变频器在中央空调中的应用.doc

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目变频器在中央空调中的应用 学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心 年级专业： 0409 电气工程及自动化 学生姓名： 李明杰 学 号： 0451480183 指导教师： 韩亚军 职 称： 讲师 导师单位： 重庆信息工程专修学院 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 年 月 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 李明杰 1设计(论文)题目： 变频器在中央空调中的应用 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日3设计(论文)课题要求：论文内容要充分反映本论文的主题，结构紧凑、鲜明、有条理性，在充分利用主题背景的前提下说明论文的原理，在社会中的应用，以及现在存在的问题，和将来的发展趋势，与此同时要展望将来可能存在的问题和对未来的思考。4实验（上机、调研）部分要求内容：通过办公自动化进行编写文章的内容，应用绘图软件绘画系统的原理图和需要的图表，充分利用计算机的各方面知识对文章内容进行编写绘画。在文章编写完毕之后利用办公自动化中的格式、文件等工具进行编写和修改。5文献查阅要求：可以咨询或请教与本内容相关的任课教师，也可以到网上进行查阅，但要保证内容的客观实际性，要查阅与本论文密切相关方面的内容，不得照搬他人的文章或内容；同时要保证内容的质量。 6发 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日 指导教师签名： 学 生 签 名： 摘 要本文主要研究并阐述变频器在中央空调中的应用。由于以往中央空调很难实现平滑调速，同时为了提高工作效率，采用变频调速则可满足中央空调的需要，故中央空调采用变频调速已是大势所趋。本文通过介绍变频器和中央空调的原理阐述了中央空调系统的构成和工作原理以及中央空调的节能运行,说明了中央空调系统耗能成因和节能技术原理;同时通过变频器在中央空调中的四种控制模式,系统的分析了变频器在中央空调中的应用;第五节则具体说明变频器中央空调的节能运行,通过蚌埠铁道大酒店进一步说明变频器在中央空调中的应用和实现过程，通过变频器在中央空调中的各方面应用，具体说明当今社会中央空调在变频器中的发展趋势，以及变频器中央空调存在的问题。关键词：变频器 中央空调 变频模式目 录摘 要i目 录ii第1章 前言1第2章 变频器在中央空调中的应用22.1中央空调概述22.2中央空调系统的构成与工作原理22.2.1中央空调系统构成22.2.2中央空调的工作原理42.3 中央空调的节能运行62.3.1 系统耗能成因分析62.3.2 变频器的节能原理72.3.3 节能技术原理82.3.4中央空调冷冻水节能控制92.4 中央空调变频模式112.4.1 变频器在普通中央空调中的节能变频模式实现112.4.2 变频器在中央空调水泵风机中的变频模式形式132.4.3 变频器在中央空调集散式监控系统中的实现162.4.4 中央空调末端送风机的变频控制实现172.5变频器中央空调的节能与应用202.5.1变频调速节能原理202.5.2 变频器在中央空调系统中的节能改造应用212.5.3 变频器选型要点242.6 综合效益29第3章 结 论31致 谢32参考文献33第1章 前言在人们的日常生活中，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，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。第2章 变频器在中央空调中的应用2.1中央空调概述随着社会的发展，中央空调应用的场合越来越广。例如：为保证产品质量，纺织厂要求有一定温度，纺线才不断；集成电路生产厂、医药厂、食品厂要有一定清洁度，才能生产出合格的产品；公寓、写字楼、宾馆、大型商厦等为了人员和工作环境的舒服，都采用了中央空调，集成供暖、供热冷。中央空调电动机一般为380V、15-55KW，由三相供电，也可单相输入、三相输入。作为建筑物重要的耗电设备，空调风机采用变频调试已是大趋势。采用转矩变频器，即可满足空调的需要，且可节电30%-60%，又延长空调的寿命。