探析变频器在暖通空调系统中的应用

探析变频器在暖通空调系统中的应用

李国龙

李国龙（河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂河南473000）

摘要：本文通过分析变频器应用于暖通空调系统时的容量确定、工作环境、频率下限等问题，提出实际运行时的注意事项和保障措施，为变频器在暖通空调系统的应用提供了一定的参考和借鉴，使变频器更安全可靠地实现节能降耗的目的。

关键词：变频器；暖通空调；应用

引言随着经济的快速发展,城市化进程的加快和人民生活质量的改善,建筑能耗不断增加,在建筑的总能耗中,用于采暖、通风和空调的能量占有很大的比重,甚至在发达国家暖通空调能耗占建筑能耗的65%[1]。

近年来由于变频调速控制技术的日趋成熟，暖通空调系统变水量、变风量节能运行措施[2]也得以应用推广，通过变频器改变泵和风机的转速、调节系统流量，从而在满足各用户要求的前提下达到节能降耗的目的。

一、变频器的容量确定1、电动机容量主要是根据发热状况决定的，一般情况，电动机是允许短时间（几分钟或十几分钟）过载的，而大多数变频器的过载能力为：150%，1min（指变频器变频后输出功率的最大值是输入功率的1.5倍时只能维持1min）。对于风机水泵类变频器，其过载能力更低，为120%，1min。在空调水系统中，由于流量的变化，电机有时会出现短时间过载的情况。

2、当变频器长电缆运行时，可能会出现长电缆的对地耦合，导致变频器出力不足。此时，变频器容量应该放大一档或在其输出端安装输出电抗器。而且还需要采取一些相应的措施来提高设备的可靠性，如增大始端电压等。且变频器与电机之间的距离应该尽量短。

3、当变频器应用在高温、高海拔、高开关频率等特殊场合时，变频器容量会有所下降，为保证其正常运行，应将变频器容量放大一档。

4、变频器在控制绕线型异步电机时由于绕线型异步电机绕阻阻抗小，容易发生由于谐波电流而引起的过流现象，因此选择变频器时应将其容量放大一档。

二、变频器的工作环境要求1、变频器的内部有大功率电子元件，很容易受工作温度的影响，一般电子产品的工作温度要求为0℃-55℃。但为保证安全、可靠，最好将温度控制在40℃以下。

2、当温度过高、温度变化过大或周围环境潮湿时，变频器内部容易结露，可能引发短路事故，因此必要时应在控制箱中设置干燥剂和加热器。一般变频器要求工作环境的相对湿度大致在40%-90%[2]。

三、变频器频率下限的确定1、风机类变频器从特性或工作状况来说，风机类变频器对下限频率没有要求。但是频率过低时，风机转速太低，风量太小，大多无实际意义。所以一般将风机类变频器的下限频率预置到20Hz以上。

2、水泵类变频器在中央空调系统中，对于冷冻水泵变频器，应在保证最末端设备冷冻水流量供给的情况下，确定该变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定；同样，对于冷却水泵变频器，应在保证冷却塔水流量满足使用要求的情况下，确定该变频器工作的最小工作频率，将其设定为下限频率并锁定。

因泵类负载为平方转矩特性，上限频率一般为50Hz，频率下限则主要取决于系统恒压点的压力值以及泵类的工作特性。变频器在低频下运行时输出的高次谐波比例加大，水泵效率降低，将导致水泵和电机升温过热。在调节器的软件设计中，规定了下限频率的运行时间，一般为几分钟，超过规定的运行时间，自动停泵。既节约了电能，又保护了电机水泵故障的发生，从而延长了使用寿命。

