畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、11 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目：變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 學(xué) 院： 克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化0931 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 開題時間： 2012年 3 月 1 日 目 錄摘要1第一章 引言1.1 課題的來源選題的目的及意義21.2 本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3第二章 中央空調(diào)的工作原理42.1 基本結(jié)構(gòu)52.2 水泵的變頻節(jié)能原理52.3 水泵的變頻節(jié)能方案5第三章 變頻器在空調(diào)中的應(yīng)用63.1 變頻技術(shù)介紹63.2 交流變頻和直流變頻的區(qū)別73.3 直流變頻85. 總結(jié)96參考文獻10摘 要上個世紀(jì),我國生產(chǎn)的電冰箱絕大多數(shù)是定轉(zhuǎn)速式電冰箱，由

2、于它處于全天工作，功耗及噪聲問題嚴(yán)重。而近幾年壓縮機采用了變頻技術(shù)，起動時運行平穩(wěn)，可以徹底消除起動噪聲，節(jié)能效果明顯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電動機控制技術(shù)逐步成熟，為其應(yīng)用于變頻冰箱壓縮機系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。加之市場競爭對冰箱節(jié)能、低噪聲提出的更高要求，使得無刷直流電動機應(yīng)用于冰箱壓縮機的技術(shù)成為可能。本文重點介紹這種變頻冰箱壓縮機的工作原理及無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：變頻冰箱,壓縮機,無刷直流電動機11第一章 引言1.1課題的來源、選題的目的和意義變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用針對社會發(fā)展中出現(xiàn)的熱點和難點問題選題研究，現(xiàn)如今的社會，講究環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展，如何在給人類

3、提供方便舒適的生活環(huán)境下而盡量的節(jié)約能源成為了社會的熱點話題，空調(diào)是現(xiàn)代化樓宇中不可缺少的一部分，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市化進程的不斷推進，中央空調(diào)的應(yīng)用會越來越廣泛。但是中央空調(diào)的能耗非常大，約占整個建筑總用電量的60%-70%。對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究、節(jié)能改造顯得尤為重要。由于設(shè)計時，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負荷最大時設(shè)計，并且留10-20設(shè)計余量，然而實際上絕大部分時間空調(diào)是不會運行在滿負荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大。1其中，冷凍主機可以根據(jù)負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費。水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁

4、通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達不到合理效果的情況。再因水泵采用的是y-起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的34倍，一臺90kw的電動機其起動電流將達到500a，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現(xiàn)象，容易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費用。綜上，為了節(jié)約能源和費用，需對水泵系統(tǒng)進行改造，經(jīng)市場調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實現(xiàn)，以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是因為變頻

5、器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負載變化隨之調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達到節(jié)能目的。1.2.本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀 中央空調(diào)在正常運行時，需要根據(jù)室內(nèi)外的工作環(huán)境溫度、使用空調(diào)的空間大小和設(shè)定的溫度、冷卻水溫度的變化量等變量的變化，不斷調(diào)整自身的運行狀況，從而實現(xiàn)既能保證空調(diào)的舒適性又能盡量降低能耗的雙重目標(biāo)。故此，中央空調(diào)的控制系統(tǒng)對于一個空調(diào)的性能起了至關(guān)重要的作用。 大部分中央空調(diào)的冷水機組基本都是由人工設(shè)定的鐘控裝置控制，系統(tǒng)定時啟動和定時關(guān)閉，每天長時間全開或者全關(guān)，輪流運行，這樣對電網(wǎng)頻

6、繁的沖擊，不僅恒溫效果不佳，讓人感到不舒適，同時也浪費了大量的電能，工程設(shè)計人員進行空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方面的研究，在目前應(yīng)用的系統(tǒng)中往往偏重于設(shè)備的運行控制管理辦法，具體的控制方法上，基本采用pid控制，具有一定的魯棒性，因為得到了廣泛的應(yīng)用2。1.2.2本課題在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢變頻節(jié)能空調(diào)近幾年來成為我國空調(diào)市場上的新寵，擁有變頻調(diào)速系統(tǒng)的中央空調(diào)能夠通過溫度反饋改變電機的轉(zhuǎn)速使制冷量和環(huán)境達到一個平衡，具有更節(jié)能、更舒適、更環(huán)保的特點。變頻空調(diào)在日本的市場占有率已超過90%以上，在歐美等發(fā)達國家的市場占有率也超過50%。2009冷年以來，變頻空調(diào)在我國國內(nèi)市場的發(fā)展更是日新月異，銷售增速達5