再加上温湿度传感器和微机闭环控制，成为现代化的空调室。而小型空调数量大，应用面广，多为单相电动机驱动，故效率低，又笨重。后采用微型三相电动机，与相同功率单相电动机相比，体积和重量可减少为30%-50%。 2.2中央空调系统的构成与工作原理2.2.1中央空调系统构成中央空调应用越来越广泛,而使用变频器构成的空调系统由于功能丰富、操作简便、能耗小、成本低，越来越受到用户的关注。集中制冷、集中通风 ，压力温度双变量控制以变频器为核心的控制系统发挥出特殊的优越性。系统框图如图(2) 图21 中央空调系统 随着人们对生活和工作环境的要求越来越高，中央空调已广泛应用于生产及公用、民用建筑中。尤其是在宾馆酒店业，中央空调的应用更是广泛。中央空调系统主要由以下几个部分组成：I、冷冻机组：这是中央空调的“致冷源” ，通往各个房间的循环水由冷冻机组进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”；2、冷却水塔：用于为冷冻机组提供“冷却水”；3、“外部热交换”系统：(I)冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送人冷冻水管道，在各房间内 进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。从冷冻机组流出、进人房间内的冷冻水简称为“出水”；流经所有的房间后回到冷冻机组的冷冻水简称为“同水”。(2)冷却水循环系统 由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压人冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻机组释放的热量。流进冷冻机组的冷却水简称为“进水”；从冷冻机组流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。4、冷却风机：(I)室内风机安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹人房间，加速房间内的热交换。(2)冷却塔风机 用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。5、温度检测：通常使用热电阻，检测点在冷冻水、冷却水进出冷冻机组的出人口处。可以看出，中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部分。2.2.2中央空调的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。制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行交换,将冷冻水制冷,冷冻水泵将冷水送到各风机风口冷却盘中,由风机吹送冷风达到降温目的。经蒸发后的冷冻剂在冷凝器中释放出热量,与冷却循环水进行热交换,由冷却水泵将带来热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却,与大气之间进行热交换,将热量散发到大气中去。其工作原理如图(22)所示。 图2中央空调工作原理1.普通中央空调工作原理（1）工作原理如(图23）（2）降了温的冷冻水通过冷冻泵加压送入冷冻水管道， 在各个房间由室内风机加速进行热交换，带走房间内的热量， 使房间内的温度降低后， 又流回冷冻水端。（3）升了温的冷却水通过冷却泵压入冷却塔，由冷却塔风机加速将冷却水中的热量散发到大气中， 使水温降低后， 流回冷却水端。（4）冷冻机组工作一段时间后， 达到设定温度，由温度传感器检测出来， 并通过中间继电器及接触器控制冷冻机停止工作， 温度回升到一定值后又控制其运行。图23 普通中央空调工作原理2工作简述(1)中央空调启动后， 冷冻单元工作， 蒸发器吸收冷冻水中热量， 使之温度降低； 同时， 冷凝器释放热量使冷却水温度升高。(1)冷冻水、冷却水循环泵不能根据实际需求来调整循环量， 电机工作效率低下， 造成大量电力浪费， 并加速机组磨损。(2)控制电器动作频繁， 导致使用寿命短， 维修量大； 而对于大容量系统， 传统的控制线路复杂，可靠性差， 需专人负责。 (3)整个系统运行噪音大， 控制性能差， 耗电量大， 使用寿命短； 在维护管理、检修调整方面工作量大、维护费高。 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。 