.95Pe)，若實際溫差仍偏大時，就需要再投入另一臺泵變頻并行運行，此時兩臺泵并行運行的頻率初始給定值定為（50Hz/2）1.128Hz，此2臺泵運行時輸出的流量已大于單臺泵的流量，但此時

59、2臺泵的累計消耗功率僅約為0.35Pe,從這一點看，2臺同時變頻運行要比1臺工頻加1臺變頻方式更能節(jié)約電能，因此，在設(shè)計系統(tǒng)時全部采用了“一控一”的方式，而沒有采用“一控多”的方式。在2臺泵根據(jù)溫差值以相同頻率同時升速或同時降速運行時，若溫差仍偏大，則以相同的方式再投入第三臺變頻運行。當(dāng)2臺或3臺泵同時變頻運行且實際溫差比標(biāo)準(zhǔn)溫差小時，應(yīng)降低變頻器輸出頻率以減小泵的輸出流量，當(dāng)頻率減小到輸出頻率下限時（本系統(tǒng)設(shè)定為20Hz），若仍存在溫差偏大現(xiàn)象時，控制系統(tǒng)將自動停止最早投入運行的1臺水泵（即按先入先出的調(diào)度策略實施增減泵的動作），而不是繼續(xù)降低輸出轉(zhuǎn)速，剩下的泵再根據(jù)溫差偏差自動調(diào)節(jié)流量運行

60、。2. 冷卻循環(huán)水部分冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行原理與冷凍循環(huán)水系統(tǒng)運行原理基本一致，兩者本質(zhì)的差異在于:當(dāng)冷凝器進出水溫差大于標(biāo)準(zhǔn)允許溫差時應(yīng)增加流量，正好與冷凍循環(huán)水的調(diào)節(jié)方向相反。具體的流量調(diào)節(jié)過程略。以基準(zhǔn)壓力需求為下限，以溫差值作反饋的閉環(huán)控制原理如圖5-所示。（a）閉環(huán)控制原理過程圖 （b）閉環(huán)控制過程調(diào)節(jié)原理圖5-3 閉環(huán)調(diào)節(jié)控制原理圖在圖5-3（a）中，以基準(zhǔn)壓力需求作為雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)來限定流量輸出調(diào)節(jié)的下限依據(jù)，以實際進出水溫度差與標(biāo)準(zhǔn)允許溫差的偏差值作為外環(huán)來決定每次流量調(diào)節(jié)幅度的大小和單位時間內(nèi)流量調(diào)節(jié)頻度的依據(jù)。圖5-3(b)中，曲線AB表示單臺泵冷卻循環(huán)水流量變化與進出水溫度