1、變頻器原理介紹

    變頻器是利用電力半導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換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、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、變頻器技術規(guī)范

 

（1）電機及風機的轉速高，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,設備使用壽命低；

（4）電氣保護特性差，當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備等。

（5）設備在全電壓啟動、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。

    對于中央空調水泵系統(tǒng)來說，由于交流電動機自身沒有功耗調節(jié)裝置，不能象中央空調主機一樣自動調節(jié)輸入輸出功率，當系統(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）。

    變頻調速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、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速的目的。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風機、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，使風機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機、泵類所需的功率增大了。這種調節(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-代表電機在額定轉速運行時的特性；

n2-代表電機降速運行在n2轉速時的特性；

R1-代表風機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；

R2-代表風機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。

    若采用變頻調速，風機轉速由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，這時變頻調速后風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。假設將水泵轉速降低10%（輸出頻率45HZ時），則功率P2=（0.9）³*P1=0.729P1,節(jié)電27.1%。假設將水泵轉速降低20%（輸出頻率40HZ時）則功率P2=（0.8）³*P1=0.512*P1，節(jié)電48.8%。由于功率與轉速成三次方的關系，因此，轉速變化越大，功率的消耗將呈幾何級數(shù)減少。

    由于中央空調系統(tǒng)中設備的設計和選用是根據(jù)空調系統(tǒng)在外部環(huán)境、溫度條件最差，設備的各支路負荷最大，再加上一定的設計余量來確定的，但實際使用中，絕大多數(shù)時間空調系統(tǒng)是在非滿負荷狀態(tài)下運行，這樣空調系統(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)。

     系統(tǒng)節(jié)電運行時，按中央空調平均夏季一年運行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

    設備安裝調試驗收后，節(jié)電效果達到35%以上，首付設備總額的60%，設備運行三個月再付35%，余款5%質保金滿半年付清。

 (1)、采用變頻器控制電機的轉速，取消擋板調節(jié)，降低了設備的故障 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，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設備維護、維修費用，另外當采用變頻調速時，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。