变频器在中央空调水泵系统改造中的应用
目录
引言 1
一、变频器的概述 2
（一）变频器的发展 2
（二）变频器的类型与结构 2
（三）变频器的工作原理 3
二、中央空调的结构及系统能耗分析 3
（一）中央空调的系统结构 3
（二）空调系统的工作原理 4
（三）系统能耗成因分析 4
三、变频调速的原理及水泵系统工作过程 4
（一）变频调速原理 4
（二）水泵机组循环水系统的工作过程 5
四、中央空调水泵系统的控制改造过程 5
（一）水泵系统的变频节能改造方案 5
（二）变频器的选型、安装及故障查找 6
（三）电气设计控制方案 10
（四）水泵变频改造应注意的问题 15
总结 16
谢辞 17
参考文献 18
引言
中央空调在现代建筑的应用非常广泛，由于房地产的蓬勃发展以及工业化进程的加快，中央空调的应用需求日渐上升，在大型建筑物及工厂这些地方的应用非常多。目前，仍有许多地方在大量使用传统的中央空调，因为传统中央空调的设计都是按照最大负荷来设计的，没有考虑天气、地域的不同所带来的影响，因此，传统中央空调存在着很大的电能浪费。传统中央空调不会因为天气和负荷的变化而进行自我调节，从始至终都在全负荷下运行，通常都是在我国的工频50Hz下运转，耗电量巨大，即使采用节流阀也不能弥补电量的损耗。中央空调的耗电量在整个建筑物中占到了相当大的比例，据国内权威机构调查，这一比例大约为百分之五十五。根据研究表明，降低中央空调水泵的耗电量对中央空调的节能起到重大作用。由此，中央空调的节能控制系统被研发出来，这种系统可以根据负载及天气 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的变化随时调整水泵及电机的运转速度，从而降低功率，节能降耗，该系统一经推出就得到了广泛的推广及应用，其原理就是利用变频器来改变电机的运转频率，从而降低转速减小功率损耗。这项技术为中央空调的使用者带来了良好的经济效益。
一、变频器的概述
变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术的结合，它是通过改变电机工作电源的频率 来控制交流电动机转速的一种电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元组成。变频器依靠内部IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的开断来调整其输出电源的电压和频率，并根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到调速和节能的目的。
（一）变频器的发展
上个世纪80年代，欧美等发达国家最先研制出变频器并迅速投入市场，这对高耗能的电机来说可谓是巨大的技术变革。变频技术的迅速发展使得工业化进程加快，世界日趋全球化，变频器在历经二十年的发展之后，终于在二十一世纪在我国出现了国产变频器，但是相比于欧美国家的变频器，国产变频器尤其显得有些滞后，但这并不影响变频器在我国的快速发展。国人依靠顽强的学习和钻研精神，在经过十多年的发展，国产变频器也在市场上有着一定的市场占有率，并为许多中小企业提供了极大的经济效益。
目前，通用变频器的品牌很多，欧美发达国家的品牌有施耐德、ABB、西门子、三菱等几十个品牌，国产的品牌有英威腾、汇川、森兰等十几个品牌。这些品牌都有各自的优势，欧美国家的功能强大，但是对于国内用户来说不易于操作，国产的变频器功能虽然简单，但是易于国内用户操作，而且价格低，其优势也非常巨大。
（二）变频器的类型与结构
1.变频器的类型
变频器种类繁多，有多种分类方法，按照它的工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照主电路的工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；在变频器修理中，按照其用途分类，可以将其分为通用变频器、高频变频器、单相变频器、三相变频器和高性能专用变频器等。
2.变频器的结构
如图1-1所示，变频器由整流电路、直流中间电路、逆变器和控制器这四个部分所组成。下面就这四个部分的作用进行简单介绍：
（1）整流电路
?将电网中单相或三相交流电转化成直流电。?
（2）中间电路?
1）使不稳定的直流电压变得相对平滑或稳定，提供给逆变器使用。
2) 通过开关电源为变频器的各个控制线路供电。
（3）逆变器
逆变器从字面上理解就是将电路逆变，即将直流电压再转换成为交流电压并且这个电压是可变频率的。?
（4）控制电路??