在暖通空调系统中，水泵类变频器的频率下限与冷水机组、空气处理设备、冷冻水泵和管道系统有关。本文着重于冷冻水泵变频器的频率下限。根据调查，工程中的变频冷冻水泵的频率大多在35Hz-50Hz之间，有的下限频率为32Hz。根据ASHRAE协会的有关规定，空调变流量冷冻水系统必须能在50%-100%范围内运行，相应的冷冻水泵运转频率至少可以下降到25Hz。如果频率下限设定为35Hz，则流量只能在70%-100%范围内变化，制约了变频冷冻水泵节能潜力的发挥。所以在满足系统要求，保证系统安全的前提下可以尽量降低变频器的频率下限，使其节能潜力能够更好地发挥。由于在一次泵系统中，冷冻水泵变频的频率下限的影响因素主要有冷水机组、空气处理设备、冷冻水泵和管道系统，所以冷冻水泵变频器的频率下限的确定步骤如下：2.1分析得出冷水机组、空气处理装置等各自所要求的最小流量，取其中的最大值作为系统允许的最小流量Qmin。

2.2考虑实际管网特性曲线，分析泵的变频调速工况，由最小流量Qmin与系统在设计负荷时的流量Q0，在管网与冷冻水泵运行工况图中找到最小流量Qmin工况点Mmin对应的泵的最小转速nmin2.3把nmin带入到交流电动机的同步转速表达式：n=60f(1-s)/p其中：n为异步电动机的转速；f为异步电动机的频率；s为电动机转差率；p为电动机极对数。求出对应转速下的频率f‘min。

2.4将此最小频率f‘min与ASHRAE协会中规定的25Hz相比较，当f‘min<25Hz时，最小转速fmin=25Hz；当f‘min>25Hz时，最小转速fmin=f‘min。

四、变频器运行保障措施1、针对水系统的运行保障措施变频器应用于水系统的泵类负载时，在实际运行中泵类负载有时会发生喘振、憋压、水锤效应等。因此选择变频器时，应选择与泵类匹配的变频器，而且要针对上述情况对变频器进行单独的功能设定。

1.1对于喘振现象，应该判定易发生喘振的频率点，设定跳跃频率点和宽度以避免系统出现喘振。

1.2对于憋压现象，泵类在低速运行时，系统憋压将导致流量为零，水泵有可能被烧坏。在变频器功能设定时，通过限定变频器的最低频率，限定泵流量的临界点处的系统最低转速，可避免憋压现象的发生。

1.3对于水锤效应，泵类负载在突然启停时，泵管道中的液体将由于惯性而倒流。当未安装逆止阀或逆止阀失灵时，电机会发生反转，出现电机发电现象，变频器发生故障报警，导致烧坏。在变频器系统设计时，应使变频器按减速曲线停止，在电机完全停止后再断开主电路电源，或者设定“断电减速停止”功能，这样可避免该现象的发生[3]。

2、针对电气方面的运行保障措施2.1若在变频器输出侧安装交流接触器（用于电力的开断和控制电路），在停止工作时应该先断开变频器再断开接触器，以免产生较大的冲击电流，导致变频器过流跳闸，甚至损坏变频器。

2.2变频器出线侧不能为了减少变频器输出电压的高次谐波而在其输出端并联电力电容器，否则极易造成变频器输出端的电流冲击。为减少谐波可串联电抗器，实际中可在变频器的输出端串联一个电感。

2.3变频器在使用时不适于额定电压值以外的电压。当在额定电压值以外的电压下使用时，需用变压器等把电压升高或降低到额定电压值[4]。

结束语综上所述，随着变频器技术的日益成熟，变频器将更广范地应用在暖通空调系统中，只有在系统设计、安装时统筹考虑，重视实际运行系统中出现的问题并及时解决,才能保证变频器在暖通空调系统节能运行中发挥最佳的效能。

参考文献：[1]邓振昌,浅谈暖通空调系统的节能减排存在的问题及措施.[J].经营管理者,2011,(15)：382[2]陈伟,卷烟厂空调系统控制技术.[J].节能,2006,(12)：48-50[3]毛承雄,李维波,陆继明,范澍.高压变频器共模电压仿真研究[J].中国电机工程学报,2003（09）：57-62.[4]李金金.变频器的维修及保养方法浅析[J].黑龙江科技信息,2014（23）：85.