中央空调节能改造的变频技术应用

摘 要：中央空调的变频改造具有显著的节能效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。

关键词：中央空调；节能；变频技术

前言

中央空调是现代化大厦、宾馆、酒店、商场、车间等企事业单位不可缺少的重要运营设备之一。中央空调系统保障内部区域的舒适环境，运行时间长，耗电量大，最大负载能力一般是按天气冷热负荷最大的条件设计的，存在着很大的余量。而中央空调系统的在实际运行中，系统极少在这种条件下运行，所以实际总不能达到满负荷，加之由于一些控制上的缺陷，使中央空调系统的能源浪费现象十分普遍，因此在带来良好的内部环境的同时，也带来了巨大的能源消耗，大大增加了运营成本。

中央空调的变频改造运用先进的计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术与变频调速 技术，实现了对中央空调负荷的动态跟踪与运行的实时控制，变流量控制系统对中央空调的运行进行优化控制，实现最佳节能效果，节电率15%―60%，具有显著的节能效果，

变频器原理介绍

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交―直―交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。如图1为变频器内的控制电路框图。

图1 变频器内的控制电路框图

节能分析

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B 点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。

n1-代表电机在额定转速运行时的特性； n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性； R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性； R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于 H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3 与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

3 实用案例

DA-ZKT系列中央空调变频调节器针对空调系统的运行特性，在多年丰富的实践经验和数据的基础上，以当今先进的模糊控制理论为指导，以计算机技术、系统集成技术、变频变流量调节技术等为控制手段，科学地实现了中央空调能量供应按末端负荷需要提供，最大限度地减少了空调系统能源浪费，从而有效地解决能源浪费问题，达到节约能耗的目的。

技术特性： 产品系列：7.5KW-250KW 控制方式：空间矢量控制的正弦波PWM 保护功能：过压、欠压、过流、电量限幅、电子热过载继电器、过压失速、数据保护、外部故障、故障保护后定时重起 额定输入：三相380+-20%、50―60HZ+-5% 过载能力：150%1分钟、180%0.2秒、100%连续 压力控制：0―1.6Mpa 温差控制：2℃―20℃控制柜防护等级：IP20

操作方式：就地、远程、自动、手动

在中央空调、柜式空调、空压机、风机、水泵的节能改造中，按照中央空调主机所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行，根据系统的运行工况及制冷剂工质参数的变化，通过模糊控制器动态调整空调系统运行参数，确保空调主机始终处于优化的最佳工作点上，使主机始终保持具有较高的热转换效率，通过自动监测冷冻水温度压力、冷却水温度压力、环境温度、电机转速、电压、电流等参数，模拟人类思维方式，自动控制压缩机组、冷冻水泵、冷却水泵的风机转速，从而调节制冷量及整个系统的功率平衡，以达到整个系统与之协调、消除无用功损耗、减少系统电耗。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。