控制电路的主要组成部分是：输出驱动电路和操作控制电路。控制电路主要起到监控的作用，它也可以得到整流器、中间电路以及逆变器的信号反馈，并且对它们进行时时的控制。其功能为：
1)提供用以操作变频器的所有控制信号。
2)密切监视变频器相应的工作状态，并提供保护功能。
3)使用相应的信号来开启或关闭逆变器的半导体元件。
图1-1 变频器的结构
（三）变频器的工作原理
变频器的工作原理就是把固定频率的电源变换成所需要的可变频率的交流电源并供给电机使用的一种设备。在变频器中，整流器将电路中的单相或者三相交流电转换成非稳定的直流电，中间电路将前面整流电路非稳定直流电进行平滑滤波，逆变器是将直流电再逆变成为交流电，控制电路则对整流器、中间电路和逆变器进行监控，同时也对主电路进控制。
二、中央空调的结构及系统能耗分析
（一）中央空调的系统结构
如图2-1所示，中央空调系统主要由制冷压缩机系统、冷却循环水系统、冷冻和冷热循环水系统、风机盘管系统、冷却塔风机系统等构成。
图2-1 系统构成
（二）空调系统的工作原理
1.制热过程
中央空调的制热是利用气体液化放热的原理来设计的，通常使用的制热液体是氟利昂。压缩机将低温低压气体吸入，然后将其压缩成高压高温气体，高压高温气体在经过换热器的时候，遇冷将热量传递给换热器中的热水，热水的温度通常可以达到50摄氏度左右，同时高压高温气体液化成液体，然后继续进入到蒸发器，此时，换热器中的热水被水泵及管网运送到各个房间的管网末端，房间中的风机盘管将空气与水管中的热水进行热交换，将热量源源不断地吹向房间中，从而实现制热。
?式中：f为电源频率；s为滑差率；p为极对数；n为电机的转速。
?变频器是通过改变电机频率而达到无级调速的目的?。变频调速对于水泵供水来说，就是通过压力变送器检测管网水压，并将水压信号转化为电流信号，反馈给变频器内单片机，然后单片机会根据水压情况调整水泵电机的输入频率，从而改变水泵的转速。例如，在低峰供水时，为了达到节能的目的，就让水泵减速运行，从而使水泵的输入功率减少。这就是变频调速的基本原理。
引言 1
一、变频器的概述 2
（一）变频器的发展 2
（二）变频器的类型与结构 2
（三）变频器的工作原理 3
二、中央空调的结构及系统能耗分析 3
（一）中央空调的系统结构 3
（二）空调系统的工作原理 4
（三）系统能耗成因分析 4
三、变频调速的原理及水泵系统工作过程 4
（一）变频调速原理 4
（二）水泵机组循环水系统的工作过程 5
四、中央空调水泵系统的控制改造过程 5
（一）水泵系统的变频节能改造方案 5
（二）变频器的选型、安装及故障查找 6
（三）电气设计控制方案 10
（四）水泵变频改造应注意的问题 15
总结 16
谢辞 17
参考文献 18
引言
中央空调在现代建筑的应用非常广泛，由于房地产的蓬勃发展以及工业化进程的加快，中央空调的应用需求日渐上升，在大型建筑物及工厂这些地方的应用非常多。目前，仍有许多地方在大量使用传统的中央空调，因为传统中央空调的设计都是按照最大负荷来设计的，没有考虑天气、地域的不同所带来的影响，因此，传统中央空调存在着很大的电能浪费。传统中央空调不会因为天气和负荷的变化而进行自我调节，从始至终都在全负荷下运行，通常都是在我国的工频50Hz下运转，耗电量巨大，即使采用节流阀也不能弥补电量的损耗。中央空调的耗电量在整个建筑物中占到了相当大的比例，据国内权威机构调查，这一比例大约为百分之五十五。根据研究表明，降低中央空调水泵的耗电量对中央空调的节能起到重大作用。由此，中央空调的节能控制系统被研发出来，这种系统可以根据负载及天气 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的变化随时调整水泵及电机的运转速度，从而降低功率，节能降耗，该系统一经推出就得到了广泛的推广及应用，其原理就是利用变频器来改变电机的运转频率，从而降低转速减小功率损耗。这项技术为中央空调的使用者带来了良好的经济效益。
一、变频器的概述
变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术的结合，它是通过改变电机
