變頻器在中央空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用(共59頁(yè))

1、PAGE 26 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）題目(tm)： 變頻器在中央(zhngyng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 系部：專業(yè)(zhuny)：班級(jí)：姓名：指導(dǎo)教師：山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(b y sh j)任務(wù)書(shū)開(kāi)始日期：2012 年11月22日 完成日期：2012 年11月29日 答辯日期：2012 年 11 月 30 日 1、設(shè)計(jì)目的考核學(xué)生對(duì)本專業(yè)知識(shí)的掌握和應(yīng)用。2、設(shè)計(jì)題目水塔水位設(shè)計(jì) 3、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求內(nèi)容:1、使用三菱FX系列PLC為控制核心，選擇電磁閥YV、交流接觸器KM、熱繼電器FR、按鈕、水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)SL等作為外圍控制器件，控制水泵啟動(dòng)和停止。滿足水位控制要求。具體任務(wù)：（1）進(jìn)水

2、控制。當(dāng)水池水位低于低水位界時(shí)，SL4為ON，電磁閥YV打開(kāi)進(jìn)水；當(dāng)水位高于水池高水位界時(shí)SL3為ON；電磁閥YV關(guān)閉。（2）報(bào)警顯示。如果電磁閥打開(kāi)4s后，SL3不為ON，表示沒(méi)有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，此時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉電磁閥，指示燈HL按0.5s亮滅周期閃爍。（3）抽水控制。當(dāng)SL4為OFF并且水塔水位低于水位界時(shí)，SL2為ON，水泵M啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始抽水；當(dāng)水塔水位高于高水位界時(shí)，SL1為ON，水泵M停止運(yùn)行，抽水完畢。2、查閱相關(guān)資料，要完成系統(tǒng)分析以及PLC和外接設(shè)備的選擇；PLC的I/O接點(diǎn)分配；系統(tǒng)電路圖；系統(tǒng)流程圖；系統(tǒng)梯形圖和指令表；完成程序的仿真和調(diào)試。4、設(shè)計(jì)報(bào)告要求（1） 設(shè)計(jì)使用的

3、PLC和外圍器件選擇與器件介紹。（2） 分析控制要求，繪制系統(tǒng)電路圖（3） 確定輸入輸出設(shè)備以及接點(diǎn)分配。（4） 畫(huà)出程序流程圖和梯形圖。（5） 指令表清單（6）寫(xiě)出設(shè)計(jì)體會(huì)與建議.畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文）進(jìn) 度 計(jì) 劃 表日期工作內(nèi)容執(zhí)行情況指導(dǎo)教師簽字11月22日11月23日-了解設(shè)計(jì)要求，查閱資料11月23日11月25日元器件選型，繪制各分電路圖11月25日11月26日設(shè)計(jì)總電路圖，說(shuō)明工作過(guò)程11月26日11月27日總結(jié)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，得出結(jié)論 11月27日11月28日撰寫(xiě)論文及準(zhǔn)備答辯 11月28日11月29日論文打印11月30日論文答辯教師對(duì)進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總 評(píng)簽名 年 月 日

4、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232304121 第1章 引 言 PAGEREF _Toc232304121 h 1 HYPERLINK l _Toc232304122 第2章 變頻器的基礎(chǔ)知識(shí) PAGEREF _Toc232304122 h 4 HYPERLINK l _Toc232304123 21 變頻器的概述(i sh) PAGEREF _Toc232304123 h 4 HYPERLINK l _Toc232304124 211 變頻器的定義、分類(fn li)及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232304124 h 4 HYPERLINK l

5、 _Toc232304125 212變頻器的應(yīng)用(yngyng)： PAGEREF _Toc232304125 h 11 HYPERLINK l _Toc232304126 22 變頻器的工作原理和控制方式 PAGEREF _Toc232304126 h 12 HYPERLINK l _Toc232304127 221 變頻器的工作原理 PAGEREF _Toc232304127 h 12 HYPERLINK l _Toc232304128 222 變頻器的控制方式 PAGEREF _Toc232304128 h 13 HYPERLINK l _Toc232304129 第3章 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知

6、識(shí) PAGEREF _Toc232304129 h 16 HYPERLINK l _Toc232304130 31 空氣調(diào)節(jié)相關(guān)概念 PAGEREF _Toc232304130 h 16 HYPERLINK l _Toc232304131 311 空調(diào)常用溫度單位 PAGEREF _Toc232304131 h 16 HYPERLINK l _Toc232304132 312 空調(diào)常用能量單位 PAGEREF _Toc232304132 h 16 HYPERLINK l _Toc232304133 313中央空調(diào)常用概念 PAGEREF _Toc232304133 h 16 HYPERLINK

7、 l _Toc232304134 第4章 中央空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí) PAGEREF _Toc232304134 h 18 HYPERLINK l _Toc232304135 41 中央空調(diào)系統(tǒng)的類型及特點(diǎn) PAGEREF _Toc232304135 h 18 HYPERLINK l _Toc232304136 411 集中式中央空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304136 h 18 HYPERLINK l _Toc232304137 412 風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304137 h 18 HYPERLINK l _Toc232304138 413 變制冷劑流量（VR

8、V）空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304138 h 19 HYPERLINK l _Toc232304139 414 水冷柜機(jī)空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304139 h 19 HYPERLINK l _Toc232304140 415 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304140 h 19 HYPERLINK l _Toc232304141 416 風(fēng)冷熱泵模塊空調(diào)系統(tǒng) PAGEREF _Toc232304141 h 20 HYPERLINK l _Toc232304142 42 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 PAGEREF _Toc232304142

9、h 20 HYPERLINK l _Toc232304143 421 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc232304143 h 20 HYPERLINK l _Toc232304144 422 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc232304144 h 21 HYPERLINK l _Toc232304148 第5章 中央空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀(xinzhung)和改造方案 PAGEREF _Toc232304148 h 28 HYPERLINK l _Toc232304149 51 中央空調(diào)系統(tǒng)存在(cnzi)的不足 PAGEREF _Toc232304149 h 28 HYP

10、ERLINK l _Toc232304150 52 中央空調(diào)水系統(tǒng)(xtng)變頻節(jié)能改造方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc232304150 h 28 HYPERLINK l _Toc232304151 5.2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)行運(yùn)行工況與分析 PAGEREF _Toc232304151 h 29 HYPERLINK l _Toc232304152 5.2.2 控制系統(tǒng)軟件功能與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc232304152 h 32 HYPERLINK l _Toc232304153 5.2.3 變頻節(jié)能改造效果估算與投資收益分析 PAGEREF _Toc232304153 h 35

11、HYPERLINK l _Toc232304154 5.2.4 中央空調(diào)系統(tǒng)改造后的節(jié)能優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc232304154 h 37 HYPERLINK l _Toc232304155 53 中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理 PAGEREF _Toc232304155 h 38 HYPERLINK l _Toc232304156 結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc232304156 h 41 HYPERLINK l _Toc232304158 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc232304158 h 43 第1章 引 言學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文第1章 引 言能源的利用情況(qngkung)標(biāo)志著