2.3 中央空调的节能运行2.3.1 系统耗能成因分析 众所周知，中央空调是所有建筑物中耗能最严重的设备，其耗能占建筑的三分之一以上，有的甚至高达65。空调系统是按最大负荷来设计的，而目前还会再乘以个安全系数，所用设备的选择都是按最不利况来选型的，且在大部分时间内，系统都是部分负荷在运行，几乎所有的制冷主机都能够根据实际负荷的变化自动调整运行状况，而循环水泵的运行却是在工频(50Hz)状态下全功率运行，使整个系统处于能源利用率较低的高速运转状态，不但浪费大量电能，而目还带来设备磨损、缩短寿命等一系列问题。在酒店中央空调系统的设计就符合这些特征，这是相当不合理的，设计容量很大。从节能角度来看，冷冻、冷却水量也应做合理的调整。传统的水流量调节力度提高，设置电动两通阀或电动三通阀。虽然降低了系统的流量，但是却大大增加了系统的压力，也就是增大了系统的管路阻力，把多余的能量消耗在系统管路上了。调节阀门时虽然流量减少，但是压力增加，并且效率降低，节能效果相当有限。2.3.2 变频器的节能原理 水泵为平方减转矩负载，即转矩与转速平方成正比TL=To+KTnL式中TL为转矩；TO为损耗转矩，所占比例较小，可忽略不计。流量与转速成正比Q=KQn1电动机的耗能功率与流量的立方(nL )成正比PL=P0+KpQ式中PO为损耗功率，可忽略不计。流量与转速成正比，所以轴功率与转速立方成正比。根据水泵的上性水泵配置变频装置，通过变频调节改变水泵的转速可达到节能的目的。但简单的变频处理往往不明显。近年来，随着自动化控制技术的发展，电脑软件技术开发的日新月异，在中央空调节技术上已成功开发应用了模糊控制理论与变频技术相结合的智能控制设备，它能根据中央空调的末端负荷的变化和空调主机的制冷运行工况自动对循环水泵进行实时优化控制，自动调整水泵运行频率，使得系统水流量随空调负荷变化而同步变化，使水泵处于最佳节能工作状态，在保证末端负荷正常使用要求的前提下，达到降低电耗的目的。主要表现为当转速降低、流量减少时，功率P以立方关系递减。当实际负荷为设计负荷的80时，则流量的需求量为原来的80，水泵实际输出功率为设计功率的三次方，即51，节约能量为151=49。也就是说当流量为原来的80时，则功耗仅为原来的51，节约49，而用调节阀时，仅节约5左右的能量。由 此可见，节能效果相当明显。2.3.3 节能技术原理 中央空调、电控系统组成、节能可行性分析大、中型中央空调由三部分组成：制冷制热站、空调水管网系统、空调末端装置(空调机组，风机盘管和新风机组等)。中央空调系统的耗能拖动设备主要有：冷水机组拖动系统(中央空调主机)；冷冻泵拖动系统(由若干台水泵组成)；冷却泵拖动系统(由若干台水泵组成)；风机拖动系统(包括若干室内风机和若干冷却塔风机1。由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，然而实际运行中。空调负荷的分布在一年之内是极不均衡的，设计负荷约占总运行时间的68,空调负荷的全年分布冷负荷率 75100 5075 255O <25占总运行时间 10 50 30 10百分数()注：引自美国制冷协会标准88056从表1空调负荷全年分布中可以看出绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下。存在较大的富余，并且由于其中的冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，因此存在很大的浪费。中央空调节能就在于最大程度地消除这种浪费。中央空调电控系统由主机系统、冷冻水子系统、冷却水子系统等组成。中央空调冷冻水子系统变频调速的控制依据是：变速调节根据制冷机冷量负荷w、水泵流量Q、压力P、转速n和功率N问的关系：。改变水泵转速，使流量适驱动与传动,应冷量负荷变化的要求。水泵效率-q1='q2=const；功率大幅度下降，节能效果显著。变频器能根据冷冻水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵作出相应调节以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大大减少。其减少的功耗AP=P01(N1N0)3 (1)减少的流量Q=QO1一(NlN0) (2)其中N1为改变后的转速NO电机原来的转速，Po为原电机转速下的电机消耗功率，QO为原电机转速下所产生的水泵流量。