一、變頻器工作原理及技術(shù)規(guī)范
1、變頻器原理介紹
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機的速度。如圖1為變頻器內(nèi)的控制電路框圖。  圖1 變頻器內(nèi)的控制電路框圖
2、變頻器技術(shù)規(guī)范
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控制 |
控制方法 |
空間電壓矢量控制方式 |
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頻率設(shè)定分辯率 |
數(shù)字 : 0.01 Hz (100 Hz以下), 0.1 Hz ( 100 Hz以上)
模擬 : 0.05 Hz / 50 Hz, 輸出頻率范圍:0 – 300 Hz |
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頻率精度 |
數(shù)字 : 最大輸出頻率的0.01 %
模擬 : 最大輸出頻率的0.1 % |
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V/F 比率 |
線性, 平方根, 任意 V/F |
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過載能力 |
額定電流150 % -1 分鐘, 額定電流200% - 0.5 秒。(特性與時間成反比) |
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轉(zhuǎn)矩補償 |
手動轉(zhuǎn)矩補償 (0 - 20 %), 自動轉(zhuǎn)矩補償 |
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運行 |
輸入信號 |
運行方式 |
鍵盤/ 端子 /RS485 通訊 |
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頻率設(shè)定 |
模擬 : 0 - 10V / 4 - 20 mA /, 子板的另外端口(0 - 10V/4 - 20 mA)
數(shù)字 : 鍵盤/RS485 通訊 |
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啟動信號 |
正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn) |
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多段速度 |
至多可以設(shè)定8個速度 (使用多功能端子) |
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加減速時間 |
0-6000秒，加減速時間可切換
加減速方式:線性, S型 |
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緊急停止 |
中斷變頻器的輸出 |
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寸動 |
慢速運行 |
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自動運行 |
通過設(shè)定的參數(shù)自動運行(7段速度) |
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故障復(fù)位 |
當(dāng)保護功能處于有效狀態(tài)時，可以自動復(fù)位故障狀態(tài)。 |
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輸出信號 |
運行狀態(tài) |
頻率檢測等級，過載報警，過電壓，欠電壓，變頻器過熱， 運行，停止，恒速，自動程序運行 |
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故障輸出 |
觸點輸出 – 交流250V 1A, 直流30V 1A |
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模擬輸出 |
從輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，直流電壓中選擇
(輸出電壓: 0 - 10V) |
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運行功能 |
直流制動，頻率限制，跳頻，滑差補償，反轉(zhuǎn)保護，PID 控制等 |
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保護功能 |
變頻器保護 |
過電壓，欠電壓， 過電流， 保險絲斷，接地故障， 變頻器過熱， 電機過熱， 缺相，過載保護，外部故障1,2， 通訊錯誤，速度指令丟失， 硬件故障， 選件錯誤等。 |
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變頻器報警 |
堵轉(zhuǎn)防護，過載報警， 溫度傳感器故障。 |
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瞬間掉電 |
小于15 毫秒：連續(xù)運行
大于15 毫秒：允許自動重新啟動 |
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顯示 |
鍵盤 |
運行信息 |
輸出頻率，輸出電流，輸出電壓，設(shè)定頻率，運行速度，直流電壓 |
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錯誤信息 |
當(dāng)故障保護時的運行狀態(tài)， 保存有3個故障歷史信息。 |
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環(huán)境 |
環(huán)境溫度 |
-10 ℃ ～ 40 ℃ |
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儲存溫度 |
-20 ℃ ～ 65 ℃ |
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環(huán)境濕度 |
最大90 % RH .(不結(jié)露) |
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高度/振動 |
1,000 m 以下，5.9m/秒²(=0.6g)以下 |
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應(yīng)用地點 |
