變頻器-變頻器在中央空調中的應用

中央空調系統已廣泛應用于伺服馬達工業與民用領域。據統計，中央空調的用電量占各類大廈總用電量的70%以上。

中央空調主要是由風機和水泵組成，采用變頻調速技術不僅能使商場室溫維持在所期望的狀態，讓人感到舒適滿意，更重要的是其節能效果高達30%以上，能帶來良好的經濟效益。

一、中央空調系統的構成及工作原理

它主要由制冷機、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統、風機盤管系統和散熱水塔組成。其工作原理：

制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態後送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。經蒸發後的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環水進行熱交換，由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間安川變頻器進行熱交換，將熱量散發到大氣中去。

二、對中央空調的變頻調速節能改造

1．系統組成

用艾默生變頻器對中央空調進行改造，可以組成如下系統，如圖2所示：

在該系統中，冷凍泵、冷卻泵、水塔風扇變頻器采用開環控制，由維護人員根據季節不同和負荷的變化進行調節；風機采用溫度閉環控制，可根據溫度傳感器的反饋值，調節風機的可程式控制器轉速，從而使被控環境溫度基本保持恒定。原理圖如下所示：

艾默生的TD2000系列P型變頻器適用于風機和水泵的控制，能根據負載情況，自動實現節能運行。並且其內置PID功能，無需借助其它控制器便可完成溫度等參量的閉環自動控制。

TD2000變頻器還提供了RS232/RS485串行接口，以便與中央控制室的微機聯

網，實現集中監控安川伺服馬達，使維護人員及時了解各變頻器的工作狀態。

三、綜合效益預測

1) 顯著的節電效果，良好的經濟效益；

2) 使室溫維持恒定，讓人感到舒適；

3) 操作方便，維護量小；

4) 變頻調速使電機大多數時間運行在工頻之下，減少了環境噪音，並減輕了電機軸承磨損。

變頻器-變頻器工作原理

關于變頻器工作原理如果想變頻器要弄明白的話，除了看其基本公式之外，同時多了解的發展同樣有利于對變頻器的工作原理更好的了解。本文還列舉了變頻器的幾個控制方式的講解，以助各位更好地理解變頻器究竟咋工作。

1。變頻器工作原理綜述：

變頻器工作原理弄明白之前，不妨先看看變頻器究竟爲何方神聖？變頻器就是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備。而這其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電（及核心控安川變頻器制電路實現：交-直-交的過程）。而變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。而其工作原理用公式來表達的話便是：n＝60 f(1－s)/p (1)　　式中　　n———異步電動機的轉速；　　f———異步電動機的頻率；　　s———電動機轉差率；　　p———電動機極對數。　　由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的範圍內變化時，電動機轉速調節範圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

2。變頻器工作原理之三大組成部分：

變頻器工作原理就是這樣，但它到底怎麽實現的呢？主要是由其三個組成部分完成的。（1）將工頻電源變換爲直流功率的“整流器”：它把工頻電源變換爲直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。（2）吸收在變流器和逆變器産生的電壓脈動的“平波回路”：在整流器整流後的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器産生的脈動電流也使直流電壓變動。（3）將直流功率變換爲交流功率的“逆變器”：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換爲所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。

3。變頻器工作原理之基本分類：

變頻器工作原理都一伺服馬達直，那世界上那麽多變頻器爲毛不一樣呢？如果你在這樣呐喊的話，我只能說，抱歉是的，而且他們還可以這樣分類（請自行腦補強迫症模式的開啓過程）：按照主電路工作方式分類，可以分爲電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分爲PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分爲V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分爲通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

4。變頻器工作原理之曆史進展：

變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。20世紀60年代以後，電力電子器件經曆了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應管)、SIT(靜電感應晶體管)、SITH(靜電感應晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術的不斷發展（注意，正因爲如此，所以變頻器的産生便是在這個背景下的）。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM－VVVF)調速研究引起了人們的高度重安川伺服馬達視。20世紀80年代，作爲變頻技術核心的PWM模式優化問題吸引著人們的濃厚興趣，並得出諸多優化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代後半期開始，美、日、德、英等發達國家的VVVF變頻器已投入市場並獲得了廣泛應用。至于想了解各類變頻器工作原理的話，不妨由簡至繁的看看變頻器控制方式的四種演變。

5。變頻器控制方式之U/f=C的正弦脈寬調制(SPWM)：

變頻器的SPWM控制方式的特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在産業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。

6。變頻器控制方式之電壓空間矢量(SVPWM)：

變頻器的SVPWM控制方式是以三相波形整體生成效果爲前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌迹爲目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用後又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。