由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。如：假设原流为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低1O个单位，由(2)式Q=QO1一(N1NO)=100* 1一(90100)=10可得出流量改变了1O个单位，但功耗由(1)式AP=P01一(N1NOII31=100*1-(90100)31=271可以得出，功率将减少271个单位，即比原来减少271。再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流。而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。 2.3.4中央空调冷冻水节能控制1系统原理及其结构框图 目前用户正使用的中央空调冷冻水系统，采用的是传统单式泵变流量冷冻水系统，设计采用“一泵对一机”的方式，使通过冷水机组的水流量为定值。随着负荷的减少用户处的直通调节阀关小，供、回水总管的压差增大，压差控制器动作，使旁通调节阀逐渐打开，部分水流返回冷水机组；压差控制器同时使负荷侧调节阀动作，以恒定用户处直通调节阀前的压差。冷水机组也根据检测到的进出水温差进行制冷量调节。当供、回水总管的压差到达规定的上限值时水泵和冷水机组中停掉一台。反之，当用户负荷增大进，供、回水管的压差降低，旁通调节阀的开度减小，压差降至限定的下限值时，恢复一台冷水机组和一台水泵工作。这种调节方式不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为什么采用这种系统方式成为普遍现象，是基于通过冷水机组的水流量要恒定的观点产生。但我认为变频技术的发展，特别是国产变频器性能的逐步提高，产品价格的大幅下降，在合理控制范围内是能取得很好的节能效果。冷水机组的冷量调节一般为30一100，但水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速5O。并应结合冷水机组实际情况经计算确定，百分比最好处于75100。最低75的调节比例对冷水机组的运行应该是安全地。该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统供回水主管上的压力传感器(6、7)检测冷冻水供水压力，检测到的压力传给楼控主机，再经过给定的压力设定值来进行PID运算，给出变频器的频率。变频器接收到楼控主机经过运算得出的频率后进行相应的频率调节。.2系统主要功能本系统实现了冷冻水泵系统的闭环控制功能，使变频控制和压差控制有机的结合在保证系统安全运行的前提下，取得最大的节能效果。由于现在使用的楼控系统已经集成了很好的人机操作介面和精确的计算方法。所以利用现有的楼控系统来作这次方案的“大脑”。利用现在楼控电脑上的Insight软件可以很容易的实现控制和运算功能，只须做简单的程序设计。其大至的流程为 (1)压力达不到设定值。检查各水泵工作状况；(2)水位过低。检查一次水源和水位传感器；(3)第二压力号有效。其原因是引起第二压力的消防发生，或者相应阀门误动作；(4)设定数据出错。依次检查各设定数据，系统调好后记录所设定的数据，以便备查；(5)控制器自检出错。关闭控制器电源，检查供电情况，等待片刻后重新启动。2.4 中央空调变频模式2.4.1 变频器在普通中央空调中的节能变频模式实现实际运行时， 中央空调的冷负荷总是在不断变化的， 冷负荷变化时所需的冷冻水、冷却水的流量也不同， 冷负荷大时所需的冷冻水、冷却水的流量也大， 反之亦然。这样， 我们就可根据冷冻水、冷却水的温度， 通过变频器来调节水泵的转速， 从而调节流量。图(2)是用变频器对普通中央空调系统作节能改造的设计图制冷变频器节能改造方案图1. 冷冻水泵系统的闭环控制 制冷模式下冷冻水泵系统的闭环控制该方案在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下， 根据最小冷负荷量， 确定一个冷冻泵变频器工作的最小工作频率， 将其设定为下限频率并锁定， 变频冷冻水泵的频率调节是通过安装在冷冻水系统回水主管上的温度传感器(如图2.4-1)， 安装在冷冻水系统回水主管上的A处来检测冷冻水回水温度， 再经由温度控制器设定的温度来控制变频器的频率增减， 并可直接通过设定变频器参数使系统温度调控在需要的范围内，冷冻水回水温度升高时， 表示冷负荷量增大， 所需冷冻水流量也应增大。