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变频调速器空调系统管理论文

时间:2020-02-15 05:14:54

1引言

在工农业行产各人们的日常生活中,经常需要对一些物理量进行控制,如空调系统的温度、供水系统的水压、通风系统的风量等,这些系统绝大多数是用交流电机驱动的。以前由于电机的转速无法方便调节,为了达到对上述物理量的控制,人们只好采用一些简单的方法,如用档板调节风量,用阀门来调节流量压力等,致使这些系统不仅达不到很好的调节效果,而且大量的电能被档板和阀门白白浪费。据统计,我国目前使用的风机、水泵大约有25%的能量是无谓消耗。因此,国家经贸委于1994年下发了763号文件《关于加强风机、水泵节能改造的意见》,鼓励支持变频节能技术在各行各业推广使用。另外,根据交流电机的特性,要实现连续平滑的速度调节,最佳的方法就是采用变频调速器,变频器是将标准的交流电转成频率、电压可变的交流电,供给电机并能对电机转速成进行调节的装置。采用变频器进行风机、水泵的节能改造,不仅避免了由于采用挡板或阀门造成的电能浪费,而且还会极大提高控制和调节的精度,我们可以真正方便地实现恒温空凋系统和恒压供水系统。

2中央空调系统

大、中型中央空调由3部分组成:

(1)制冷、制热站

(2)空调水管网系统

(3)空调末端装置(空调机组,风机盘管和新风机组等)

大、中型中央空调系统框图如图1所示。

工作原理:采用设备中的风扇使室内空气循环,并通过设备中的冷、温水盘管来冷却和加热,以达到空调的目的。盘管中的冷、温水由机房中的制冷设备和锅炉提供。

该系统的缺点是:设备配置较大,风机噪音大。当环境温度变化或冷、热负荷变化时,只能通过增减冷、温水循环泵数量或使用挡风板的方法来调节室内温度,既耗费能源又造成环境温度波动。

3负载与节能关系

(1)负载类型与节能关系,生产机械各式各样,种类繁多,但负载类型主要分3类,它们与节能的关系见表1

(2)几种典型负载与节能关系

由于中央空调系统中都是各种风机、泵类负载,根据流体学原理可知,p}n3,故应用变频器后,节能效果显著。表2列出风机、泵类负载应用变频器后,在不同流量Q、转速n、由功率p(额定值的相对百分数)在某频率值时的节能率。

4中央空调变频调速系统的控制依据

中央空调系统的外部热交换由2个循环水系统来完成。循环水系统的回水与进(出)水温度之差,反映了需要进行热交换的热量。因此,根据回水与进(出)水温度之差来控制循环水的流动速度,从而控制了热交换的速度,是比较合理的控制方法。

(1)冷冻水循环系统的控制

由于冷冻水的出水温度是冷冻机组“冷冻”的结果,常常是比较稳定的。因此,单是回水温度的高低就足以反映房间内的温度。所以,冷冻泵变频调速系统,可以简单地根据回水温度进行如下控制:回水温度高,说明房间温度高,应提高冷冻泵的循环速度,以节约能源。反之则反。总之,对于冷冻水循环系统,控制依据是回水温度,即通过变频调速,实现回水的恒温控制。原理图见图2。

(2)冷却水循环系统的控制

由于冷却塔的水温是随环境温度而变的,其单测水温不能准确地反映冷冻机组内产生热量的多少。所以,对于冷却泵,以进水和回水间的温差作为控制依据,实现进水和回水间的恒温差控制是比较合理的。温差大,说明冷冻机组产生的热量大,应提高冷却泵的转速,增大冷却水的循环速度;温差小,说明冷冻机组产生的热量小,可以降低冷却泵的转速,减缓冷却水的循环速度,以节约能源。冷却水循环系统的控制原理图见图3。

5中央空调末端送风机的变频控制

随着生活水平的提高,人们已开始关注生活与工作环境的舒适性。大型公共建筑(如商场、宾馆、影剧院等)均设置有中央空调系统,而大多数中央空调的运行,绝大部分末端机采用开/关控制方式,难以满足人们对舒适感的要求。变频技术的飞速发展,成本进一步下降,使得这一要求成为现实。

