变频器调速器在空调制冷机组水系统的节能应用.docx
《变频器调速器在空调制冷机组水系统的节能应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频器调速器在空调制冷机组水系统的节能应用.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
变频器调速器在空调制冷机组水系统的节能应用
变频器调速器在空调制冷机组水系统的节能应用
【摘要】:
空调制冷系统的能耗在制药企业中的电能消耗占很大比例，采取措施降低能耗，将给企业带来巨大的经济效益。
本文着重在空调制冷机组的运行中，利用变频调速器在冷却水泵和冷冻水泵进行节能的应用，阐述其方法及节能效果。
【关键词】:
变频调速、空调制冷、节能。
一、前言
国内外交流变频器调速技术发展异常迅速，它是集中电力电子技术、微电子技术、控制技术、控制技术于一体的高科技成果，是通过改变电动机的电源频率来改变交流电动机的速度，从而实现速度调节。
变频调速以体积小、重量轻、安装与操作方便、工艺先进、无极调速、节电效果显著、使用稳定可靠等优点深受广大用户的欢迎。
制冷空调设备中设备性能的提高对节约能源具有一定的成就，如果系统在运行中设备调节不当，不但不能发挥高性能设备的功效，而且会造成能源的浪费，在我厂就存在这样的现象。
采取措施降低能耗，将给企业带来较大的经济效益。
再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水锤现象，因此可大大延长电机、接触器及机械部件、轴承、阀门、管道的使用寿命。
在我厂车间全年均需由中央空调保持恒温，但冷水机只有在夏天较短的时间满负荷运行，其余时间特别在冬天和车间停产时，冷水机只在很低的负荷下运行，而冷却水泵和冷冻水泵却在满负荷运行，为适应冷水机负荷变化，使用调节阀门的方法调节水流量，但这种方法浪费了大量的电能，不能达到经济运行的目的。
水泵起动和停止时，会出现水锤现象，对管网造成较大的冲击，容易对机械零件、阀门、管道造成破坏。
采用交流变频调速运行，电机转速根据冷水机的制冷量减少而减少，管网造成的损耗减少，轴功率明显减少。
如果在冷却水泵和冷冻水泵上安装变频调速器，根据冷水机的负荷量自动调节泵的运行频率，可以解决水泵与冷水机组的匹配问题，将可以节约能耗。
二、冷水机、水泵的使用情况。
我公司是一间大型制药企业，对生产环境的温度要求较严格，室温要求在18‐26℃范围内。
采用集中式供洁净空调系统，空调用电量占全厂用电量的70℅。
该系统安装了三台冷水机，其中：
冷水机：
型号RCU150SY2E螺杆式压缩机：
3个机头
标准制冷量：
467KW电压：
380V3相
功率：
108.9KW电流：
190A
冷却水泵：
型号：
IS125-175-315配用电机型号：
Y180M-4
流量：
175m3/h额定功率：
18.5KW
扬程：
34M电压：
380V电流：
35.9A
冷冻水泵：
型号：
IS125-100-315配用电机型号：
Y160L-4
流量：
100m3/h额定功率：
15KW
扬程：
32M电压：
380V电流：
30.3A
制冷机由电子温控器控制，温感器感应冷冻水入水温度以操作螺杆压缩机之冷量控制电磁阀，以使每一压缩机之冷量控制分别为100%、50%，整机之冷量控制分别为100%、83%、67%、50%、33%、17%。
冷水机能根据负荷量自动调节制冷量，其运行已是节能运行。
在使用变频调速器前，操作工根据车间用冷量，人工操作开启冷水机的台数。
依靠人工调节冷却水和冷冻水阀门的开启度来控制水流量，这样会造成：
不论制冷机的制冷量大小，冷却水泵冷冻水泵都在满负荷运转，虽然通过阀门调节水流量，在一定程度上可以减少水泵电机的负荷，但是，冷却水泵和冷冻水泵电机加的电压不变，电机仍然在额定电压，额定转速下运行，没有做功的电能白白浪费；有时操作人员不根据制冷量进行水流量调节，使水流量或多或少，对制冷机组的性能造成很大的影响。
三、节能原理分析
1、泵的特性分析与节能原理：
泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q,扬程H及泵的轴功率P的关系如下式所示：
n2
n1
图1泵的杨程/流量曲线
曲线2为泵在转速n1下的扬程-流量;
曲线4为泵在转速n2下的扬程-流量;
曲线1为阀门正常时的管阻特性;
曲线3为阀门关小时的管阻特性.