12、一個(gè)國(guó)家 HYPERLINK / 科技(kj)進(jìn)步的水平。在我國(guó)大力推廣節(jié)能產(chǎn)品，禁止使用耗能過(guò)大的設(shè)備，提高(t go)能源的利用率，以縮短與世界先進(jìn)國(guó)家的差距，為 HYPERLINK /china/ 中國(guó)的 HYPERLINK /dangdai/ 現(xiàn)代建設(shè)提供能源的保證。但是，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，大量的公共建筑如賓館、寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、餐飲酒店、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館等拔地而起，中央空調(diào)系統(tǒng)也就成為了現(xiàn)代大型建筑物不可缺少的配套設(shè)施之一。由于近年來(lái)電價(jià)的不斷上漲，造成中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用急劇上升，加之目前各生產(chǎn)、服務(wù)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，多數(shù)企業(yè)利潤(rùn)空間不夠理想。因此電能費(fèi)用的控制顯然已經(jīng)成為經(jīng)營(yíng)管理者所關(guān)

13、注的問(wèn)題所在。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中央空調(diào)的用電量占各類建筑大廈總用電量的70%以上，其中中央空調(diào)水泵的耗電量約占總空調(diào)系統(tǒng)耗電量的20%-40%，故節(jié)約低負(fù)荷時(shí)壓縮機(jī)系統(tǒng)和水系統(tǒng)的消耗的能量，具有很重要的意義。國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要中明確提出要把節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境基本國(guó)策，建設(shè)低投入、高產(chǎn)出，低消耗、少排放，能循環(huán)、可持續(xù)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。提出了“十一五”期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%等目標(biāo)。這是針對(duì)資源環(huán)境壓力日益加大的突出問(wèn)題提出來(lái)的，體現(xiàn)了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，是現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的需要，具有明確的政策導(dǎo)向。中央空調(diào)在

14、各大中型民用、商用建筑中的普及，帶來(lái)了嚴(yán)重的能耗問(wèn)題。中央空調(diào)系統(tǒng)的電耗一般占整座建筑電耗的50%60，建筑能耗則占全國(guó)總能耗的1/3左右，因此提高能源利用率是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的方向。中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常按建筑物所在地的極端氣候條件來(lái)計(jì)算其最大冷負(fù)荷，并由此確定空調(diào)主機(jī)的裝機(jī)容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實(shí)際上每年只有極短時(shí)間出現(xiàn)最大冷負(fù)荷的情況。因此，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時(shí)間里，都是在部分負(fù)荷（遠(yuǎn)小于其額定容量）條件下運(yùn)行的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際空調(diào)負(fù)荷平均只有設(shè)備能力的50%左右，這無(wú)疑造成了大量的能源白白浪費(fèi)。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備，長(zhǎng)期處在工頻額定狀態(tài)下高速運(yùn)行，機(jī)械

15、磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。另一方面，空調(diào)(kn dio)負(fù)荷又具有變動(dòng)性。由于季節(jié)交替(jiot)、氣候變幻、晝夜(zhuy)輪回、使用變化（如旅游旺、淡季）及人流量增減（如賓館入住率的變化）等各種因素變化的影響，中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有起伏變化和不恒定的特點(diǎn)，如果中央空調(diào)的運(yùn)行方式不能根據(jù)負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負(fù)荷狀態(tài)）下運(yùn)行，也勢(shì)必造成巨大的能源浪費(fèi)。近年來(lái)隨著IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價(jià)格大幅下降，同時(shí)，可靠性增強(qiáng)，容量增大，采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵類機(jī)械進(jìn)行調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，已變得越來(lái)越現(xiàn)實(shí)，其對(duì)節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。所以，隨著負(fù)荷變化而

16、自動(dòng)調(diào)節(jié)變化的變流量變頻空調(diào)水系統(tǒng)和自適應(yīng)智能負(fù)荷調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸顯示其巨大的優(yōu)越性，而且得到越來(lái)越多的被廣泛推廣與應(yīng)用。采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅能使空調(diào)系統(tǒng)發(fā)揮更加理想的工作狀態(tài)，更重要的是通常其節(jié)能效果高達(dá)30%以上，能帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。 中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先是根據(jù)室外氣象參數(shù)和室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算冷負(fù)荷，按分區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)品樣本選擇相應(yīng)的設(shè)備，組合成一個(gè)系統(tǒng)。但空調(diào)系統(tǒng)絕大部分時(shí)間是在不滿負(fù)荷的情況下工作。在不滿負(fù)荷工作的控制方式不合理，系統(tǒng)能效比會(huì)大大降低?，F(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行調(diào)節(jié)方式上，風(fēng)水系統(tǒng)主要是閥門(mén)（手動(dòng)、自動(dòng)閥門(mén)調(diào)節(jié)），主機(jī)利用卸荷方式，而這些方式是犧牲了阻力

17、能耗來(lái)適應(yīng)末端負(fù)荷要求，造成運(yùn)行成本居高不下。若采用變頻控制，能量的傳遞和運(yùn)輸環(huán)節(jié)控制為變水量（VWV）和變風(fēng)量（VAV），使傳遞和運(yùn)輸耦合并達(dá)到最佳溫差置換，其動(dòng)力僅為其它控制系統(tǒng)的30%60%，而且節(jié)能是雙效的，因?yàn)閷?duì)制冷主機(jī)的需求能耗同時(shí)下降。主機(jī)采用變頻節(jié)能控制，保持設(shè)計(jì)工況下的制冷劑運(yùn)動(dòng)的物理量（如溫差、壓力等）變化，節(jié)能較其它調(diào)荷方式明顯，如約克（YORK）的YT型離心式冷水機(jī)組，配置變頻機(jī)組在部分負(fù)荷下能效比可降至0.2kw/冷噸，可見(jiàn)變頻控制方式在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用前景十分廣闊。過(guò)去由于價(jià)格的原因，在中央空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)推廣較難。在變頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)非常成熟的今天

18、，用此技術(shù)與暖通空調(diào)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，它并不是一門(mén)高價(jià)的技術(shù)，在小功率空調(diào)中其經(jīng)濟(jì)性都可承受，在中央空調(diào)系統(tǒng)中更不應(yīng)該成問(wèn)題：（1）中央空調(diào)運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，節(jié)能問(wèn)題更突出；（2）變頻控制在整個(gè)系統(tǒng)中所占的造價(jià)比例不高；（3）變頻控制器的容量越大，每千瓦功率單價(jià)越低。中央空調(diào)系統(tǒng)采用(ciyng)變頻器是可行的，其投資回收一般在612個(gè)月，以變頻(bin pn)控制器使用壽命10年計(jì)，其凈收益(shuy)在10倍投資額以上。第2章 變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)第2章 變頻器的基礎(chǔ)知識(shí)21 變頻器的概述(i sh)變頻技術(shù)是應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。變頻器的問(wèn)世，使電氣傳動(dòng)領(lǐng)域發(fā)生了一場(chǎng)技術(shù)革命，即交流