7。變頻器控制方式之矢量控制(VC)方式：

變頻器的VC控制方式的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流)，然後模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效爲直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然後分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以准確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較複雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。

8。變頻器控制方式之直接轉矩控制(DTC)方式：

變頻器的DTC控制方式源于1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授，他首次提出了直接轉矩控制變頻技術。該技術在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，並以新穎的控制思想、簡潔明了的系統結構、優良的動靜態性能得到了迅速發展可程式控制器。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效爲直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多複雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要爲解耦而簡化交流電動機的數學模型。

變頻器-變頻器在空壓機中應用

　　付煤主井提升的裝卸系統均使用安川伺服馬達空氣壓縮機提供的壓風爲動力源，爲此在井口空壓機房設置了爲此，我們選用安川變頻器變頻器對空壓機控制部分進行改造，使其在不同的工況下自動進行變頻調速，達到最佳運行狀態。使用後節能效果良好。

2 變頻節能的原理 根據異步電動機的轉速公式n=60f(1-s)/P，在磁極對數P固定，可忽略轉差率s的前提下，轉速n僅決定于電源頻率f。因此若改變電源頻率，即可控制電機實現無級調速，實現電機的軟啓動，從而減少啓動電流對電網的沖擊。 空壓機在打壓和卸荷兩個狀態下，其轉矩是相對恒定的。因此，功率與轉速成正比，降低轉速即可實現節能。針對壓風機在整個工作過程中，卸荷時間占一半而負荷很小的特點，選用變頻器調頻降速，減少電可程式控制器機的輸入功率，即可達到節能目的。 L-11/7空壓機電機爲380V、65kW。因此選用powtran Pi97G變頻器，其功率按電減速馬達機功率的1。15倍選，爲75kW，輸入電流爲150A。該變頻器適用380V、50~60Hz電源，輸出頻率調節爲0。5~400Hz，可顯示電機的設定頻率、運行頻率、轉速、電流、電壓等。

3 工作原理 改造後的變頻控制系統工作原理方框圖如圖1所示。 該系統在原控制和保護功能的基礎上，增加1個安裝在風包上的壓力變送器MB26，1個AI 708人工智能調節器。用1個電磁閥取代原空壓機上的壓力調節器控制空壓機工作和卸荷。 空壓機經變頻控制辦啓動伺服馬達後，變頻器供給380V、50Hz電源進行打壓。隨著風包壓力的逐漸增加，MB26將風包壓力信號傳遞到AI 708，當達到設定的上限0。65MPa時，AI 708發出兩個指令，一條控制電磁閥動作，使壓風機卸荷；另一條通知變頻器主機開始變頻，在設定的降頻時間內，由50Hz降爲20Hz，電機作超低速運行。 隨著裝卸載系統工作，風包內風壓逐漸下降，當AI 708判斷由MB26送來的壓力信號達到下限0。50MPa時，發出兩個指令分別控制電磁閥動作，使壓風機處于工作打壓狀態。同時，變頻器由20Hz升頻，經過設定的升頻時間達到50Hz，爲電機正常供電，完成一個控制的全過程。如此循環進行，實現自動變頻控制。

4 應用情況 自2001年5月開始使用變頻器控制以來，通過使用前後的測試數據證明，該變頻器控制在節能方面有很大成效。 （1）電力消耗有明顯降低，在主井裝卸載系統正常用風的情況下，測得使用前後的數據見表1。 按空壓機平均每天使用21h、電價0。50元/度計，年節約電費支出可達5。145萬元。 （2）節省潤滑油，降低噪聲 由于變頻控制在卸荷時轉速降低，注油器注油量僅爲正常轉速的60。5%，油泵此時供傳動機構的注意到滑油壓力下降爲不低于0。1MPa，供油量降低1/3，算上延長換油時間節約的油量，則總的耗油量爲沒使用變頻器時的50%。 另外，在卸荷狀態下，噪聲由74。5dB降爲69dB，可見其機械磨損降低，大大減少維修量及配件消耗。兩項年節約可達4。5萬元。這樣一年即收回全部投資。

5 使用變頻器對壓風機進行節能改造，技術上安全可行，節能方面效果明顯，也減少了設備磨損，延長了設備的使用壽命，具有一定的推廣應用價值。同時本變頻控制裝置，再設一套帶閉鎖功能的切換電路，即可實現1台變頻主機帶2台壓風機（1台工作，1台備用），這樣減少了1台變頻器投入，經濟效益將會更加顯著。