如图1，曲线2、4分别为水泵在不同转速n1与n2时所提供的流量与扬程的关系曲线，曲线1、3分别为管阻特性曲线。
泵在转速n1时，其流量-扬程曲线2与管阻曲线1交于A点，此时，轴功率P1与面积AHAOQA成正比。
当调节管路的阀门使流量从QA减少到QB时，管阻特性从曲线1变到曲线3，泵的工作点从A点变到新工作点B（曲线2与曲线3交点）。
此时，泵的扬程增加，轴功率P2与面积BHBOQB，轴功率变化不大。
如采用变频调速器改变泵的转速以调节水流量，当速度由n1降到n2时，在同样流量QB的情况下，泵的扬程降到HC，轴功P3与面积CHCOQB成正比，轴功率P3和P1、P2相比较，将显著减少。
可见，采用变频调速器调节流量，其轴功率远小于阀门节流的功率消耗。
水泵的流量、扬程、轴功率和转速间的关系如下：
式中：
n1，n2――电机转速；
G1，G2――水流量；
H1，H2――水泵扬程；
N1，N2――水泵轴功率；
由上可见，风机、水泵类负载，轴功率与转速成立方关系，当风机、水泵转速下降到1/2时，流量下降到1/2，扬程下降到1/4，轴功率下降到1/8。
当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少，消耗的功率也大大下降。
也就是水泵的节能调速原理。
2、根据异步电动机原理
n=60f/p（1-s）
式中：
n:
转速 f:
频率 p:
电机磁极对数 s:
转差率
由式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。
在以上调速方法中，变频调速性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。
因此改变频率而改变转速的方法最方便有效。
四、改造方案
我公司冷水机组冷凝器、蒸发器进口、出口水温差以5‐6℃为宜，压差以0.06‐0.07MPa针对前述系统存在耗能的缺点，以及对节能的可行性分析，运用变频器调节冷却水泵和冷冻水泵的转速，可以带到满意的节能效果。
当要进行开环运行控制，只要在变频器上由人工根据冷水机的负荷进行给定频率的调节，即可改变电机的转速，达到改变水泵的流量和压力的目的。
当要实现闭环运行控制，只要在冷凝器和蒸发器出入口各安装一个SWB一体化温度传感器，将检测到的水温信号，经温度显示仪表计算温差，输出4-20mA信号作为变频器的发馈信号，经变频器内部PID运算后，输出调速频率，对水泵电机进行自动调节转速，这样，无论冷水机的负荷大或小，冷却水和冷冻水的流量总能保持水温
差在5‐6℃附近变化，而不需人工调节。
系统图见图2：
图2恒温差变频调速水系统
在实际改造中，选用的部件有：
1、SIEMENS（西门子）变频器ECO1-1850/3、ECO1-1500/3各1台。
2、天津中环仪表厂温度探头、变送器SWB-Pt1004套。
3、福建百特仪表、温度数显仪表XME502262台。
电路原理图见图3：
图3-电路原理图
参数设置：
除下列参数外，所有参数都保持工厂设置：
P006=1选择频率给定值来源
P007=0从端子选择运行/停止
P012=20最小速度＝20HZ
P021=25最小模拟量频率
P022=50最大模拟量频率
P201=1PID控制许可
P202=1PID比例增益
P203=0P205=10PID积分增益
P220=1最小速度下的关断输出
P211=20P212=100选择4-20mA的模拟输入设定点。
五、使用效果
1号冷水机组进行上述改造后，运行良好。
为进一步证实该系统的节电效果，我们在现场进行了监测工作，以检验改造后的节电量和经济效益。
下表是测试数据：
冷却水泵运行数据表
上表对冷却水泵在改造前后，运行于冷水机组不同负荷量下检测的数据。
冷冻水泵的运行数据与上表类似，由上表对比，证实变频调速在冷水机组水系统上的应用是可行的，具有下列优点：
1、实现闭环自动调整，无需人工调节阀门，免去繁复的监控工作。
2、节能效果显著，达到水泵用电量的21‐76%以上，冷水机制冷量越小，节能效果越显著。
3、ECO变频器具有过电流、过电压、过载欠电压、过热等保护功能。
4、延长设备的使用寿命，实行软启动，没有冲击电流，减少对电动机、水泵的机械冲击，延长了使用寿命。
5、整机的运行噪音改善明显：
由于原电机均处于工频运行，噪音明显，达到80dB左右，但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40Hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于70dB,在低速运行时基本上听不到噪音，达到65dB以下，大大改善了现场的噪音污染。
六、结论
变频调速技术在制冷机组上的应用是成功的，节能显著，保证了空调系统的稳定性和可靠性，提高了设备的自动化水平，对企业有较大的实用价值，它在空调制冷系统中必定有广阔的应用前景。
参考文献：
（1）、《MICROMASTERECO&MIDIMASTERECO操作手册》
（2）、《通用变频器及其应用》韩安荣著
（3）、《空调设备与节能系统控制》廖传善著
升级会员 