5.1调节风量

在中央空调系统中,冷、暖的输送介质通常是水,在末端将与热交换器充分接触的清洁空气由风机直接送入室内,从而达到调节室温的目的。

在输送介质(水)温度恒定的情况下,改变送风量可以改变带入室内的制冷(热)量,从而较方便地调节室内温度。这样,便可以根据自己的要求来设定需要的室温。

调整风机的转速可以控制送风量。使用变频器对风机实现无级变速,在变频的同时,输出端的电压亦随之改变,从而节约了能源,降低了系统噪音,其经济性和舒适性是不言而喻的。

5.2控制方式的确立

(1)在室内适当的位置,安装手动调节控制终端,如图4所示,调速电位器VR和运行开关KK置于控制终端盒内,变频器的集中供电由空气开关控制,需要送电时在配电控制室直接操作。

调整频率设定电位器VR,可以改变变频器的输出频率,从而控制风机的送风量,关闭时断开KK即可,此方式成本低廉,随意性强。

(2)当室外温度变化,或者冷/暖输送介质温度发生改变时,将可能造成室温随之改变,对环境舒适要求较高的消费群体,则可以采用自动恒温运行方式,如图5所示。

选择内置pID软件模块的变频器。控制终端的方式同手动方式。电位器用来设定温度(而不是调整频率)。变频器通过采集来自反馈端VpF/IpF的温度测量值,与给定值作比较,送入pID模块运算事自动改变U、V、W端子的输出频率,调整送风量,达到自动恒温运行。

(3)送风机的分布可能不是均匀的,对于稍大的室内空间,则可以采用“区域温度平均法”策略调节送风量,以满足特殊需要量场所。

(4)为降低成本,个别的变频器可能没有内置pID软件模块,选用外加pID调节器即可。

5.3应用方案的系统考虑

(1)共振(动):选择末端送风机时,应考虑测试其在全转速范围的共振转速点,应避免电机工作于这样的转速区,通过设定变频器的回避频率及其宽度值,则可以避免电机运行于该转速区域。

(2)节能:风机属于平方转矩负载,应用时,选择风机、泵类专用变频器(亦称为节能型变频器)较好,并将其转矩曲线(V/F)设定为“平方转矩”,这样可以达到较好的节能效果。

(3)安装:变频器应装于末端机的“隔离室”内,除保证良好的散热外,还应让其不置身于潮湿环境下。亦需考虑中央空调在制冷或制热时末端机自身的温度影响。

(4)频率限制:电机转速较低时,散热效果较差:转速过大,则会引起因风速过高而造成的不适当状态,如制冷时,可能因风速过大,致辞使冷凝水不能被吸水盘完全接收,造成外漏。应选择适宜的上、下限频率,下限频率以不小于15Hz为宜,上限频率不要超过60Hz,根据最大风速确定。

(5)载波频率:将变频器的载波频率适当提高,则可以降低电机运行噪音,提高环境质量。

(6)多机并联运行时,若电机距离变频器较远,则需调整载波频率,以避免引起电机电流振荡。

6机组台数控制

(1)某大厦基本工况:3台机组,一用两备,根据大厦的热负荷量自动控制机组运行台数,自动保持各机组运行时间基本一致,达到最低能耗,达到最低的主机折旧。

(2)解决方案

基本思路:根据回流量,供/回水温度来调节机组运行台数,负荷计算根据:Q=C×m×|T1-T2|∣

注:C常数;m回水流量;T1回水温度;T2供水温度

当负荷大于单台机组80%,则第2台机组备份;当负荷大于前2台机组的负荷总量的80%,则第3台机组运行(80%该数值可调)。

采用pLC作为主控制器,采用摸拟量模块进行数据采集。原理图如图6所示。

参考文献

[1]艾默生变频器TD2100、TD2000系列变频器技术手册、用户手册。


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