19、調(diào)速取代直流調(diào)速。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)具有節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量和便于(biny)自動(dòng)控制等諸多優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)、外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速技術(shù)。211 變頻器的定義、分類(fn li)及結(jié)構(gòu) 變頻器的定義：變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。 變頻器的基本類型：1.按變換的環(huán)節(jié)分類：（1）交交變頻器：交交變頻器是將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流電（變換前后的相數(shù)相同），又稱直接式變頻器。（2）交直交變頻器：交直交變頻器是先將工頻交流通過(guò)整流器變換成直流電，然后再將直流電變換成頻率電壓可調(diào)的交流電，又稱間接式變頻器。交直交變頻器是目前廣泛應(yīng)用的通用變頻器。

20、 2.按直流電源的性質(zhì)分類： （1）電流型變頻器：電流型變頻器的特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波。由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故將其稱為電流型變頻器。電流型變頻器的特點(diǎn)是能扼制負(fù)載電流頻繁且急劇地變化，常應(yīng)用于負(fù)載電流變化較大的場(chǎng)合。 （2）電壓型變頻器：電壓型變頻器的特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)(hunji)采用大電容器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)緩沖無(wú)功功率，直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)，內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故將其稱為電壓型變頻器，常應(yīng)用于負(fù)載電壓變化(binhu)較大的場(chǎng)合。 3.按電壓的調(diào)制方式(fngsh)分類： （1）脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器：脈寬

21、調(diào)制（SPWM）變頻器電壓的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，中、小容量的通用(tngyng)變頻器幾乎全都是采用此類調(diào)制方式。 （2）脈幅調(diào)制（PAM）變頻器：脈幅調(diào)制（PAM）變頻器電壓的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)(tioji)直流電壓的幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 4.按輸入電源的相數(shù)分類： （1）三進(jìn)三出變頻器：三進(jìn)三出變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電。絕大多數(shù)變頻器都屬此類。 （2）單進(jìn)三出變頻器：?jiǎn)芜M(jìn)三出變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相交流電。家用電器里的變頻器都屬此類，通常容量較小。 變頻器的結(jié)構(gòu)：1.主電路：變頻器給負(fù)載提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分。典型的電壓型變頻器主電路如圖2-1所示，

22、 圖2-1 典型的電壓(diny)型變頻器的主電路其主電路由整流器、平波電路和逆變器組成。若負(fù)載(fzi)為異步電動(dòng)機(jī)，則在變頻調(diào)速系統(tǒng)需要制動(dòng)時(shí)，還需要附加制動(dòng)回路。 （1）整流器：變頻器一般使用的是二極管整流器，它將工頻電源變換(binhun)為直流電源。也可用兩組晶體管整流器構(gòu)成可逆變整流器，因?yàn)榭赡孀冋髌鞯墓β史较蚩赡妫士梢赃M(jìn)行再生運(yùn)行。 （2）平波電路：在整流器整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓。此外(cwi)，逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。變頻器容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成件有余量，則可以省去電感而采用

23、簡(jiǎn)單的平波回路。 （3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流電變換為所要求(yoqi)的可變壓變頻的交流，控制電路以所確定的時(shí)間控制6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相變壓變頻交流輸出。 （4）制動(dòng)回路：異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載的再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存在平波回路電容器中，使直流環(huán)節(jié)電壓升高。一般說(shuō)來(lái)，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積累的能量比電容儲(chǔ)存的能量大，故為抑制直流電路電壓上升，需采用制動(dòng)力回路消耗直流電路中的再生能量。制動(dòng)回路也可采用可逆整流器把再生能量向工頻電網(wǎng)反饋。 2.單相逆變主電路： (1)半橋逆變電路：半橋逆變電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率開(kāi)關(guān)器件數(shù)目最少、成本低廉及穩(wěn)定性

24、高等優(yōu)點(diǎn)。但是，回饋電流會(huì)使得前級(jí)變頻器輸出電壓波動(dòng)加大，使電源輸出電容容量增大；同時(shí)，使得中點(diǎn)電位向正（或負(fù)）方向持續(xù)漂移，給供電帶來(lái)極大影響。（2）全橋逆變電路(dinl)：普通全橋逆變電路共需8只功率開(kāi)關(guān)器件，如圖2-2（a）所示。圖2-2(a) 雙橋逆變(n bin)電路與半橋逆變電路相比(xin b)，兩者的功率開(kāi)關(guān)器件數(shù)量比為2:1，直流電壓利用率更高，但是結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性不如半橋逆變電路；在實(shí)際應(yīng)用中，將中間兩橋臂保二為一，構(gòu)成兩相三橋臂逆變電路，如圖2-2（b）所示。圖2-2(b) 兩相三橋臂變電路(dinl)兩相三橋臂全橋逆變電路繼承了全橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有效地

25、減少了開(kāi)關(guān)器件的數(shù)目其輸出電壓值可達(dá)到全橋電路的70%以上。 3.變頻器的功率開(kāi)關(guān)器件：（1）門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）：門(mén)極可關(guān)斷晶閘管是目前能承受電壓電高和流過(guò)電流電大的全控型開(kāi)關(guān)器件。具有電流密度大、管壓降低、導(dǎo)通損耗小和耐壓高等突出優(yōu)點(diǎn)，適合大功率應(yīng)用。但是，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)功率大，開(kāi)關(guān)頻率低。 （2）門(mén)極換流(hun li)晶閘管（GCT）：門(mén)極換流(hun li)晶閘管（GCT）具有(jyu)GTO高電壓、大電流及低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)改善了開(kāi)通和關(guān)斷性能，使工作頻率有所提高。 （3）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種復(fù)合型全控器件，具有MOSF

26、ET（輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快）和GTR（耐壓高、電流密度大）二者的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)損耗小，工作頻率高，沒(méi)有二次擊穿，不需緩沖電路，是目前中等功率電力電子裝置中的主流器件。4.控制電路：變頻器的控制電路是給變頻器主電路提供控制信號(hào)的回路，其控制電路如圖：2-3所示，圖2-3 變頻器控制電路由運(yùn)算電路、電壓（電流）檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路、I/O（輸入/輸出）電路、速度檢測(cè)電路組成。（1）運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的功能是將變頻器的電壓、電流檢測(cè)電路的信號(hào)及變頻器外部負(fù)載(fzi)的非電量信號(hào)（速度、轉(zhuǎn)矩等經(jīng)檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)）與給定的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定變頻器的輸出電壓、頻率。 （2）電壓