因此， 控制方式是： 冷冻回水温度大于设定温度时频率无级上调。当冷冻水回水温度降低时， 表示冷负荷量减小， 此时， 变频器频率无级下调。温度传感检测到的冷冻回水温度越低， 变频器的输出频率也越低。图(2.4-2) 制冷时变频器节能改造方案图2. 制热模式下热水循环泵系统的闭环控制 图（2）为中央空调改作制热时的变频器节能改造方案图。该系统通常由热蒸汽循环系统、图2 制热时变频器节能改造方案热水循环系统、热交换器、风机等组成。图（2）制热时变频器节能改造方案图如果将冷冻水泵系统改作热水循环泵系统运行(即制热)，同制冷模式控制方案一样， 在保证最末端设备热水流量供给的情况下， 根据最小热负荷量， 确定一个热水循环泵变频器工作的最小工作频率， 将其设定为下限频率并锁定， 变频热水循环泵的频率调节是通过安装在热水系统回水主管上的温度传感器如图（2）， 安装在热水系统回水主管上的A处来检测热水回水温度R一再经由温度控制器设定的温度来控制变频器频率增减。热水回水温度降低时， 表示热负荷量增大， 所需热水流量也应增大。因此， 其控制方式与制冷模式下控制方式同： 即热水回水温度小于设定温度时频率无级上调； 当热水回水温度升高时， 表示热负荷量减小， 此时， 变频器频率无级下调。温度传感检测到的热水回水温度越高， 变频器的输出频率越低。另外， 针对以前改造的方案中首次运行时温度交换不充分的缺陷， 智能变频器还可增加首次起动全速运行功能， 通过设定变频器参数可使冷冻水系统(或热水循环系统)充分交换一段时间，然后再根据冷冻回水温度(或热水回水温度)对频率进行无级调速， 并且变频器输出频率是通过检测回水温度信号及温度设定值经PID运算而得出的。3. 冷却水系统的闭环控制 该方案同样在保证冷却塔有一定的冷却水流出的情况下， 通过控制变频器的输出频率来调节冷却水流量， 当中央空调冷却水出水温度低时， 减少冷却水流量； 当中央空调冷却水出水温度高时， 加大冷却水流量， 从而达到在保证中空调机组正常工作的前提下达到节能增效的目的。现有的控制方式大都先确定一个冷却泵变频器工作的最小工作频率，其设定为下限频率并锁定， 变频冷却水泵的频率是通过冷却管进、出水温度差和出水温度信号来调节。只需在中央空调冷却管出水端安装一个温度传感器(如图2)， 安装在频率应无级上调； 当出、进水温差( +，一 +。)小于设定值时，说明冷负荷量减小，频率应无级下调。同时当冷却水出水温度高于设定值时，只有通过增大冷却水的流量，冷凝器才能吸因冷负荷量增大蒸发器散发出的热量，可以设计变频器频率优先无级上调。当冷却水出水温度低于设定值时， 按温变化来调节频率。进、出水温差越大，变频器的输出频率越高；进、出水温差越小，变频器的输出频率越低。2.4.2 变频器在中央空调水泵风机中的变频模式形式1. 新建疫苗车间空调设备情况 制冷主机为日立机组，共三台； 冷冻泵：11KW ，2极全压启动4台，扬程30m，出水温度6 ，回水温度为10 ，出水压力为35Mpa，每台电机额定电流为218A，正常工作电流为166A。一般情况下，开二台备二台； 冷却泵：15KW ，2极全压启动4台，扬程30m，出水温度325 ，回水温度为282 ，出水压力为038Mpa，每台电机额定电流为299A，正常工作电流为180A。一般情况下，开二台备二台； 空调风柜7台，其中22KW 风机电机3台，11KW 风机电机2台，15KW 和185 KW 风机电机各l台。2. 水泵变频方案 冷冻水系统和冷却水系统各自使用一台11KW变频器和一台15KW 变频器分别实施一拖三驱动。由PLC分别控制3台冷冻水泵和3台冷却水泵轮流切换工作(但同一时刻一台变频器只能驱动一台水泵电机运转)，使冷冻水量和冷却水量得到灵活、方便、适时、适量的自动控制下面以冷冻水系统为例对最后的调试环节加以说明： 闭环控制。冷冻水系统采用全闭环自动温差控制。采用一台11KW 变频器实施一拖三。具体方法是：先将中央空调水泵系统所有的风阀门完全打开，在保证冷冻机组冷冻水量和压力所需前提下，确定一个冻泵变频器工作的最底工作频率(调试时确定为35HZ)，将其设定为下限频率并锁定。用两支温度传感器采集冷冻水主管道上的出水温度和回水温度，传送两者的温差信号至温差控制器，通过PID调节将温差量变为拟量反馈给变频器，当温差小于等于设定值5时，冷冻水流量可适当减少，这时变频器降频运行，电机转减慢；当温差大于设定值5 时，这时变频器升频运行，电机转速加快，水流量增加。冷冻泵的工作台数和减少由PLC控制。