無腐蝕氣體、易燃氣體、油霧或粉塵及其它 |
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冷卻方式 |
強制風(fēng)冷 |
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二、中央空調(diào)系統(tǒng)運行中所存在的問題及解決方案
（1）電機及風(fēng)機的轉(zhuǎn)速高，負荷強度重，電能浪費嚴重；
（2）電氣控制直接起動，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低；
（3）起動時機械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；
（4）電氣保護特性差，當(dāng)負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備等。
（5）設(shè)備在全電壓啟動、運行、停止的過程中，由于無法進行及時有效的調(diào)節(jié)，會產(chǎn)生嚴重的水錘、機械噪音增加、震動加劇等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性，會引起管道破裂或癟塌、損壞閥門。
對于中央空調(diào)水泵系統(tǒng)來說，由于交流電動機自身沒有功耗調(diào)節(jié)裝置，不能象中央空調(diào)主機一樣自動調(diào)節(jié)輸入輸出功率，當(dāng)系統(tǒng)負荷下降以后，循環(huán)水泵系統(tǒng)仍不得不以最大浪費的現(xiàn)象。如果安裝變頻器以后就能根據(jù)實際負荷量的大小，動態(tài)地自動調(diào)節(jié)循環(huán)水泵系統(tǒng)的流量和消耗功率，把系統(tǒng)不需要的那部分耗電節(jié)省下來。（一般節(jié)電率可達25%-60%左右）。
三、節(jié)能分析
變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風(fēng)機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。  n1-代表電機在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；
n2-代表電機降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；
R1-代表風(fēng)機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；
R2-代表風(fēng)機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低10%（輸出頻率45HZ時），則功率P2=（0.9）3*P1=0.729P1,節(jié)電27.1%。假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低20%（輸出頻率40HZ時）則功率P2=（0.8）3*P1=0.512*P1，節(jié)電48.8%。由于功率與轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)速變化越大，功率的消耗將呈幾何級數(shù)減少。
四、中央空調(diào)現(xiàn)狀所設(shè)計的方案及推薦使用
由于中央空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)備的設(shè)計和選用是根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)在外部環(huán)境、溫度條件最差，設(shè)備的各支路負荷最大，再加上一定的設(shè)計余量來確定的，但實際使用中，絕大多數(shù)時間空調(diào)系統(tǒng)是在非滿負荷狀態(tài)下運行，這樣空調(diào)系統(tǒng)長時間工作于低效率狀態(tài)，造成很大的能源浪費，因此，具有極大的節(jié)能潛力。
1、現(xiàn)狀：
杭州人保廈現(xiàn)有中央空調(diào)主機100萬大卡二臺，長用一臺主機，冷卻泵22KW三臺，長用一臺水泵。冷媒泵22KW三臺，長用一臺水泵，熱媒18.5KW二臺，長用一臺水泵，節(jié)能潛力很大。貴公司建議安裝一臺一控二的冷卻泵變頻系統(tǒng)和一臺一控三的冷（熱）媒泵變頻系統(tǒng)。
2、控制過程：（電路圖見附圖）
選用一套CDI9100-G022T4德力西變頻柜（一拖二）可“工頻——變頻”切換控制二臺22KW冷卻水循環(huán)水泵和一套CDI9100-G022T4德力西變頻柜（一拖三）可“工頻——變頻”切換控制二臺22KW冷媒水循環(huán)水泵和一臺18.5KW熱媒水循環(huán)水泵的運行，在水泵循環(huán)系統(tǒng)運行的同時自動監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)負荷狀況，使系統(tǒng)在滿足負荷要求的前提下運行在節(jié)能狀態(tài)。
五、節(jié)能狀況預(yù)期
系統(tǒng)節(jié)電運行時，按中央空調(diào)平均夏季一年運行5個月、冬季運行4.5個月，每天運行10小時、加權(quán)運行頻率42HZ計算，節(jié)電狀況如下： 節(jié)電率：N1=[1-（42/50）3]*100%=41%
夏天節(jié)電數(shù)=（22kw+22kw）*5個月*30天*10小時*41%=27060度
冬天節(jié)電數(shù)=18.5KW*4.5個月*30天*10小時*41%=10239度
全年節(jié)電=（27060+10239）*0.97元=36180元
六、付款方式
設(shè)備安裝調(diào)試驗收后，節(jié)電效果達到35%以上，首付設(shè)備總額的60%，設(shè)備運行三個月再付35%，余款5%質(zhì)保金滿半年付清。
七、采用變頻器控制的優(yōu)點
(1)、采用變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障 率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽 命，避免了對電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能；
(5)、變頻具有工/變頻切換功能，能夠保證生產(chǎn)的連續(xù)性。
實踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護、維修費用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。
附一：電氣圖  
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