变频器在暖通空调上的应用

变频器在暖通空调上的应用

刘建州

中国电子系统工程第四建设有限公司，河北 石家庄 050000

摘要：现在空调行业发展迅速，特别是在中国，已进入工业化进程中，空调行业已成为一个经济高速发展的产业，对能源的需求和压力也随之增大，目前国内已有30多个省市地区正在使用并在不断增加中。在中国节能建筑中，中央空调系统占相当大的比例。中央空调系统分为中央空调机组和分散的冷热水机组两大类。集中式中央空调机组一般由两台机组组成一组，两组机组分别承担一个房间内的制冷和制热任务，并以冷热泵方式输送冷气。分散式中央空调机组则由多台机组组成。分散式空调机组中常用的空调设备有中央空调机组与分体式空调机组两种。分体式空调机组一般由风机和压缩机两大类组成。

关键词：变频器；暖通空调；应用

前言

变频器主要由电源模块、中间继电器、输入输出控制模块组成。

图 1  空调变频器

在空调系统中通常有四种不同的电机，分别负责控制制冷和制热设备。对于变频调速，不同的变频器其性能及工作方式都不一样。变频调速是实现空调系统调速方式中较为理想的一种方式。它通过对电网频率波动敏感，将电网波动进行实时采样后形成波形变化（例如频率变化）并将波形自动反馈给中央调速机以实现变频调速装置与变频器之间的通信。

一、提高制冷效果

对制冷空调系统来说，控制的目的是通过调节压缩机的转速来调节制冷系统的温度。空调制冷时，压缩机转速越快，其蒸发温度越低；反之也会降低蒸发器的温度。

图 2 分体式空调

因此，变频空调能克服这个矛盾。在使用变频空调时，如果用定频空调，其制冷量一般是提高到所需温度以下，但此时压缩机转速较低，会增加能源损失和耗电。另外，由于使用变频空调时压缩机转速较低，会使空调室内机运转阻力增大，空调制冷功率。因此变频空调也就是将恒定度控制到较高限度以实现高效节能。由于压缩机转速高于设定值时（变频空调设定值）压缩机启动电流就会增大；变频空调即使长期不停机制冷也能保证室内机一直处于较高速度（空调负荷越大）运行状态下压缩机不停机制冷的效果不会下降或降低；但变频空调由于使用了电流驱动方式，可实现连续制冷的作用；变频空调可以实现频繁制冷运行的目的（这对压缩机来说就要求变频器）；同时由于无级变速可满足空调负荷范围内的制冷运行要求以提高空调在长时间运行安全的保证措施。

二、降低运行成本

(1)能耗降低：运行成本的降低取决于用电设备的技术经济性能，即能源利用效率。例如，如果采用电动机空调器，用电功率是运行一台空调器所消耗的电力资源的一半，这意味着节约运行成本约占总用电成本的三分之一。(2)节能效果：使用变频空调器后，压缩机运行成本是空调器与电动机组合起来使用时最大的成本节约点。变频空调器使用电动机与空调系统串联使用，可以节约电能约占空调用电成本20%-30%。(3)运行成本：变频空调器能自动调节温度、湿度等参数，实现环境温度舒适、制热速度平稳、噪音低、无污染、噪音值低等优点；而且能根据空调系统所需温度高低自动调节功率；可根据需求调节风速、蒸发量、风机转速以及制冷剂用量等自动调整空调机组运行参数等运行指标。节能效果明显。(4)维修和保养成本：空调系统运行中出现空调故障时需要维修和及时保养才能保证正常服务运行需求，但变频空调器完全可以避免这些问题并将产生的费用降到最低。

三、提高能源利用率

如果把空调比作一辆汽车，那么变频系统就是一辆驱动发动机的汽车。它可以将电机转速调整到接近发动机转速的位置，从而可以提高燃油的利用率。在制冷时不需要打开水泵使空调器运行，从而节省了能源，减少了对环境的污染。同时变频系统也可以减少空调所需的水泵电流容量；这样就能够在一定程度上节约电能，节能减排。然而，随着新能源汽车的不断发展和推广，目前很多城市都开始使用混合动力汽车或者纯电动汽车；这类车辆往往具有体积小、重量轻、耗能低、动力强劲等特点。并且还具有排放低、噪音小并且能够与混合动力汽车、纯电动汽车等兼容等优点。因此采用混合动力车技术就成为了一种发展趋势。与纯电动汽车相比，混合动力汽车使用更多的是电能质量控制装置中所用电机技术和电力电子技术所获得的新一代技术，节能效果明显且十分明显（与纯电动汽车相比）同时也为纯电动汽车增添了一些新活力和可玩性。如电机运行状态实时监控、电能质量自动控制及电池电量监控等功能可以使纯电动汽车真正实现纯电动行驶、充电功能和行驶功能，为纯电动汽车注入了生机和活力。同时也为纯电动汽车提供了一个安全稳定、高效节能并可持续发展的新能源交通。而在空调系统中更是如此，从而提高了资源的利用率并节约了大量电力能源浪费，提高人类对环境污染重要性认识水平。

四、提高产品质量

传统电机在低电压、低电流情况下，容易产生过热，对电机造成严重损坏。一般电控设备对过电流和过冲所引起的问题进行了限制，采用软启动技术，电机功率因数接近于0.5左右，具有很高的保护能力。同时，采用变频器，避免了电机在低电压、低电流的情况下所产生的过冲保护，从而提高了产品质量。对于变频空调设备而言，其应用领域较广，既可以是中央空调系统也可以是分体式空调系统以及民用空调系统。但是由于变频空调设备结构复杂、安装和维护成本较高以及没有专业培训等原因，很多设备都是不能被广泛应用。而变频空调则有多种形式在空调上使用。传统空调可采用电控控制元件通过变频器来进行控制。此外变频空调还可采用RS485通讯接口实现与其它控制单元之间的信息传递和控制。应用变频器时可以根据需要设置参数实现不同规格风机、水泵和压缩机电动机在不同转速时不停机运行（例如变频风机在50 Hz时自动停机），也可以通过变频器自身设置参数并实现对风机转速和流量等参数调节输出功率因数进行自动控制、定时等功能。同时，还可通过变频器内部控制器件实现变频器和电动机控制器之间通信和控制等功能。

五、提高产品使用寿命

由于负载不平衡，造成过流、欠压、超温、缺相和接触不良等故障的频繁发生。特别是对一些低压设备，这种故障更为常见。对此，可以通过对变频器和控制系统电路的严格设计实现防止这些故障的发生。例如采用全集成的高压电源盒，可通过软件或者硬件使变频器工作在无电压源状态下。这种方法由于具有无电压源工作的特性，可以在很大程度上降低变频器维修成本和维保费用。此外，还有一种情况，由于变频器本身的存在或环境潮湿或其他原因可能导致使用寿命降低，这种维修方法就是将部分不需要的部件（如冷凝器）拆下更换。这种方式可以有效地避免出现这些问题，从而大大延长了寿命。另外还有一种情况，在电机绝缘损坏时，不能通过对其本身进行加热、焊接等措施来防止产生新的问题。可以说这类问题是电气故障的一个重要原因之一。

结语

通过对变频器特性分析，可以明确变频器在暖通工程运用时，存在一个合理变频区域。只有深刻地认知这些特性，才能更好地指导变频器在暖通空调系统中应用，从而更合理地发挥变频器在暖通空调系统中节能效果。实际工程应用中也应注意暖通设备变频与设备运行台数统一考虑，在整个系统安全、稳定的运行基础上，实现暖通系统达到更节能的目的。

参考文献

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