7、6.24,銷量已占空調(diào)總銷量的17.33。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測,2010冷凍年度變頻空調(diào)市場份額有望達25。據(jù)統(tǒng)計，我國電動機裝機總?cè)萘考s4億多kw，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的60%70%，而風(fēng)機、水泵設(shè)備裝機總功率達1.6億kw，年耗電量3200kwh，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在20%60%，投資回收期13年，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。所以大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當(dāng)前推進企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。第二章 中央空調(diào)工作原理圖1-1 中央空調(diào)冷水機組系統(tǒng)組成圖1-2 制冷壓縮機系統(tǒng)的原理圖 2.1 基本結(jié)構(gòu)由圖1-1可以看

8、出，中央空調(diào)的冷水機組主要有兩個水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，即冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機（圖1-2）不斷地從蒸發(fā)器中抽取制冷劑蒸汽，低壓制冷劑蒸汽在壓縮機內(nèi)部被壓縮為高壓蒸汽后進入冷凝器中，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)制冷劑通過與冷凍水的熱交換吸收冷凍水的熱量，冷凍水通過盤管吹出冷風(fēng)以達到降溫的目的，溫度升高了的循環(huán)水回到冷凍主機又成為了冷凍水，而變?yōu)榈蛪赫羝闹评鋭?，在通過回氣管重新吸入壓縮機，開始新的一輪制冷循環(huán)。吧而冷卻水在與制冷劑完成熱交換之后，由冷卻水泵加壓

9、，通過冷卻水管道到達散熱塔與外界進行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機開始下一輪的循環(huán)。2.2水泵的變頻節(jié)能原理中央空調(diào)進行熱交換的大小由冷凍水的流量控制，通常采用的流量控制方法有閥門控制和調(diào)述控制4。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達到控制流量的目的，因而浪費了能量，如果采用調(diào)速控制，冷凍水的流量由冷凍泵電機的轉(zhuǎn)速決定，電機的耗電量決定于電機的輸出功率，輸出功率與電機轉(zhuǎn)速的立方成正比，而電機轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比，所以電機轉(zhuǎn)速稍有下降，即稍微降低供電頻率，輸出功率將大幅度下降，若電機轉(zhuǎn)速能根據(jù)實際所需的熱交換量來調(diào)整，電機的功率將大大減少，從而顯著節(jié)約電能。2.3水泵的變頻節(jié)能改造方案3.3

10、.1節(jié)能改造方案選擇 （a）冷卻水系統(tǒng) （b）冷凍水系統(tǒng)圖1-3 循環(huán)水系統(tǒng) 冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水送回到冷凍機組?；厮臏囟葘⒏哂谶M水的溫度，形成溫差，所以對于冷卻泵，通過檢測進水和回水的溫度差來實現(xiàn)恒溫差控制是可行的。溫差大，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量大，可以提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以實現(xiàn)節(jié)能

11、的目的。從冷凍主機流出的冷凍水流經(jīng)所有的房間后回到冷凍主機。無疑，回水的溫度將高于出水的溫度，形成溫差。出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。與plc和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的溫差來控制泵的轉(zhuǎn)速也是可行的，回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度。5反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，達到節(jié)約能源的目的。變頻控制原理圖如圖1-4所示6。圖1-4 中央空調(diào)變頻控制原理圖第三章 變頻器在空調(diào)中的應(yīng)用3.1變頻技術(shù)介紹：變頻器的基本概念 ：變頻技術(shù)是應(yīng)交流電動機無級調(diào)速的需要而產(chǎn)生的。變頻器是通過對電力半導(dǎo)體器件(如i

12、gbt)等的通斷控制，將電壓和頻率固定不變的交流電工頻電源，變換為電壓和頻率可變的交流電的電能控制裝置，為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（dc）。然后再把直流電（dc）變換為三相或單相交流電（ac），我們把實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。 對于交直交型的變頻器來說，為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率。 首先要把工頻 (50hz或60hz)的交流電源，變換為直流電(dc)再轉(zhuǎn)換成各種頻率(0hz 50hz、0hz 60hz 及 0hz 400hz )的交流電，最終實現(xiàn)對電機的調(diào)速運行。交流電源220/50hz直流電310v左右變頻交流電40-180

13、v 20-120 hz變頻壓縮機變頻控制器的原理框圖如圖，它主要由以下部件組成：整流器，濾波器，功率逆變器。變頻器中的電腦控制系統(tǒng)，對各取樣點傳來的信號進行分析處理，并經(jīng)內(nèi)部波形產(chǎn)生新的控制信號，再經(jīng)驅(qū)動放大去控制變頻開關(guān)，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的模擬三相交流電壓，供給壓縮機。 直3.2流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)的區(qū)別：通電轉(zhuǎn)換位置檢測電路交流變頻空調(diào)器是將工頻市電220v轉(zhuǎn)換為310v直流電源，并把它送到功率模塊。同時模塊受微電腦送來的控制信號控制，輸出頻率可變的電源電壓（合成波形近似正弦波），使壓縮機電動機的轉(zhuǎn)速隨電源的頻率變化而變化，從而可控制壓縮機的排量，快速的調(diào)節(jié)制冷和制熱量。直流變頻空調(diào)同樣把