（一）变频器的发展
上个世纪80年代，欧美等发达国家最先研制出变频器并迅速投入市场，这对高耗能的电机来说可谓是巨大的技术变革。变频技术的迅速发展使得工业化进程加快，世界日趋全球化，变频器在历经二十年的发展之后，终于在二十一世纪在我国出现了国产变频器，但是相比于欧美国家的变频器，国产变频器尤其显得有些滞后，但这并不影响变频器在我国的快速发展。国人依靠顽强的学习和钻研精神，在经过十多年的发展，国产变频器也在市场上有着一定的市场占有率，并为许多中小企业提供了极大的经济效益。
目前，通用变频器的品牌很多，欧美发达国家的品牌有施耐德、ABB、西门子、三菱等几十个品牌，国产的品牌有英威腾、汇川、森兰等十几个品牌。这些品牌都有各自的优势，欧美国家的功能强大，但是对于国内用户来说不易于操作，国产的变频器功能虽然简单，但是易于国内用户操作，而且价格低，其优势也非常巨大。
（二）变频器的类型与结构
1.变频器的类型
变频器种类繁多，有多种分类方法，按照它的工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照主电路的工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；在变频器修理中，按照其用途分类，可以将其分为通用变频器、高频变频器、单相变频器、三相变频器和高性能专用变频器等。
2.变频器的结构
如图1-1所示，变频器由整流电路、直流中间电路、逆变器
（1）整流电路
?将电网中单相或三相交流电转化成直流电。?
（2）中间电路?
1）使不稳定的直流电压变得相对平滑或稳定，提供给逆变器使用。
2) 通过开关电源为变频器的各个控制线路供电。
（3）逆变器
逆变器从字面上理解就是将电路逆变，即将直流电压再转换成为交流电压并且这个电压是可变频率的。?
（4）控制电路??
控制电路的主要组成部分是：输出驱动电路和操作控制电路。控制电路主要起到监控的作用，它也可以得到整流器、中间电路以及逆变器的信号反馈，并且对它们进行时时的控制。其功能为：
1)提供用以操作变频器的所有控制信号。
2)密切监视变频器相应的工作状态，并提供保护功能。
3)使用相应的信号来开启或关闭逆变器的半导体元件。
图1-1 变频器的结构
（三）变频器的工作原理
变频器的工作原理就是把固定频率的电源变换成所需要的可变频率的交流电源并供给电机使用的一种设备。在变频器中，整流器将电路中的单相或者三相交流电转换成非稳定的直流电，中间电路将前面整流电路非稳定直流电进行平滑滤波，逆变器是将直流电再逆变成为交流电，控制电路则对整流器、中间电路和逆变器进行监控，同时也对主电路进控制。
二、中央空调的结构及系统能耗分析
（一）中央空调的系统结构
如图2-1所示，中央空调系统主要由制冷压缩机系统、冷却循环水系统、冷冻和冷热循环水系统、风机盘管系统、冷却塔风机系统等构成。
图2-1 系统构成
（二）空调系统的工作原理
1.制热过程
中央空调的制热是利用气体液化放热的原理来设计的，通常使用的制热液体是氟利昂。压缩机将低温低压气体吸入，然后将其压缩成高压高温气体，高压高温气体在经过换热器的时候，遇冷将热量传递给换热器中的热水，热水的温度通常可以达到50摄氏度左右，同时高压高温气体液化成液体，然后继续进入到蒸发器，此时，换热器中的热水被水泵及管网运送到各个房间的管网末端，房间中的风机盘管将空气与水管中的热水进行热交换，将热量源源不断地吹向房间中，从而实现制热。
?式中：f为电源频率；s为滑差率；p为极对数；n为电机的转速。
?变频器是通过改变电机频率而达到无级调速的目的?。变频调速对于水泵供水来说，就是通过压力变送器检测管网水压，并将水压信号转化为电流信号，反馈给变频器内单片机，然后单片机会根据水压情况调整水泵电机的输入频率，从而改变水泵的转速。例如，在低峰供水时，为了达到节能的目的，就让水泵减速运行，从而使水泵的输入功率减少。这就是变频调速的基本原理。
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