这样就能够根据系统实时需要，提供合适的流量，不会造成电能的浪费。 开环控制。将控制屏上的转换开关拨至开环位置，顺时针旋动电位器来改变冷冻水泵电机的转速快慢。 工频变频切换工作。在系统自动工作状态下，当变频器发生故障时，由PLC控制另一台备用水泵电机投入工频运行，同时发出声光报警，提醒值班人员及时发现和处理故障。也可将控制柜面板上的手动自动转换开关拨至手动位置，按下相应的启动按钮来启动相应的水泵电机。3. 风机变频方案 由于所有风柜的风机均处于全开、正常负荷运行状态，恒温调节时，是由冷风出风阀来调节风量。如果生产车间房间内的温度偏高，则风阀开大，加大冷风量，使生产车间房间内的温度降低。如果生产车间房间内的温度偏低，则需关闭一部分风阀开度减少冷风量，来维持生产车间房间的冷热平衡。因此，送入生产车间内部的风量是可调节的、变化的。特别是到了夜班时，人员很少，且很少出入、走动活动，系统负荷很轻，对空调冷量的要求也大大降低，只需少量的冷风量就能维持生产车间的压力与冷量的需求，故利用变频器来对风量进行调节。采用7台变频器驱动7台风机电机，变频工频可以相互切换。在变频方式下运行时，变频器在不的时间段自动输出不同的频率。即7台变频器受时控开关的程序控制，在周一至周五的7：3O一23：OO设定变频器在45HZ下运行，在周一至周五的23：OO后至第二天的7：3O及周六、周日设定变频器在35HZ运行(其运行的频率可根据需要来设定)，以改变风机的转速，同时7台变频器与中央监控室的人机界面和PLC实行联机通信，以实现远程人机监控。4. 中央空调水泵风机变频监控系统 (1) 系统硬件组成 中央空调水泵风机变频监控系统对分布不同的9台变频器实施远程监控。 变频器选用具有高可靠性、高节能、保护功能完善，有强大串行通讯接口的产品。PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心，其与变频器的RS一485串行通讯接口相连接，就可实现与变频器的实时通讯。 人机界面采用Hitech公司PwS一3760，彩色1O4寸。它专为PLC而设计的互动式工作站，其画面容量大，画面规划简单；编程单；自动化程度高。RS一485串行通讯方式：RS一485采用平衡发送接收方式有传输距离长、抗干扰能力强和多站能力的优点。(2) 人机界面画面 人机界面所有画面均由ADP3全中文软件行设计，有主画面、参数设定、运转设定、参数显示、状态信息、报警信息和帮助等画面，经ADP3全中文软件编译无误后，从个人电脑中下载到人机界面即可使用。人机界与PLC之间通过RS232通讯电缆以主从方式进行连接。由PLC对人机界面的状态控制区和通知区进行读写达到两者之间的信息交互。PLC读人机界面状态通知区中的数据，得到当前画面号，而通过写人机界面状态控制区的数据，强制切换画面。 (3) 系统控制方法 系统要求对分布不同的9台变频器实施远程监控，能在中央监控室的人机界面上自动手动设定、修改和写频率值与启停各台变频器，可实时监测到中央空调水泵风机电机实际工作电压、电流、频率的大小，并具有声光报警功能。具体控制方法是：采用一台DVPPLC、一台人机界面PWS-3760和9台VDPP系列变频器通过RS485串行通讯方式组成一个实时通讯网络，在现场设定好9台变频器的参数，如控制方式为RS一485通讯指令，通讯地址：119，波特率为9600，通讯资料格式等；设计系统PLC程序，要求手动控有即时设定、修改和写入频率值与启停各台变频器等功能，自动控制采用二个时段控制，可以随时设定二个时段值和对应的二个频率值，现使用时段值一：7：3O对应频率一45HZ，时段值二：23：OO对应频率二35HZ。程序设计参照VFDP变频器通讯协议，采用PLC与变频器间的一些RS一485通讯指令实现系统的远程控，还可通过打印机实现报表的打印。2.4.3 变频器在中央空调集散式监控系统中的实现 1. 变频调速装置的控制变频器本身只是一个电气传动装置，体现节能的关键部分在电动机，电动机的运行是由变频器驱动的，这涉及到变频器的控制问题。变频器用于中央空调系统，它受各个监控系统的控制，由空气加热、冷却、加湿、去湿，空气净化，风量调节设备以及空调用冷热源等设备组成的中央空调系统，被监控参数主要有空气的温度、湿度、压力(压差)以及空气清新度、气流方向等，在冷热源方面主要是冷热水温度、蒸汽压力，它们分别由相关子系统进行分散控制，其中每个子系统自成一体，暖通行业应用进行独立控制，对其它子系统运行不产生影响，子系统可以相互通讯，进行必要数据的交换。中央空调集散式监控系统的结构 2. 