杭州市公安局空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案

1、變頻器原理介紹

變頻器是利用電力半導(dǎo)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(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。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(gè)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(chǔ)能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機(jī)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(shù)規(guī)范

（1）電機(jī)及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強(qiáng)度重，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；

（2）電氣控制直接起動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)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(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；

（4）電氣保護(hù)特性差，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備等。

（5）設(shè)備在全電壓?jiǎn)?dòng)、運(yùn)行、停止的過程中，由于無法進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘、機(jī)械噪音增加、震動(dòng)加劇等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都具有極大的破壞性，會(huì)引起管道破裂或癟塌、損壞閥門。

對(duì)于中央空調(diào)水泵系統(tǒng)來說，由于交流電動(dòng)機(jī)自身沒有功耗調(diào)節(jié)裝置，不能象中央空調(diào)主機(jī)一樣自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入輸出功率，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷下降以后，循環(huán)水泵系統(tǒng)仍不得不以最大浪費(fèi)的現(xiàn)象。如果安裝變頻器以后就能根據(jù)實(shí)際負(fù)荷量的大小，動(dòng)態(tài)地自動(dòng)調(diào)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(dá)25%-60%左右）。

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風(fēng)機(jī)、泵類在管路特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)、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(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)、泵類的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，壓力增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)、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(fēng)機(jī)、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。

n1-代表電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性；

n2-代表電機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；

R1-代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力最小時(shí)的阻力特性；

R2-代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)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(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低10%（輸出頻率45HZ時(shí)），則功率P2=（0.9）³*P1=0.729P1,節(jié)電27.1%。假設(shè)將水泵轉(zhuǎn)速降低20%（輸出頻率40HZ時(shí)）則功率P2=（0.8）³*P1=0.512*P1，節(jié)電48.8%。由于功率與轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)速變化越大，功率的消耗將呈幾何級(jí)數(shù)減少。

由于中央空調(diào)系統(tǒng)中設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用是根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)在外部環(huán)境、溫度條件最差，設(shè)備的各支路負(fù)荷最大，再加上一定的設(shè)計(jì)余量來確定的，但實(shí)際使用中，絕大多數(shù)時(shí)間空調(diào)系統(tǒng)是在非滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，這樣空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作于低效率狀態(tài)，造成很大的能源浪費(fèi)，因此，具有極大的節(jié)能潛力。
控制方案：（電路圖見附圖）
選用一套CDI9100-G037T4德力西變頻柜（一拖三）可“工頻——變頻”切換控制三臺(tái)37KW冷卻水循環(huán)水泵、一套CDI9100-G045T4德力西變頻柜（一拖三）可“工頻——變頻”切換控制三臺(tái)45KW冷媒水循環(huán)水泵和一套CDI9100-G15T4德力西變頻柜（一拖三）可“工頻——變頻”切換控制三臺(tái)15KW采暖水泵的運(yùn)行，在水泵循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)自動(dòng)監(jiān)控空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷狀況，使系統(tǒng)在滿足負(fù)荷要求的前提下運(yùn)行在節(jié)能狀態(tài)。

五、元器件清單



七、采用變頻器控制的優(yōu)點(diǎn)
(1)、采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障 率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽 命，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)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(shí)踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，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(jì)效益十分明顯。

附一：電氣圖