27、、電流檢測(cè)電路(dinl)：采用電隔離檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)主回路的電壓、電流。檢測(cè)電路對(duì)檢測(cè)到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，以滿足變頻器控制電路的需要。 （3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路的功能是在控制(kngzh)電路的控制下，產(chǎn)生足夠功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使主電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷，控制電路采用電隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的控制。 （4）I/O（輸入/輸出(shch)）電路：I/O（輸入(shr)/輸出）電路的功能是使變頻器能更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 （5）速度檢測(cè)電路：速度檢測(cè)電路以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器為核心，將檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)速度信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算參數(shù)可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

28、5.保護(hù)電路：變頻器的保護(hù)電路是通過(guò)檢測(cè)主電路的電壓、電流等參數(shù)來(lái)判斷變頻器的運(yùn)行狀況。當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，保護(hù)電路可使變頻器中的逆變電路停止工作或抑制變頻器的輸出電壓、電流值。保護(hù)電路可分為變頻器保護(hù)和負(fù)載（異步電動(dòng)機(jī)）保護(hù)兩種。表2-1為保護(hù)功能一覽表。表2-1 保護(hù)功能一覽表保護(hù)對(duì)象保護(hù)功能保護(hù)對(duì)象保護(hù)功能變頻器保護(hù)瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)過(guò)載保護(hù)超頻（超速）保護(hù)過(guò)載保護(hù)再生過(guò)壓保護(hù)瞬時(shí)停電保護(hù)其他保護(hù)防止失速過(guò)電流防止失速再生過(guò)電流接地過(guò)電流保護(hù)冷卻風(fēng)機(jī)保護(hù)6.單向逆變控制電路： (1)半橋SPWM控制：?jiǎn)蜗?dn xin)電動(dòng)機(jī)采用SPWM控制時(shí)，由于要保證兩相繞中的電流

29、相位差為90，所以兩路調(diào)制信號(hào)(xnho)的相位相應(yīng)地也要設(shè)定為相差90。SPWM控制的優(yōu)點(diǎn)是諧波含量低，濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易(rngy)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)頻功能；缺點(diǎn)是直流電壓利用率低，適合模擬電路，不便于數(shù)字化方案的實(shí)現(xiàn)。 （2）半橋：電壓空間矢量同氣隙磁場(chǎng)之間的關(guān)系：U=d/dt 式（2-1）可通過(guò)控制電壓空間量來(lái)控制電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，故SVPWM控制又稱為磁鏈軌跡控制。半橋逆變電路在采用SVPWM控制時(shí)，輸出相電壓的最大值為Ud/2。 （3）兩相三橋臂全橋逆變SPWM控制：在載波相同的情況下，A相和B相調(diào)制波為正弦波，在相位上A相超前B相90；公共橋臂則采用恒定占空比的方法調(diào)制，上、下橋

30、臂占空比均為50%。如此，在A和B繞組上得到幅值相等、相位相差90的正弦電壓。電壓幅值與調(diào)制度m成正比，當(dāng)m=1時(shí)，輸出電壓峰值達(dá)到最大，為Ud/2。依據(jù)電動(dòng)機(jī)的u/f曲線與輸出電壓和m的關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)兩相電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速控制。 7.變頻器基頻設(shè)置參數(shù)：（1）基頻參數(shù)：變頻器基頻參數(shù)的示意圖如圖2-4所示。圖2-4 變頻器基頻(j pn)參數(shù)示意圖在基頻(j pn)以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率的變化而變化，u/f為常數(shù)，適合變頻調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。在基頻以上，變頻器的輸出電壓維持電源額定電壓不變，適合變頻調(diào)速系統(tǒng)的恒功率負(fù)載特性。 （2）如何設(shè)置基頻：基頻參數(shù)設(shè)置應(yīng)該

31、以負(fù)載的額定參數(shù)設(shè)置。（3）基頻設(shè)置注意事項(xiàng)：基頻參數(shù)直接反映變頻器輸出電壓和輸出頻率的關(guān)系，如果設(shè)置不當(dāng)，則容易造成負(fù)載的過(guò)流或過(guò)載。212變頻器的應(yīng)用(yngyng)： 變頻調(diào)速已被公認(rèn)為最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式(fngsh)之一，其主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面： 1.變頻器在節(jié)能方面(fngmin)的應(yīng)用：風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的耗電功率基本與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率可以達(dá)到20%60%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)、泵類電動(dòng)機(jī)用電量占全國(guó)用電量的31%，占工業(yè)用電量的50%，因此，在此類負(fù)載上采用變頻調(diào)速具有非常重要的意義。目前，應(yīng)用較成功的恒壓供水，各類風(fēng)機(jī)、中央空調(diào)和液壓泵的變頻調(diào)速。

32、 2.變頻器在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用：由于變頻器內(nèi)置有32位或16位的微處理器，具有多種算術(shù)邏輯運(yùn)算和智能控制功能，輸出頻率精度高達(dá)0.1%0.01%，還設(shè)有完善的檢測(cè)、保護(hù)環(huán)節(jié)，因此在自動(dòng)化系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。3.變頻器在提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面的應(yīng)用：變頻器還可以廣泛應(yīng)用于傳送、超重、擠壓和機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量減少設(shè)備的沖擊和噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備的壽命。采用變頻調(diào)速控制后，使機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化，操作和控制更加簡(jiǎn)便，有的甚至可以改變?cè)械墓に囈?guī)范，從而提高整個(gè)設(shè)備的性能。22 變頻器的工作原理(yunl)和控制方式221 變頻器的工作(gngzu)原理變頻器是把工頻(n

33、 pn)電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)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(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。由電機(jī)學(xué)可知，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n60f(1s)/p 式(2-2)式中： n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(zhun s)(每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù))； f電源(dinyun)頻率； s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)(du sh)。由式(1-2)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要均勻地改變電源

34、頻率f，則可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。 由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)是固定不變的。由于電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)1個(gè)磁極對(duì)數(shù)等于2極，電機(jī)的極數(shù)不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適和改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。另外，頻率是電機(jī)供電電源的電信號(hào)，所以該值能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是作為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 然而，只調(diào)節(jié)頻率f是不行的，因?yàn)镋=4.44fNKmU 式（2-3）式中： E

35、磁感電動(dòng)勢(shì)； f電源頻率；N定子繞組匝數(shù)； K與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； m每極磁通量； U定子(dngz)相電壓。當(dāng)定子(dngz)電壓U不變時(shí)，m與f成反比，f的升高或降低(jingd)，會(huì)導(dǎo)致磁通m的減小或增大，從而使電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩減小，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，甚至將電機(jī)燒毀，或者使磁路飽和，鐵耗急劇增加。為此，在調(diào)節(jié)電源頻率的同時(shí)，要調(diào)節(jié)電壓的大小，以維持磁通的恒定，使最大轉(zhuǎn)矩不變。222 變頻器的控制(kngzh)方式 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)時(shí)，變頻器可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性對(duì)供電(n din)電壓、電流、頻率進(jìn)行適當(dāng)控制，不同的控制方式所得到的調(diào)速性能、特性以及用途是不同的?？刂品绞酱篌w可分為

