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变频器在中央空调动力设备系统中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-10  来源:中国控制柜网  作者:[db:作者]
核心提示:  变频器在中央空调动力设备系统中的应用赵斌张敏王静2(1.河南机电高等专科学校,河南新乡453002 2.河南省医药设计院,河南郑州450000)种流量调节方法,提出了变频调速技术用于水泵、风机

  变频器在中央空调动力设备系统中的应用赵斌\张敏\王静2(1.河南机电高等专科学校,河南新乡453002 2.河南省医药设计院,河南郑州450000)种流量调节方法,提出了变频调速技术用于水泵、风机中央空调的动力设备,能够显著减少能耗,节约能源,具有广泛的应用价值。

  水泵与风机是中央空调系统中的重要组成部分,它们大多是根据建筑物的最大冷负荷进行选择的。而在实际运行中,空调系统的冷负荷是不断变化的,且大部分是介于设计负荷的50%~60%,这就需要系统的输出水量或风量也随之改变。利用性能优良的变频调速装置,可以通过改变电动机的转速,调节输出流量,不仅方便有效,在节能方面也有显著优势。

  1工作点调节方法及节能性比较工作点是指泵或风机的性能曲线与管路阻力特性曲线的交点,如所示。图中曲线1是泵或风机的性能曲线,曲线2是管路阻力特性曲线。当系统流量Q改变时则需要调节工作点D1的位置,通常可采用以下两种方法。

  通过调节阀门开启度来调整管路阻力。阻力变化,管路特性曲线也随之改变,阻力越大,曲线越陡,如所示。曲线3、4是阀门关小后的管路阻力特性曲线,泵或风机性能曲线没有改变,此时工作点变与原工作点D1比较,新的工作点流量降低,但压力增大,所以泵或风机的轴功率变化不大。

  通过改变电机转速来调节流量。转速改变后泵或风机的性能曲线也随之改变,如所示。曲线5、6的转速分别为m,m,且n2< n.从图中可以看出,转速减小后,工作点变为D4、D5,此时压力和风量均减小,轴功率自然减小。由流体力学中相似原理可矢知压力(p)、流量(Q)、功率(P)与转速(n)的关系如下:即流量与转速一次方成正比,压力与转速二次方成正比,轴功率与转速三次方成正比。K1、K2、K3为比例常数。当所需流量降低时,其轴功率按转速的三次方下降。如所需风量为额定风量的70%,转速下降为额定转速的70%而轴功率则降低为额定功率的34.3%;当所需风量为额定风量的50%轴功率则降低为12.5%.可见,在非满载情况下,通过调节转速来改变流量,节能效果十分显著。

  1.3变频器调速在泵和风机上加装变频器,由变频器按照控制信号大小与设定控制值的运算关系,输出可调频率的三相交流电来改变电动机转速,从而达到节能的目的。

  2变频调速的优点2.1节能计算分析泵和风机类动力设备采用变频调速后的节能效果显著,下面以某商场中央空调系统为例,计算主要设备变频节能情况。参见表1.设备名称功率变频后功率数量变频前年能耗(KW/h)变频后年能耗(KW/h)冷却水泵冷冻水泵冷却塔(风机)冷水机组(压缩机)总能耗从上表可知,预计节电为:3,算则每年可节约50万元。

  2.2降低故障率提高自动控制水平可以实现电动机的“软起动”,减少起动时的峰值功率损耗,降低起停过程对电动机的冲击;能对水泵实现软起、软停,消除水锤效应,保护管网设备;调速时平滑特性好,速度控制精确,流量可以连续控制,过程平稳,工作效率高。

  3变频器的选用风机和水泵是减转矩负载,一般情况下,具有U/f=const控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求。

  3.1避免过载风机和水泵类负载一般不容易过载,选择变频器的容量时保证其稍大于或等于电动机的容量即可;同时选择的变频器的过载能力要求也较低,一般最大载荷应小于额定容量的120%且过载时间不得大于1分钟。但在变频器功能参数选择和预置时应注意,由于负载的阻转矩与转速的平方成正比,当工作频率高于电动机的额定频率时,负载的阻转矩会超过额定转矩,使电动机过载。所以,要严格控制最高工作频率不能超过电机额定频率。

  3.2起/停时变频器加速时间与减速时间的匹配由于风机和泵的负载转动惯量比较大,其起动和停止时与变频器的加速时间和减速时间匹配是一个非常重要的问题。在变频器选型和应用时,应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择最短时间,以便在变频器起动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。但有时在生产工艺中,对风机和泵的起动时间要求很严格,如果上述计算的时间不能满足需求时,应该对变频器进行重新设计选型。

  3.3避免汽蚀与水锤效应汽蚀。泵类负载在低速运行时,由于关闭出口门使压力升高,从而造成泵汽蚀,不断打击泵内部件,破坏金属表面。在变频器功能设定时,通过限定变频器的最低频率来限定泵流量的临界点最低转速,可避免此类现象的发生。

  水锤效应。泵类负载在突然断电时,由于泵管道中的液体重力而倒流。若逆止阀不严或没有逆止阀,将导致电机反转,因电机发电而使变频器发生故障或烧坏。在变频器系统设计时,应使变频器按减速曲线停止,在电机完全停止后再断开主电路,或者设定“断电减速停止”功能,可避免该现象的发生。

  (责任编辑吕春红)

 
 
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