14、共頻市電220v轉(zhuǎn)換為直流電源，并送到功率模塊。變頻模塊每次導(dǎo)通兩個三極管（a+，a-不能同時導(dǎo)通，b+，b-不能同時導(dǎo)通，c+，c-不能同時導(dǎo)通），給兩線圈通以直流電，同時模塊受微電腦的控制，輸出電壓可變的直流電源（這里沒有逆變過程），并將直流電源送至壓縮機的直流電動機，控制壓縮機的排量。從圖（c）中可以看出，直流變頻相比交流變頻多一位置檢測電路，使的直流變頻的控制更精確。 3.3 直流變頻器的原理：直流變頻空調(diào)采用了無刷直流電機作為壓縮機，其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。直流變頻控制器原理框圖如圖（c）所示。直流變頻空調(diào)的基本原理： 采用無刷直流電動機作為壓縮機的空調(diào)器稱為“直流變頻空

15、調(diào)”從概念上來說是不確切的，因為我們都知道直流是沒有頻率的，也談不上變頻，但這已經(jīng)成為習(xí)慣，對于采用無刷直流壓縮機的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。無刷直流電動機：無刷直流電動機與普通的交流電動機或有刷電動機的最大區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是由稀土材料制成的永久磁鋼，定子采用整距集中繞線，簡單的說，就是把普通直流電動機由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子，把普通直流電動機需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉(zhuǎn)子變成定子。這樣，就可以省掉普通直流電動機所必須的電刷，而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機相似，所以把這種電動機稱為無刷直流電動機。無刷直流電動機既克服了傳統(tǒng)的直流電動機的一些缺陷，如電磁干擾大，噪聲大，火花，可靠性

16、差，壽命短，又具有交流電動機所不具有的一些優(yōu)點，如運行效率高，調(diào)速性能好，無渦流損失。所以，直流變頻空調(diào)相對于變頻空調(diào)而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。轉(zhuǎn)子位置檢測：由于無刷直流電動機在運行時，必須實時檢測出永久轉(zhuǎn)子的位置，從而進行相應(yīng)的驅(qū)動控制，以驅(qū)動電動機換相，才能保證電動機平穩(wěn)運行。無刷直流電動機的位置檢測通常有兩種方法：一是利用電動機內(nèi)部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；二是檢測出無刷直流電動機相電壓，利用相電壓的采樣信號進行運算后得出。在無刷直流電動機中總有兩相線圈通電，一相不通電，一般無法對通電線圈測出感應(yīng)電壓，因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號用于捕捉感應(yīng)電壓，通過專門設(shè)計

17、電子回路轉(zhuǎn)換，反過來給定子線圈施加方波電壓。由于后一種省掉了位置傳感器，所以直流變頻空調(diào)壓縮機都采用后一種方法進行電動機換相。 5總結(jié)；以上是本人對變頻器基本工作原理的一些闡述,結(jié)合變頻技術(shù)的特點,闡明了變頻空調(diào)器的變頻工作原理。隨著變頻技術(shù)的進一步提高和發(fā)展,更多的領(lǐng)域有待我們?nèi)ヌ接懞脱芯俊?.課題的進度安排1、第一周：熟悉課題設(shè)計內(nèi)容查閱相關(guān)資料。 2、第二周：查找相關(guān)資料根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，列出設(shè)計大綱。 3、第三周：查找相關(guān)的外文資料，并翻譯成中文。4、第四周：組織相關(guān)資料，根據(jù)設(shè)計大綱，撰寫開題報告。 5、第五周：組織相關(guān)資料，撰寫緒論部分。6、第六周：檢查緒論部分，加強對plc相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。7、第七周：檢查開題報告和外文翻譯并做進一步修改。8、第八周：繼續(xù)學(xué)習(xí)plc的相關(guān)理論。9、第十六周：重新組織論文結(jié)構(gòu)補充完善論文。10、第十七周：整理畢業(yè)論文及圖紙。11、第十八周：準(zhǔn)備答辯。6.主要參考文獻1 廖傳善.空調(diào)設(shè)備與節(jié)能系統(tǒng)控制m. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.2 孫增圻.智能控制理論與技術(shù)m. 北京：清華大學(xué)出版社，廣西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.3 吳繼紅.中央空調(diào)工程