36、開(kāi)環(huán)控制（U/f控制方式）和閉環(huán)控制（轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量(shling)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制）兩種。 1變頻器的U/f控制：U/f控制多用于通用變頻器、風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械的節(jié)能運(yùn)行、生產(chǎn)流水線的工作臺(tái)傳動(dòng)及一些家用電器等。 （1）普通功能型的U/f控制通用變頻器：此控制方式具有優(yōu)異的功能和性能，有較強(qiáng)的通用性，應(yīng)用廣泛；但是，靜態(tài)穩(wěn)定性不高，當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時(shí)，其轉(zhuǎn)矩不足。 （2）新一代高功能型通用變頻器：運(yùn)算速度大幅度提高，且采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制控制器，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制功能。采用此控制方式，可使極低速度下的轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力達(dá)到或超過(guò)150%，頻率設(shè)定范圍達(dá)到1:30，且具有足夠的響應(yīng)速度。2

37、轉(zhuǎn)差頻率控制：與U/f控制相比，其加減速特性和限制過(guò)電流能力得到了提高，速度的靜態(tài)差小，適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，常用于單運(yùn)轉(zhuǎn)。如果保持電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通一定，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流由轉(zhuǎn)差角頻率決定，因此控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差角頻率，就可以控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)就在于頻率控制環(huán)節(jié)的輸入頻率信號(hào)(xnho)是由轉(zhuǎn)差信號(hào)和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)相加后得到的，在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中，實(shí)際頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步上升或下降。3.矢量控制(kngzh)：以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，將三相坐標(biāo)系下的交流電機(jī)等效為兩相旋轉(zhuǎn)(xunzhun)坐系下的直流電動(dòng)機(jī)。矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5 矢量(shli

38、ng)控制系統(tǒng)原理框給定(i dn)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)類似直流調(diào)速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵(lì)磁電流的給定信號(hào)im1*和電樞電流(dinli)給定信號(hào)it1*，經(jīng)過(guò)逆變換得到和ia1*，i1*再經(jīng)過(guò)2/3變換得到iA*、iB*和iC*。把這三個(gè)電流控制信號(hào)和由控制器直接得到的頻率控制信號(hào)1加到帶電流控制的變頻器上，就可以輸出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速所需的三相變頻電流。4.直接轉(zhuǎn)矩控制：直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是高動(dòng)態(tài)性能的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，圖2-6為定子磁場(chǎng)控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理框圖。圖2-6 接定子磁場(chǎng)控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用直接反饋的雙位式砰-砰控制（繼電器控制），

39、避開(kāi)了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁分量，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu)，但是缺點(diǎn)是帶來(lái)了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，限制了調(diào)速范圍。第3章 空氣調(diào)節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)第3章 空氣調(diào)節(jié)(kn q dio ji)基礎(chǔ)知識(shí)31 空氣調(diào)節(jié)(kn q dio ji)相關(guān)概念空氣調(diào)節(jié)簡(jiǎn)稱空調(diào)，它是通過(guò)對(duì)空氣的處理使某區(qū)域范圍內(nèi)空氣的溫度、相對(duì)濕度、氣流速度和潔凈度達(dá)到一定要求的工程技術(shù)，常用空調(diào)基數(shù)和精度來(lái)表示?？照{(diào)基數(shù)：指空調(diào)房間所要求的基準(zhǔn)溫度和相對(duì)濕度；空調(diào)精度：指空調(diào)房間空氣的溫度、相對(duì)濕度在所要求的連續(xù)時(shí)間內(nèi)允許波動(dòng)(bdng)的幅度。 實(shí)踐證明，人們感到舒適的環(huán)境條件為：空氣溫度1828，相對(duì)濕度40%60%，空氣流動(dòng)速度0.25m/

40、s左右。311 空調(diào)常用溫度單位溫度是描述空氣冷熱程度的物理量，主要有三種標(biāo)定方法：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和絕對(duì)溫標(biāo)（熱力學(xué)溫標(biāo)或開(kāi)氏溫標(biāo)）。 攝氏溫標(biāo)用符號(hào)t表示，單位是；華氏溫標(biāo)用符號(hào)tF表示，單位是；絕對(duì)溫標(biāo)用符號(hào)T表示，單位是K。三種溫標(biāo)間的關(guān)系如下： T=t+273 tF=9/5t+32312 空調(diào)常用能量單位在空調(diào)行業(yè)，常用冷量單位為千瓦KW、冷噸RT、匹HP、萬(wàn)大卡kcaL/h等。換算關(guān)系如下： 1kcaL/h=1.163W 1KW=860kcaL/h 1USRT=3.517KW。313中央空調(diào)常用(chn yn)概念 1.制冷量：空調(diào)器進(jìn)行制冷運(yùn)行時(shí)，單位(dnwi)時(shí)間內(nèi)低壓側(cè)制

41、冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量。2.熱泵制熱量：空調(diào)器進(jìn)行熱泵制熱運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間(shjin)內(nèi)高低側(cè)制冷劑在冷凝器中放出的熱量。3.能效比：能效比=制冷(zhlng)（制熱）量/耗功。能效比數(shù)值越大，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性越好，運(yùn)行費(fèi)用越低。 4.制冷劑：制冷劑是制冷系統(tǒng)中傳遞能量、實(shí)現(xiàn)循環(huán)(xnhun)的工作介質(zhì)，簡(jiǎn)稱工質(zhì)。中央空調(diào)機(jī)組常用制冷劑有：R22、R123、R134a、R410a和R407c等。5.載冷劑：凡是凝固溫度低于蒸發(fā)(zhngf)溫度、沸騰溫度高于常溫的物質(zhì)均可作為載冷劑，常用的載劑有： （1）水和空氣：水常用于蒸發(fā)溫度高于2的場(chǎng)合； （2）鹽水：各種鹽類的水溶液，常用的有：氯化鈉（N

42、aC1）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鎂（MgCl2）的水溶液。 （3）有機(jī)化合物：有機(jī)化合物的水溶液，如乙二醇。 6.貯冷劑：在間接冷卻的制冷裝置中，被冷卻物體或空間的熱量是通過(guò)中間介質(zhì)傳遞給載冷劑的，此中間介質(zhì)被稱為貯冷劑。常用的貯冷劑是冰和共晶冰。7.制冷主機(jī)：制冷主機(jī)一般是由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、控制柜及相關(guān)設(shè)備組成的一整套制冷系統(tǒng)。第5章 中央空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和改造方案第4章 中央空調(diào)系統(tǒng)(xtng)基礎(chǔ)知識(shí)41 中央空調(diào)系統(tǒng)的類型(lixng)及特點(diǎn)工程上常將集中式空調(diào)系統(tǒng)(xtng)和半集中式空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)稱為中央空調(diào)系統(tǒng)。411 集中式中央空調(diào)系統(tǒng) 集中式空調(diào)系統(tǒng)是典型的全空

