變頻器在中央空調動力設備系統(tǒng)中的應用趙斌/張敏/王靜2（1.河南機電高等?？茖W校，河南新鄉(xiāng)453002 2.河南省醫(yī)藥設計院，河南鄭州450000）種流量調節(jié)方法，提出了變頻調速技術用于水泵、風機中央空調的動力設備，能夠顯著減少能耗，節(jié)約能源，具有廣泛的應用價值。

　　水泵與風機是中央空調系統(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荷進行選擇的。而在實際運行中，空調系統(tǒng)的冷負荷是不斷變化的，且大部分是介于設計負荷的50%~60%，這就需要系統(tǒng)的輸出水量或風量也隨之改變。利用性能優(yōu)良的變頻調速裝置，可以通過改變電動機的轉速，調節(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工作點調節(jié)方法及節(jié)能性比較工作點是指泵或風機的性能曲線與管路阻力特性曲線的交點，如所示。圖中曲線1是泵或風機的性能曲線，曲線2是管路阻力特性曲線。當系統(tǒng)流量Q改變時則需要調節(jié)工作點D1的位置，通?？刹捎靡韵聝煞N方法。

　　通過調節(jié)閥門開啟度來調整管路阻力。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是閥門關小后的管路阻力特性曲線，泵或風機性能曲線沒有改變，此時工作點變與原工作點D1比較，新的工作點流量降低，但壓力增大，所以泵或風機的軸功率變化不大。

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

　　1.3變頻器調速在泵和風機上加裝變頻器，由變頻器按照控制信號大小與設定控制值的運算關系，輸出可調頻率的三相交流電來改變電動機轉速，從而達到節(jié)能的目的。

　　2變頻調速的優(yōu)點2.1節(jié)能計算分析泵和風機類動力設備采用變頻調速后的節(jié)能效果顯著，下面以某商場中央空調系統(tǒng)為例，計算主要設備變頻節(jié)能情況。參見表1.設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（風機）冷水機組（壓縮機）總能耗從上表可知，預計節(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控制水平可以實現(xiàn)電動機的“軟起動”，減少起動時的峰值功率損耗，降低起停過程對電動機的沖擊；能對水泵實現(xiàn)軟起、軟停，消除水錘效應，保護管網設備；調速時平滑特性好，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變頻器的選用風機和水泵是減轉矩負載，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載的要求。

　　3.1避免過載風機和水泵類負載一般不容易過載，選擇變頻器的容量時保證其稍大于或等于電動機的容量即可；同時選擇的變頻器的過載能力要求也較低，一般比較大載荷應小于額定容量的120%且過載時間不得大于1分鐘。但在變頻器功能參數(shù)選擇和預置時應注意，由于負載的阻轉矩與轉速的平方成正比，當工作頻率高于電動機的額定頻率時，負載的阻轉矩會超過額定轉矩，使電動機過載。所以，要嚴格控制比較高工作頻率不能超過電機額定頻率。

　　3.2起/停時變頻器加速時間與減速時間的匹配由于風機和泵的負載轉動慣量比較大，其起動和停止時與變頻器的加速時間和減速時間匹配是一個非常重要的問題。在變頻器選型和應用時，應根據(jù)負荷參數(shù)計算變頻器的加速時間和減速時間來選擇比較短時間，以便在變頻器起動時不發(fā)生過流跳閘和變頻器減速時不發(fā)生過電壓跳閘的情況。但有時在生產工藝中，對風機和泵的起動時間要求很嚴格，如果上述計算的時間不能滿足需求時，應該對變頻器進行重新設計選型。

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

　　水錘效應。泵類負載在突然斷電時，由于泵管道中的液體重力而倒流。若逆止閥不嚴或沒有逆止閥，將導致電機反轉，因電機發(fā)電而使變頻器發(fā)生故障或燒壞。在變頻器系統(tǒng)設計時，應使變頻器按減速曲線停止，在電機完全停止后再斷開主電路，或者設定“斷電減速停止”功能，可避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

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