以上只是粗略地讨论了问题的关键点。将车间空调区域共划分为6个独立的空调区域，分别进行独立控制，另外由于项目是车间的技术改造，还要将先前的控制设备集成，例如防凝水控制系统、消防补水控制系统和定压补水控制系统。控制层中的空调控制器采用西门子公司的sIMATI C S7 300可编程逻辑控制器(PLC)，各个PLC通过现场总线Profibus和中央监控算机进行通讯，它现场控制层中各个传感器、变送器采集的数据传送到中央监控计算机进行显示，同时也将中央监控计算机发出的控制指令传送给现场控制器，进行协调控制， 使系统高效运行。西门子公司的sIMATIC s7300 PL提供了两种高效的控制接口ProfibusDP和MPI，这两种接口都可以连接到各自的总线上去，使设备的扩展非常方便，但是，从网络的稳定性和高效性来看，Profibus-DP总线要优于MPI总线，所以，采用Profibus的案。中央空调操作站又与制冷站、真空站、空压站和锅炉站进行系统集成，由能源中心进行管理。2.4.4 中央空调末端送风机的变频控制实现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，成本进一步下降，使得这一要求成为现实。图2 手动控制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，其性和舒适性是不言而喻的。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(2)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(2)所示。图 自动恒温运行方式选择内置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。3. 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。(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2.5变频器中央空调的节能与应用2.5.1变频调速节能原理 以水泵为例，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水泵的流量Q、扬程H、轴功率P与转速n有如下关系：Q Q，=n1n， (1)H1H2 (n】n2) (2)P P，=(n n，) (3)即流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴输出功率与转速的立方成正比。由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多。风机也遵循这个规律，即风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，降低水泵或风机的转速，就有可能使单位供水量或风量的电耗减少。由电工学可知，电机的转速与输入频有如下关系：n=60f(1一s)p (4)式中：f为电源频率。S为滑差率。p为极对数，1"1为电机的转速。如果用变频器就可以通过改变电动机频率而达到无级调速的目的，对于水泵来说，在采用变频调速供水时。通过压力变送器检测管网水压，并将水压信号转化为电流信号，反馈给变频器内的单片机，计算机根据水压情况调整传送水泵电动机的输入频率，从而使水泵转速改变。例如，在非高峰供水时，水泵减速运行，从而使水泵输入功率减少，达到节能的目的。以上就是变频调速供水和风机供风节能的基本原理。电动机节约的电能可以通过(5)算，P 为电动机在额定转速n 时的额定功率，P为电动机在转速1"1时的轴输出功率，若用A P 表示节能，则A P-=PN-P=1一(nnN) PN (5)设电动机在额定转速nN=l 5OOrrain时的额定功率为PN，由式(5)，则电动机在转速N=lOOOrmin时A P=PNP=1一(nnN) PN=l一(10001500) PN O33PN，可见节能效果是相当显著的。2.5.2 变频器在中央空调系统中的节能改造应用1 变频器与节能 在工农业生产和人们的日常生活中，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感应电机驱动的。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，风机泵类负载的耗电占我国总发电量的相