43、氣系統(tǒng)，是工程上常用的系統(tǒng)之一。它廣泛應(yīng)用于舒適性或工藝性的各種空調(diào)系統(tǒng)中，例如：會(huì)堂、賓館、商場(chǎng)以及對(duì)空氣環(huán)境有特殊要求的工業(yè)廠房。 集中式空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)： （1）空氣處理設(shè)備的制冷設(shè)備集中布置在機(jī)房中，便于集中管理和調(diào)節(jié)； （2）采取了有效的防振消聲措施； （3）使用壽命長(zhǎng)； （4）不易失火；（5）系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)；412 風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng) 在空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)是最常見(jiàn)的空調(diào)方式，幾乎公認(rèn)應(yīng)首選風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)。此系統(tǒng)冷量和熱量分別由空氣和水帶入空調(diào)房間，屬于空氣水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于旅館、公寓、醫(yī)院和辦公室等高級(jí)多層的建筑中。 風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)： （1）機(jī)房占地面積小，風(fēng)管截面積

44、小，容易布置； （2）盤(pán)管易結(jié)垢，影響(yngxing)傳熱效果；（3）運(yùn)行靈活(ln hu)，節(jié)能效果好； （4）使用壽命長(zhǎng)；（5）維護(hù)管理(gunl)繁瑣；413 變制冷劑流量(liling)（VRV）空調(diào)(kn dio)系統(tǒng) 能源和環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。為了節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境，采用變流量以適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷變化，在制冷空調(diào)領(lǐng)域受到廣泛重視。變水量、變風(fēng)量和變制冷劑流量等變流量系統(tǒng)的應(yīng)用，在提高空調(diào)質(zhì)量和節(jié)約能源兩個(gè)方面效果突出。 變制冷劑流量（VRV）空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)： （1）減少了壓縮機(jī)頻繁啟停造成的能量損失； （2）系統(tǒng)的季節(jié)能效比大提高； （3）降低了啟動(dòng)電流，避免了其他用電設(shè)備和電網(wǎng)

45、的沖擊； （4）降低了室內(nèi)機(jī)的噪聲； （5）可實(shí)現(xiàn)各個(gè)房間或區(qū)域的獨(dú)立控制； （6）大大提高能源利用效率；414 水冷柜機(jī)空調(diào)系統(tǒng) 水冷柜機(jī)是以冷卻水為冷源，以冷媒制取冷量的中央空調(diào)機(jī)組，在結(jié)構(gòu)上將壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流部件等集中為一體對(duì)個(gè)直接輸出冷氣。常用于夏季炎熱、空間需求風(fēng)量大的場(chǎng)所，如超市、餐廳等。415 水源熱泵空調(diào)(kn dio)系統(tǒng) 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是利用地下水、河水、湖水等資源，通過(guò)制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)消耗部分電能，冬季(dngj)，把水中的低品味能量“取”出來(lái)，供給(gngj)室內(nèi)采暖或生活熱水；夏季，把室內(nèi)的熱取出來(lái)，釋放到水中，達(dá)到制冷/熱水的目的。水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)：

46、 （1）一機(jī)多用，用途(yngt)廣泛； （2）綠色(l s)環(huán)保；（3）高效(o xio)節(jié)能； （4）安全可靠； （5）可再生資源；416 風(fēng)冷熱泵模塊空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)冷熱泵模塊空調(diào)系統(tǒng)以空氣為冷、熱媒，以水為供冷熱介質(zhì)的中央空調(diào)機(jī)組。廣泛應(yīng)用于新建或改建的大小工業(yè)與民用建筑的空調(diào)系統(tǒng)，如賓館、公寓、酒店、醫(yī)院及廠房的各類公共建筑，也可用于高檔別墅的中央空調(diào)系統(tǒng)。尤其適用于對(duì)噪聲和環(huán)境有較高要求，缺水，不宜安裝冷卻塔的場(chǎng)合。目前主流的風(fēng)冷熱泵根據(jù)所采用壓縮機(jī)的不同，主要有風(fēng)冷渦旋機(jī)組和風(fēng)冷螺桿機(jī)組兩種。42 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理421 中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個(gè)典型的中央空調(diào)系統(tǒng)一般由冷、熱

47、源機(jī)組，冷、熱量輸送系統(tǒng)，空氣處理設(shè)備，空氣輸送設(shè)備，空氣分配設(shè)備，被調(diào)對(duì)象組成，如圖4-1所示。圖4-1 中央空調(diào)系統(tǒng)(xtng)的構(gòu)成圖422 中央空調(diào)系統(tǒng)的工作(gngzu)原理 1四種(s zhn)制冷方法：(1)液體汽化制冷：最常用，如蒸汽壓縮式； (2)氣體膨脹制冷； (3)渦流管制冷； (4)熱電制冷。2制冷原理中央空調(diào)技術(shù)實(shí)際上是人工制冷技術(shù)的一種典型系統(tǒng)性應(yīng)用，當(dāng)前，人工制冷技術(shù)按其補(bǔ)償過(guò)程的不同可主要分為蒸汽壓縮式、吸收式、蒸汽噴射式、吸附式四種方法，其中，被廣泛應(yīng)用在中央空調(diào)系統(tǒng)的制冷方法主要有兩種：蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和吸收式制冷循環(huán)。(1) 蒸汽壓縮式制冷： 蒸汽壓縮式

48、制冷過(guò)程分為蒸發(fā)過(guò)程、壓縮過(guò)程、冷凝過(guò)程和節(jié)流過(guò)程四個(gè)過(guò)程，其原理圖如圖4-2所示。 圖4-2 中央空調(diào)系統(tǒng)(xtng)制冷制熱原理圖（a）圖4-2 中央空調(diào)系統(tǒng)(xtng)制冷制熱原理圖（b）1壓縮過(guò)程：蒸發(fā)器中的制冷劑蒸汽被離心壓縮機(jī)吸入后，原動(dòng)機(jī)（一般為電動(dòng)機(jī)）通過(guò)壓縮機(jī)葉輪對(duì)其施加能量，使制冷劑蒸汽的壓力提高并進(jìn)入冷凝器；與此同時(shí)，制冷劑蒸汽的溫度在壓縮終了(zhnglio)時(shí)也相應(yīng)提高。 2冷凝(lngnng)過(guò)程：由壓縮機(jī)來(lái)的高壓、高溫制冷劑蒸汽，在冷凝器中通過(guò)向管內(nèi)的冷卻水放出熱量，溫度有所下降，同時(shí)在飽和壓力（冷凝溫度所對(duì)應(yīng)的冷凝壓力(yl)）下，冷凝成為液體。這時(shí)，冷卻水因從

