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變頻調速技術及其在空調系統中的應用

2020-07-17

理論與實踐證明,在空調系統中采用變頻技術具有顯著節能的效果。本文通過查閱大量的參考文獻,并結合作者實際的工作經驗,對變頻調速技術的控制原理及其在空調系統中的應用進行了深入的研究。首先闡述了空調變頻技術的基本控制原理,并重點介紹了“交-直-交”變頻器結構原理;其次重點分析了變頻空調的優點,比如能夠節省電能,電壓適應性比較好以及制冷速度較快,舒適性較好等優點;最后作者對變頻空調的控制系統及變頻調速器的自動控制原理進行了探討。


隨著經濟社會的不斷發展,全球變暖應成為各個國家需要面對的環境問題,這就導致了人們對空氣的需求量越來越大。在能源日益緊張的今天,如何降低空調系統在使用過程中的能源消耗就成為空調設計的一個重要問題。最近幾年比較流行的空調變頻技術在空調控制系統的中的應用就是空調節能減排的一種重要手段。本文主要研究了變頻調速技術以及相關節能原理,闡述該項技術在中央空調系統中的應用。


1、空調風系統的變頻技術


顧名思義變頻系統的核心部件就是變頻器,所謂的變頻器是將將電網所提供的工頻交流電轉變為交流電機變頻調速用的電壓可變、頻率可變的交流電的交流裝置,在變頻調速系統中經常使用的“交-直-交”變頻器。


“交-直-交”變頻器結構原理圖主要包括以下四個部分:1)整流器:這個器件的組要作用就是將直流電轉換為交流電。通常整流器主要分為兩類,一類為采用硅整流元件組成的不可控整流器,另外一類就是使用晶閘管元件構成的可以控制的整流器。2)中間直流環節:這個部分的主要目的就是為了保證逆變電路和控制電路能夠獲得更好的交流電源。3)逆變器:逆變器的主要作用就是把直流電轉換為頻率以及電壓可以調節的交流裝置。逆變器是變頻調速器的核心部件,目前使用的功率元件主要有普通的晶閘管、大功率晶體管以及功率場效應管。4)控制電路:根據空調的變頻調速的不同控制方式產生相應的控制指令,控制功率逆變器中各種功率元件的工作狀態,目的是為了使逆變器能夠輸出預定的功率和電壓。


2、變頻空調的優點


針對空調變頻系統的控制結構和特點,在加上電子技術和計算機控制技術的廣泛發展,變頻器在空調中的應用日益廣泛起來。變頻技術的出現使得空調能夠達到所設計的控制要求,同時也能夠達到節約能源的效果。與普通空調相比,在空調控制系統中采用變頻技術具有以下幾個方面的優點:


(1)采用變頻技術的空調能夠節省電能,電壓適應性比較好。空調壓縮機在開始運行的過程中采用低頻啟動的方式進行啟動,從而使得啟動電流的降低以及功率消耗的降低。空氣壓縮機在快速啟動以后,很快由低頻轉變為高頻狀態,在很短的時間內達到所設定的溫度。此后壓縮機在低頻狀態下長時間工作,以保證室內溫度。


(2)變頻空調的制冷速度較快,舒適性較好。空調機組在經過低頻啟動后快速進入高速運轉,轉速可以達到正常轉速的2-3倍,所以與定速空調相比,變頻空調能夠很快的達到設定的溫度。當室內的溫度達到所設定的溫度是,可以通過調節壓縮機的轉速來調節室溫。


(3)除霜速度較快,能夠實現超低溫制熱。在溫度較低的環境下,普通空調的除霜需要停機15分鐘左右,在這個時間段室內停止供熱。但是對于變頻空調而言,由于采用了微處理器來控制電子膨脹閥,在除霜的過程中電子膨脹閥全部打開,空氣壓縮機高速運轉,利用壓縮機的余熱來進行除霜。其次,當室外的溫度低于零度時,一般的空調的制熱能力大幅度下降。


3、變頻空調的控制系統及變頻調速器的自動控制


變頻空調的控制電路部分主要分為室內和室外兩個部分 。


變頻空調的室內控制系統主要是完成對紅外信號遙控的接受,并根據所設定的空調運行狀態進行功率和頻率的切換,調節室內的空氣風速以及壓縮機的轉速,從而達到溫度設定的要求。在收到信號以后,根據抹灰算法得到目前最 佳的運行狀態,然后通過串行通信與室外的機組進行交換信息,實現了對壓縮機運行狀態的控制。


室外的部分主要功能就是根據紅外信號進行對壓縮機以及變頻控制方式以及風速的調節。在完成變速調節的同時,還可以利用壓縮機產生的余熱進行對空調風機的除霜。


空調的變頻調速器可以通過手動控制,也可以進行手動控制。通常自動控制的信號主要是40-20mA的弱電流信號或者是0-5V的弱電壓信號。流量儀表的氣動信號經過氣電傳感器的轉換,轉換成4-20mA的電流信號。由變頻調速器的控制端進而來控制電動機的轉速以改變流量。圖中的氣電轉換器、三通氣開關以及氣動調節閥都可以省去,從而使得變頻調速器的控制系統大為精簡。另外一個方面,對氣流量的控制精度比以往的啟動調節閥的控制精度要高很多。根據使用要求的不同,變頻調速器同樣也可以采用溫度控制、壓力控制和各種信號的綜合控制。


4、小結


本文通過查閱大量的參考文獻,并結合作者實際的工作經驗,對變頻調速技術的控制原理及其在空調系統中的應用進行了深入的研究。首先闡述了空調變頻技術的基本控制原理,并重點介紹了“交-直-交”變頻器結構原理;其次重點分析了變頻空調的優點,比如能夠節省電能,電壓適應性比較好以及制冷速度較快,舒適性較好等優點;最后作者對變頻空調的控制系統及變頻調速器的自動控制原理進行了探討。


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