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艾默生變頻器在某啤酒廠制冷機(jī)上的應(yīng)用
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食品的冷凍、冷藏要使用冷凍機(jī),因而在食品行業(yè),制冷機(jī)的使用非常普及,其制冷機(jī)機(jī)的控制正越來越多

地采用變頻器。

一.變頻器使用的目的:

  對制冷機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)采用變頻控制(壓縮機(jī)能力可變控制),可以使制冷機(jī)對于冷凍負(fù)載的變動始終以接近

設(shè)計(jì)條件的高效率進(jìn)行運(yùn)行。這就是將變頻器應(yīng)用于冷凍壓縮機(jī)的主要目的。變頻器控制制冷機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下

  1) 節(jié)能 相應(yīng)于冷卻負(fù)載的變化改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速,使其始終運(yùn)行在最佳點(diǎn)。從而減少所需動力。

  2) 恒溫 采用連續(xù)的容量控制可使冷藏品溫度變化很小。另外,即使對于臨時(shí)的冷卻負(fù)載增加,也可以依

靠迦速來減小冷藏品的溫度變化。

  3) 冷凍能力的改善 密閉式電機(jī)直接連接的壓縮機(jī)在50hz地區(qū)的能力只有60hz地區(qū)的80%,而變頻器控制則

可以做到與電源頻率無關(guān),始終保持一定的能力。


二.設(shè)備組成

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圖1是變頻器控制黃河啤酒廠1號制冷機(jī)的例子。在該例中,變頻器選用艾默生型號為TD2000-4T2000G的00KW變

頻器,制冷機(jī)為大連冷凍機(jī)廠生產(chǎn),電機(jī)功率為190KW。PID調(diào)節(jié)是由變頻器自帶的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器完成的。在根

據(jù)負(fù)載變化控制制冷機(jī)轉(zhuǎn)速的方法中,我們的目的是想控制制冷機(jī)吸入口的溫度,由于現(xiàn)場溫度的采樣比較困難

,而吸入口的溫度與壓力又有著一定的對應(yīng)關(guān)系,且在現(xiàn)場管道上安裝壓力變送器更容些,因而在本系統(tǒng)中,我

們采用壓力傳感器檢測壓縮機(jī)的吸入壓,只要變頻器控制該壓力維持恒定不變,則吸入口的溫度也維持恒定不變

。同時(shí)考慮到制冷機(jī)工作時(shí)的安全要求,我們將該制冷機(jī)原有的溫度保護(hù)、油壓保護(hù)等通過中繼接入變頻器,保

證有溫度保護(hù)或油壓保護(hù)動作時(shí),變頻器能立即自動停機(jī),防止機(jī)械設(shè)備的損壞。另外該制冷機(jī)原為兩地控制,

采用變頻后我們?nèi)员3衷械膬傻乜刂,這樣,對操作人員來說,更易于操作。


三.運(yùn)行模式

  制冷機(jī)基本上是恒轉(zhuǎn)矩特性,所以只要使變頻器輸出電壓與頻率成比例就行了。但是制冷機(jī)結(jié)合實(shí)際機(jī)的使

用范圍廣,一般都與電機(jī)的設(shè)計(jì)條件不完全一致。在運(yùn)行條件上電壓也需要改變,最終仍需要實(shí)驗(yàn)確定最佳/F模

式。另外,為了改善加速時(shí)的效率雖然可以改用變頻器專用電機(jī),但作為變頻器故障時(shí)的備用,變頻專用電機(jī)很

難直接用工頻電源進(jìn)行運(yùn)行。而且改用變頻電機(jī)的費(fèi)用會大幅增加,因此我們?nèi)圆捎迷械碾姍C(jī)及機(jī)械設(shè)備,只

是將原有的自耦降壓啟動改為由變頻器控制的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。

  在閉環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成中,艾默生變頻器可定義兩種典型的輸入輸出特性,即正作用和反作用,這兩種特性可靈

活應(yīng)用在不同反饋特性的控制系統(tǒng)中。在本系統(tǒng)中,采用反作用特性,反饋增益極性為負(fù)極性。也即當(dāng)吸入口壓

力增大時(shí),變頻器的輸出頻率也隨之增大,當(dāng)吸入口壓力減小時(shí),輸出頻率也隨之減小。

  為了防止變頻器輸出頻率低時(shí),制冷機(jī)散熱差及總體效率的降低,在變頻器上設(shè)定最低運(yùn)行頻率為30Hz。



四.節(jié)能效果

  壓縮機(jī)負(fù)載基本上是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,電機(jī)的輸出功率P的一般表達(dá)式為

               P∝T*N

  表達(dá)式中,T:負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N:電機(jī)轉(zhuǎn)速

   這就是說,即使是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,采用變頻器等使電機(jī)速度下降,電機(jī)的輸出功率將減小。變頻器輸入功率

PIN可用下式表示:

               PIN=P/(ηINV*η m)

  表達(dá)式中,PIN:變頻器輸入功率 ηINV:變頻器效率 η m :電機(jī)的效率

  由上式,假設(shè)總效率(ηINV*η m)對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速為一定。則顯然電機(jī)轉(zhuǎn)速下降將引起電機(jī)輸出功率P減小

,與其成比例的變頻器輸入功率PIN也減小,即消耗電能降低。但是如圖2所示,為使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降而使變頻器輸

出頻率降低,則總效率也降低。但因頻率降低的幅度大于總效率降低的幅度,因此,與原先的控制方式相比,仍

有顯著的節(jié)能效果。另外,電磁調(diào)速電機(jī)、鼠籠電機(jī)的定子電壓控制等從前的調(diào)速電機(jī),轉(zhuǎn)速下降時(shí),總效率將

大幅度降低,因而基本上得不到低速時(shí)的節(jié)能效果。因此采用變頻器取代這些從前的調(diào)速方式,可以充分的節(jié)能。

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  變頻器方式由于除電力變換損耗外還有約5%的損耗,這個(gè)損耗基本與變頻器功率無關(guān),因而電機(jī)功率越大,

這個(gè)損耗所點(diǎn)的比例也越小,節(jié)能效果越顯著。同時(shí)變頻器方式具有耐夏季短時(shí)高峰負(fù)載(依靠增速)和精細(xì)溫

度控制等優(yōu)點(diǎn)。


五.注意事項(xiàng)

以下敘述采用變頻器控制冷凍機(jī)時(shí)主要應(yīng)注意的問題。

   1) 往復(fù)式壓縮機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下減速時(shí),活塞環(huán)等的油膜厚度減小,可能造成汽缸等部件的異常磨損。特

別是對于離心供油、濺噴式供油方式,減速會引起供油量極端減少,更應(yīng)注意潤滑。

   2) 在5-10HP級的半密閉型壓縮機(jī)的場合,由于上述潤滑問題以及低負(fù)載時(shí)的電機(jī)效率、繞組溫度上升、防

震裝置的諧振頻率等問題,限制了其最低頻率約為30HZ。

   3) 在往復(fù)式的場合,考慮到振動、噪音、閥門耐久性等問題,最高頻率的實(shí)際上限為額定頻率的100%。

   4) 使用氟利昂系列制冷閃電戰(zhàn)的冷凍裝置在容量控制運(yùn)行時(shí),將面臨蒸發(fā)器的油回歸問題。一般在容量控

制運(yùn)行中,有必要定期進(jìn)行回油運(yùn)行。





 

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