49、制冷劑蒸汽中攝取了熱量，其溫度要有所升高。冷卻水的溫度與冷凝溫度（冷凝壓力）直接有關(guān)。 3節(jié)流過(guò)程：由冷凝器底部來(lái)的高溫、高壓制冷劑液體，流經(jīng)節(jié)流孔口時(shí)，發(fā)生減壓膨脹，壓力、溫度都降低，變?yōu)榈蛪?dy)、低溫液體進(jìn)入蒸發(fā)器中。 4蒸發(fā)(zhngf)過(guò)程：低壓、低溫制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)從載冷劑（如冷水）中攝取熱量后蒸發(fā)為汽體，同時(shí)使載冷劑的溫度降低，從而實(shí)現(xiàn)人工制冷，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑蒸汽又被壓縮機(jī)吸入進(jìn)行壓縮，重復(fù)上述壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)過(guò)程。如此周而復(fù)始，達(dá)到連續(xù)制冷的目的。（2） 吸收式制冷(zhlng)： 通過(guò)使用兩種沸騰點(diǎn)差距較大的物質(zhì)組成的二元溶液(也稱工質(zhì)對(duì)，其低沸騰點(diǎn)組份為制冷劑

50、，高沸騰點(diǎn)組份為吸收劑)，利用溶液在一定條件下能析出低沸點(diǎn)組份的蒸汽，而在另一條件下又能吸收低沸點(diǎn)組份的蒸汽這一特性由制冷機(jī)系統(tǒng)采用熱能驅(qū)動(dòng)，通過(guò)發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收4個(gè)過(guò)程來(lái)完成制冷循環(huán)。 目前，在中央空調(diào)系統(tǒng)中的制冷壓縮機(jī)以速度型的離心式壓縮機(jī)和以容積型的螺桿式或活塞式壓縮機(jī)的應(yīng)用最為普遍。第5章 中央空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和改造方案51 中央空調(diào)系統(tǒng)存在的不足中央空調(diào)在各大中型民用、商用建筑中的普及，帶來(lái)了嚴(yán)重的能耗問(wèn)題。中央空調(diào)系統(tǒng)的電耗一般占整座建筑電耗的50%60，建筑能耗則占全國(guó)總能耗的1/3左右，因此提高能源利用率是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的方向。中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常按建筑物所在地的極端

51、氣候條件來(lái)計(jì)算其最大冷負(fù)荷，并由此確定空調(diào)主機(jī)的裝機(jī)容量及空調(diào)水系統(tǒng)的供水流量。然而，實(shí)際上每年(minin)只有極短時(shí)間出現(xiàn)最大冷負(fù)荷的情況。因此(ync)，中央空調(diào)系統(tǒng)在絕大部分時(shí)間(shjin)里，都是在部分負(fù)荷（遠(yuǎn)小于其額定容量）條件下運(yùn)行的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際空調(diào)負(fù)荷平均只有設(shè)備能力的50%左右，這無(wú)疑造成了大量的能源白白浪費(fèi)。而且，空調(diào)水系統(tǒng)的水泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備，長(zhǎng)期處在工頻額定狀態(tài)下高速運(yùn)行，機(jī)械磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致設(shè)備故障增加和使用壽命縮短。另一方面，空調(diào)負(fù)荷又具有變動(dòng)性。由于季節(jié)交替、氣候變幻、晝夜輪回、使用變化（如旅游旺、淡季）及人流量增減（如賓館入住率的變化）等各種因素變化的影響，

52、中央空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有起伏變化和不恒定的特點(diǎn)，如果中央空調(diào)的運(yùn)行方式不能根據(jù)負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，始終在額定容量（即滿負(fù)荷狀態(tài)）下運(yùn)行，也勢(shì)必造成巨大的能源浪費(fèi)。所以，節(jié)約中央空調(diào)在低負(fù)荷時(shí)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)和冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的電能消耗，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)意義。傳統(tǒng)的中央空調(diào)節(jié)能控制多采用PID控制，這種控制方法控制響應(yīng)迅速，方法簡(jiǎn)單。但是，對(duì)空調(diào)這種參數(shù)不確定的系統(tǒng)不能進(jìn)行有效的控制。通過(guò)結(jié)合PLC和變頻器，對(duì)傳統(tǒng)中央空調(diào)進(jìn)行改造，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)PID控制的不足。52 中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)本方案是通過(guò)變頻器、PLC、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、溫度模塊、溫度傳感器等構(gòu)成的溫差閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)冷凍泵及冷卻

53、泵進(jìn)行控制（根據(jù)具體情況，冷凍水泵和冷卻水泵均采用“兩用一備”的方式運(yùn)行）。具體安裝如圖5-1所示：圖5-1 中央空調(diào)水系統(tǒng)變頻(bin pn)節(jié)能安裝圖5.2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)行(xinxng)運(yùn)行工況與分析 1.冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)狀(xinzhung)分析(共3臺(tái)電機(jī)水泵)（1）標(biāo)稱數(shù)據(jù)電機(jī)18.5KW 380V 50Hz 接法 72A 1470r/min額定流量187m3/h 額定揚(yáng)程44m（2）運(yùn)行數(shù)據(jù)2臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用，電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流60A64A，水泵運(yùn)行時(shí)出口壓力0.800.85MPa 冷凍循環(huán)水進(jìn)出水溫度10/7。冷凍循環(huán)水系統(tǒng)采用進(jìn)出水管道并聯(lián)形式工頻運(yùn)行，由于冷凍循環(huán)水管網(wǎng)

54、最大高度落差為40m左右，管網(wǎng)在額定流量下阻力小于0.2kg，故冷凍循環(huán)水泵出口處壓力只要能夠達(dá)到60m揚(yáng)程就可以滿足冷凍水循環(huán)的需要。由于冷凍循環(huán)水其落差靜壓為40m左右，所以，實(shí)際上在冷凍循環(huán)水泵僅需要提供20m左右的凈輸出揚(yáng)程即可滿足系統(tǒng)對(duì)揚(yáng)程的基本需求。對(duì)于額定揚(yáng)程為44m的冷凍循環(huán)水泵來(lái)說(shuō)，其實(shí)際需要揚(yáng)程僅為其額定揚(yáng)程的45%。顯然，單從揚(yáng)程需求角度看可最大節(jié)約功率約為:Ph=70%。在另一方面也可以證明冷凍循環(huán)水泵的實(shí)際輸出流量過(guò)?，F(xiàn)象，當(dāng)前冷凍循環(huán)水進(jìn)出水溫度為:10/7，對(duì)應(yīng)溫差T，與冷凍循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)出水溫度參考值:12/7，其對(duì)應(yīng)溫差T=5相比，實(shí)際溫差約為標(biāo)準(zhǔn)允許溫差的60

