變頻器在中央空調(diào)動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用趙斌/張敏/王靜2（1.河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南新鄉(xiāng)453002 2.河南省醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，河南鄭州450000）種流量調(diào)節(jié)方法，提出了變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵、風(fēng)機(jī)中央空調(diào)的動(dòng)力設(shè)備，能夠顯著減少能耗，節(jié)約能源，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

　　水泵與風(fēng)機(jī)是中央空調(diào)系統(tǒng)中的重要組成部分，它們大多是根據(jù)建筑物的比較大冷負(fù)荷進(jìn)行選擇的。而在實(shí)際運(yùn)行中，空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷是不斷變化的，且大部分是介于設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%~60%，這就需要系統(tǒng)的輸出水量或風(fēng)量也隨之改變。利用性能優(yōu)良的變頻調(diào)速裝置，可以通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)輸出流量，不僅方便有效，在節(jié)能方面也有顯著優(yōu)勢。

　　1工作點(diǎn)調(diào)節(jié)方法及節(jié)能性比較工作點(diǎn)是指泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線與管路阻力特性曲線的交點(diǎn)，如所示。圖中曲線1是泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線，曲線2是管路阻力特性曲線。當(dāng)系統(tǒng)流量Q改變時(shí)則需要調(diào)節(jié)工作點(diǎn)D1的位置，通常可采用以下兩種方法。

　　通過調(diào)節(jié)閥門開啟度來調(diào)整管路阻力。阻力變化，管路特性曲線也隨之改變，阻力越大，曲線越陡，如所示。曲線3、4是閥門關(guān)小后的管路阻力特性曲線，泵或風(fēng)機(jī)性能曲線沒有改變，此時(shí)工作點(diǎn)變與原工作點(diǎn)D1比較，新的工作點(diǎn)流量降低，但壓力增大，所以泵或風(fēng)機(jī)的軸功率變化不大。

　　通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。轉(zhuǎn)速改變后泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線也隨之改變，如所示。曲線5、6的轉(zhuǎn)速分別為m，m，且n2< n.從圖中可以看出，轉(zhuǎn)速減小后，工作點(diǎn)變?yōu)镈4、D5，此時(shí)壓力和風(fēng)量均減小，軸功率自然減小。由流體力學(xué)中相似原理可矢知壓力（p）、流量（Q）、功率（P）與轉(zhuǎn)速（n）的關(guān)系如下：即流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。K1、K2、K3為比例常數(shù)。當(dāng)所需流量降低時(shí)，其軸功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如所需風(fēng)量為額定風(fēng)量的70%，轉(zhuǎn)速下降為額定轉(zhuǎn)速的70%而軸功率則降低為額定功率的34.3%；當(dāng)所需風(fēng)量為額定風(fēng)量的50%軸功率則降低為12.5%.可見，在非滿載情況下，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來改變流量，節(jié)能效果十分顯著。

　　1.3變頻器調(diào)速在泵和風(fēng)機(jī)上加裝變頻器，由變頻器按照控制信號大小與設(shè)定控制值的運(yùn)算關(guān)系，輸出可調(diào)頻率的三相交流電來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

　　2變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)2.1節(jié)能計(jì)算分析泵和風(fēng)機(jī)類動(dòng)力設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果顯著，下面以某商場中央空調(diào)系統(tǒng)為例，計(jì)算主要設(shè)備變頻節(jié)能情況。參見表1.設(shè)備名稱功率變頻后功率數(shù)量變頻前年能耗（KW/h）變頻后年能耗（KW/h）冷卻水泵冷凍水泵冷卻塔（風(fēng)機(jī)）冷水機(jī)組（壓縮機(jī)）總能耗從上表可知，預(yù)計(jì)節(jié)電為：3，算則每年可節(jié)約50萬元。

　　2.2降低故障率提高自動(dòng)控制水平可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的“軟起動(dòng)”，減少起動(dòng)時(shí)的峰值功率損耗，降低起停過程對電動(dòng)機(jī)的沖擊；能對水泵實(shí)現(xiàn)軟起、軟停，消除水錘效應(yīng)，保護(hù)管網(wǎng)設(shè)備；調(diào)速時(shí)平滑特性好，速度控制精確，流量可以連續(xù)控制，過程平穩(wěn)，工作效率高。

　　3變頻器的選用風(fēng)機(jī)和水泵是減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，一般情況下，具有U/f=const控制模式的變頻器基本都能滿足這類負(fù)載的要求。

　　3.1避免過載風(fēng)機(jī)和水泵類負(fù)載一般不容易過載，選擇變頻器的容量時(shí)保證其稍大于或等于電動(dòng)機(jī)的容量即可；同時(shí)選擇的變頻器的過載能力要求也較低，一般比較大載荷應(yīng)小于額定容量的120%且過載時(shí)間不得大于1分鐘。但在變頻器功能參數(shù)選擇和預(yù)置時(shí)應(yīng)注意，由于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于電動(dòng)機(jī)的額定頻率時(shí)，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩會(huì)超過額定轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)過載。所以，要嚴(yán)格控制比較高工作頻率不能超過電機(jī)額定頻率。

　　3.2起/停時(shí)變頻器加速時(shí)間與減速時(shí)間的匹配由于風(fēng)機(jī)和泵的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大，其起動(dòng)和停止時(shí)與變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間匹配是一個(gè)非常重要的問題。在變頻器選型和應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷參數(shù)計(jì)算變頻器的加速時(shí)間和減速時(shí)間來選擇比較短時(shí)間，以便在變頻器起動(dòng)時(shí)不發(fā)生過流跳閘和變頻器減速時(shí)不發(fā)生過電壓跳閘的情況。但有時(shí)在生產(chǎn)工藝中，對風(fēng)機(jī)和泵的起動(dòng)時(shí)間要求很嚴(yán)格，如果上述計(jì)算的時(shí)間不能滿足需求時(shí)，應(yīng)該對變頻器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)選型。

　　3.3避免汽蝕與水錘效應(yīng)汽蝕。泵類負(fù)載在低速運(yùn)行時(shí)，由于關(guān)閉出口門使壓力升高，從而造成泵汽蝕，不斷打擊泵內(nèi)部件，破壞金屬表面。在變頻器功能設(shè)定時(shí)，通過限定變頻器的比較低頻率來限定泵流量的臨界點(diǎn)比較低轉(zhuǎn)速，可避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

　　水錘效應(yīng)。泵類負(fù)載在突然斷電時(shí)，由于泵管道中的液體重力而倒流。若逆止閥不嚴(yán)或沒有逆止閥，將導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，因電機(jī)發(fā)電而使變頻器發(fā)生故障或燒壞。在變頻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使變頻器按減速曲線停止，在電機(jī)完全停止后再斷開主電路，或者設(shè)定“斷電減速停止”功能，可避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

　　（責(zé)任編輯呂春紅）