德力西电气有限公司

    1、变频器原理介绍

    变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。低压变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通过变频器可以自由调节电机的速度。如图1为变频器内的控制电路框图。

图1 变频器内的控制电路框图

 

    2、变频器技术规范

 

    （1）电机及风机的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；

    （2）电气控制直接起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低；

    （3）起动时机械冲击大,设备使用寿命低；

    （4）电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。

    （5）设备在全电压启动、运行、停止的过程中，由于无法进行及时有效的调节，会产生严重的水锤、机械噪音增加、震动加剧等现象，这些现象都具有极大的破坏性，会引起管道破裂或瘪塌、损坏阀门。

    对于中央空调水泵系统来说，由于交流电动机自身没有功耗调节装置，不能象中央空调主机一样自动调节输入输出功率，当系统负荷下降以后，循环水泵系统仍不得不以最大浪费的现象。如果安装变频器以后就能根据实际负荷量的大小，动态地自动调节循环水泵系统的流量和消耗功率，把系统不需要的那部分耗电节省下来。（一般节电率可达25%-60%左右）。

    变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。

    n1-代表电机在额定转速运行时的特性；

    n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；

    R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性；

    R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

    若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。假设将水泵转速降低10%（输出频率45HZ时），则功率P2=（0.9）³*P1=0.729P1,节电27.1%。假设将水泵转速降低20%（输出频率40HZ时）则功率P2=（0.8）³*P1=0.512*P1，节电48.8%。由于功率与转速成三次方的关系，因此，转速变化越大，功率的消耗将呈几何级数减少。

    由于中央空调系统中设备的设计和选用是根据空调系统在外部环境、温度条件最差，设备的各支路负荷最大，再加上一定的设计余量来确定的，但实际使用中，绝大多数时间空调系统是在非满负荷状态下运行，这样空调系统长时间工作于低效率状态，造成很大的能源浪费，因此，具有极大的节能潜力。

    控制方案：（电路图见附图）

    选用一套CDI9100-G037T4德力西变频柜（一拖三）可“工频——变频”切换控制三台37KW冷却水循环水泵、一套CDI9100-G045T4德力西变频柜（一拖三）可“工频——变频”切换控制三台45KW冷媒水循环水泵和一套CDI9100-G15T4德力西变频柜（一拖三）可“工频——变频”切换控制三台15KW采暖水泵的运行，在水泵循环系统运行的同时自动监控空调系统负荷状况，使系统在满足负荷要求的前提下运行在节能状态。

    五、元器件清单

    七、采用变频器控制的优点

    (1)、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显著；

    (2)、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿 命，避免了对电网的冲击； 

    (3)、电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；

    (4)、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能； 

    (5)、变频具有工/变频切换功能，能够保证生产的连续性。

    实践证明，变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。

    附一：电气图