55、%，此時(shí)單從流量需求角度看，可最大節(jié)約功率約為:PQ78%。通過(guò)以上工況數(shù)據(jù)分析可知，該冷凍循環(huán)水泵在該工況點(diǎn)狀態(tài)下，最大可節(jié)約率約為(與額定值相比):Pmax=Umin(Ph,PQ)=Umin(70%,78%)=70%在此工況下工頻運(yùn)行實(shí)際消耗(xioho)功率約為:P工實(shí)=62A/72APe=0.8618.5KW15.9（KW）即工頻狀態(tài)下消耗功率(gngl)僅約為其額定功率的86%。在該工況點(diǎn)下，實(shí)施變頻節(jié)能改造后可節(jié)約的功率約為(與工頻狀態(tài)相比):P節(jié)=1-0.3/0.8665%。假定冷凍循環(huán)水在其運(yùn)行期間負(fù)荷時(shí)間變化服從線性均勻分布，對(duì)此負(fù)荷時(shí)間分布線性函數(shù)求積分，那么，冷凍循環(huán)水系

56、統(tǒng)改造后平均節(jié)約功率可達(dá)41%。實(shí)際上由于系統(tǒng)在運(yùn)行期間其負(fù)荷的時(shí)間分布規(guī)律服從類似正態(tài)特性，所以，可以肯定地說(shuō)改造后實(shí)際節(jié)能效果將大于41%。當(dāng)然，精確的系統(tǒng)節(jié)約率指標(biāo)還受到各負(fù)荷點(diǎn)分布規(guī)律和工頻狀態(tài)下的實(shí)際消耗功率、變頻控制系統(tǒng)效率、電機(jī)和水泵(shubng)效率等因素的影響，在此就不再做進(jìn)一步的計(jì)算。實(shí)踐表明，按此方法獲得的節(jié)約率估算值一般與實(shí)際節(jié)約率值偏差小于5%。正是因?yàn)閴毫εc流量的過(guò)剩作用使水流過(guò)速、熱交換溫差偏小，因此，可以通過(guò)降低冷凍循環(huán)水的總供應(yīng)流量來(lái)實(shí)現(xiàn)向標(biāo)準(zhǔn)溫差參考值靠近，從而達(dá)到節(jié)約能量的目的。在對(duì)實(shí)際運(yùn)行工況考察時(shí)，不能夠簡(jiǎn)單地依據(jù)電機(jī)運(yùn)行電流的大小來(lái)判斷，若只簡(jiǎn)單地

57、從冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流來(lái)看(額定電流為72A，實(shí)際運(yùn)行電流60A64A)，就會(huì)發(fā)出沒(méi)有多少節(jié)電空間的錯(cuò)誤判斷。急之，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)數(shù)據(jù)做依據(jù)，利用變頻驅(qū)動(dòng)裝置，把系統(tǒng)富余的流量、揚(yáng)程節(jié)省下來(lái)，使系統(tǒng)工作在耗能最少的最佳工況下(揚(yáng)程和流量均無(wú)多余的狀態(tài)下)，從而達(dá)到既滿足系統(tǒng)需求又使能耗最少的目的。2. 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析(共3臺(tái)電機(jī)水泵)（1）標(biāo)稱數(shù)據(jù)電機(jī)(dinj)18.5kW 380V 50Hz 接法 83A 1480r/min 額定( dng)流量320m3/h 額定( dng)揚(yáng)程22m(2)運(yùn)行數(shù)據(jù) 2臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用，每臺(tái)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流70A，泵運(yùn)行出口壓力

58、0.25MPa-0.28MPa，冷卻水進(jìn)出水溫度:28/31。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)采用進(jìn)出水管道并聯(lián)形式工頻運(yùn)行，由于冷卻塔位于15m樓面平臺(tái)，冷卻塔與冷卻水泵垂直落差為15m+4m=19m，所以冷卻循環(huán)水系統(tǒng)靜壓約為:H靜0.20MPa，考慮到冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)阻尼和冷卻塔逆流冷卻所需要的噴射壓頭，實(shí)際冷卻循環(huán)水泵需要輸出揚(yáng)程應(yīng)小于0.25MPa，即冷卻循環(huán)水泵需要凈輸出揚(yáng)程為:H動(dòng)0.l0MPa，僅為其額定揚(yáng)程的30%，顯然，單從揚(yáng)程需求上看其可節(jié)約功率約為:Ph=83%。再?gòu)睦鋮s循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際需要流量的角度來(lái)分析，當(dāng)前冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)出水溫度為:28/31，其對(duì)應(yīng)溫差T13，與冷卻循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)

59、出水溫度參考值:30/35，其標(biāo)準(zhǔn)允許溫差T=5相比，實(shí)際溫差約為標(biāo)準(zhǔn)允許溫差的60%,同樣，但從流量需求角度，具有約為PQ=78%節(jié)約空間。綜合揚(yáng)程與流量的可節(jié)約空間，該冷卻循環(huán)水系統(tǒng)在該工況點(diǎn)下最大可獲得的節(jié)約率為(與其額定值相比)：Pmax=Umin(Ph,PQ)=Umin(83%,78%)=78%在此工況下工頻運(yùn)行實(shí)際消耗功率約為:P工實(shí)=70A/83APe=0.8418.5KW15.5（KW）即工頻狀態(tài)下消耗功率僅約為其額定功率的84%。那么，在該工況點(diǎn)下，實(shí)施變頻節(jié)能改造后可節(jié)約率約為(與工頻狀態(tài)相比)P節(jié)=1-0.22/0.8474%。假定冷卻循環(huán)水負(fù)荷時(shí)間變化服從均勻分布，對(duì)此

60、負(fù)荷分布線性函數(shù)求積分，那么，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造后平均節(jié)約功率約可達(dá)46%。5.2.2 控制系統(tǒng)軟件(run jin)功能與實(shí)現(xiàn)整個(gè)集成的控制系統(tǒng)軟件由兩個(gè)(lin )部分組成，即PLC軟件(run jin)和上位機(jī)軟件，在PLC軟件中分別對(duì)各個(gè)部分做了詳盡的控制編程設(shè)計(jì)，按不同控制對(duì)象和作用將各部分軟件的主要功能描述如下：圖5-2 控制系統(tǒng)(kn zh x tn)方案結(jié)構(gòu)圖1. 冷凍(lngdng)循環(huán)水部分冷凍循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行主要依據(jù)蒸發(fā)器的進(jìn)出水溫度差來(lái)決定流量的增加。在夏季供冷期間(qjin)，當(dāng)進(jìn)出水溫度差小于標(biāo)準(zhǔn)允許溫差值時(shí)，應(yīng)減小變頻器的輸出頻率，即時(shí)降低水泵的運(yùn)行速度減少流量，