变速空调设备的环保新工艺探究

　　因此， 在不断开发新的能源的同时， 如何有效地节约现有能量资源， 成为各国科学家研究的重要课题。

　　据统计， 在我国电网的总负荷中， 动力负荷占60 % ， 而其中有 85 % 左右为异步电动机的消耗，异步电动机以其结构简单， 运行可靠， 使用和维修方便以及造价低廉等优点而应用*为广泛， 其中不足之处是调速性能差， 运行时无功损耗大。 因此， 提高异步电动机本身的功率和效率， 对于节能具有重要的意义。 随着近年来高层宾馆、写字楼、高级住宅、大型商场等大量兴建， 以及智能化大厦的崛起， 其室内空调系统的能耗越来越大。 因此如何采取措施改善其压缩机的运行性能及使用效果， 以节约用电提高效率， 已成为目前备受关注的问题。

　　1空调压缩电机运行情况

　　传统空调器都是在固定频率下工作， 采用间歇式控制来实现制冷量输出。 如 所示， 其压缩机都是采用异步电动机， 其转速基本上为恒定值。

　　不能大幅度地调整制冷热量。 由于压缩机的频繁开启， 室内温度波动大、噪声大、舒适性差， 且会缩短压缩机的使用寿命。 同时， 压缩机频繁启动电流过大， 对电网形成较大的冲击。

　　变速空调器对压缩机运行方式进行改进， 使压缩机运行的速度随着室温与设定温度之差的大小而改变， 不但可以克服传统空调器的一系列缺点， 而且使能源损耗得到了大大的减少。 这也是变速空调器重要的意义之一。 变速空调器运行图。

　　在变频器商品化的今天， 变频调速空调系统也孕育而生， 它将成为解决传统空调器问题的很好举措。

　　2变频调速空调器系统

　　2. 1系统组成

　　变速空调器运行特性变速空调器系统传感器温度传感器为检测温度信号， 并转换成电信号的仪表， 温度 T 与输出的电信号 U 有一定的线性关系， U= KT .

　　变频器控制制冷系统压缩机的电源频率。 n（ 转速） ∝f （ 频率） .

　　异步电动机有三种可行的调速方案：变频调速。

　　变极调速（ 有极调速） .

　　变转差率调速。

　　而变频调速以其调速范围广， 平滑性高， 机械特性硬等优点， 可方便地实现恒转矩或恒功率调速而成为异步电动机*主要的调速方式。 在节能技术中也有较广泛的应用。

　　异步电动机变频调速时需要控制的对象包括频率、电压、电流、磁通、转矩、转速、位置对每种控制对象都有各种控制方式， 具体包括恒压 u/ f 比控制、矢量控制等。 目前市场出售的变频器控制多为恒 u/ f 比控制。 对高性能异步电动机控制系统多采用交叉闭环的量控制， 典型例子为滑差频率矢量控制。 而恒 u/ f 比控制常用于风机、泵机等调速精度要求不高的节能系统， 而恒 u/ f 比控制方式的突出优点是可以进行电机的开环速度控制， 且调速范围广， 调速平滑， 价格便宜， 能很好地满足压缩机的调速要求。 因此， 对变速空调系统无疑恒压 u/ f 比变频调速为*隹调速方案。

　　控制器将传感器输送的电信号进行处理，并输出电信号， 控制变频器， 从而控制压缩机的转速及空调器的工作方法。

　　2. 2主电路

　　变频空调器系统主电路如 所示， 由内风机、外风机、压缩机、变频器、加湿环节构成。 现以一个 100 m 2房间的调节器为例， 压缩机可采用4. 5 kW的异步电动机， 其额定转速 n N = 1 400 r/ min， 制冷量为 60 kJ. 那么， 可选用 SAM IGSA型变频器， ACS 501-006-3 控制压缩机， 其电源为三相交流电源输入 380/ 400 V ， 频率为 50 Hz 或60 Hz.

　　变频器内有 16 位 CPU ， GPR， SPWM 输出。 它具有良好的特性， 主要表现有：宽广的频率选择范围；极好的加性能；低频运行平稳；良好的保护性能； 瞬时断电再起动性能。

　　系统主电路该变频器为交-直-交型通用变频器， 其工作原理为： 二极管整流桥将输入电压整成直流， 电容滤波， 通过控制大功率晶体管（ GT R） 的基极， 使各组 GT R 依次导通， 各相逆变输出类似正弦的波形， CPU 存储器内存有已固化程序， 控制脉冲分配电路向GT R的驱动电路发触发脉冲， 控制GTR 导通， CPU 同时还检测滤波电容上的电压，及变频器输出的电流（ VVF 输出端的两个电流互感器） . 如果信号超过设定值， CPU 就控制相应的保护回路动作， 并使变频器面板上的警报灯亮， 同时显示屏上显示警报类别。

　　2. 3频率给定环节

　　本系统的频率给定环节 所示， 在图中U g为给定温度信号， U f为经 A D590 进行冷端补偿的测温电路所获的室内温度信号， 即反馈电压信号， 两者经比较器 A2 比较放大， 再经 PID 调节、积分电路， 然后经 AKC0809 将模拟电信号转化成为数字信号送入变频器的数字信号输入口（ 即频率设定） ， 从而控制压缩机转速， 进而使室内温度尽快达到设定值。

　　频率给定环2. 4工作原理

　　该系统在室内部分有温度传感器， 它将设定温度和运行情况送入室外部分的变频器的微机中， 在压缩机起动时， 由于室温和设定温度之差很大， 可由微机发出 PWM 调速信号。 使压缩机用较高频率运行。 电动机转速高时， 调温能力也高， 使室温和设定温度之差迅速减少。 这时， 微机又控制逆变器输出较低频率， 使电动机转速降低。 本系统的优点是能保证当室温急剧变化时， 转速成跟踪变动的幅度也大； 反之， 则变化幅度小。 这样， 可使压缩机的负荷和输出之间容易平衡， 从而在极短时间内让室温达到预期的调置温度。

　　3技术经济分析

　　3. 1试验分析

　　为了验证变频调速的节电能力， 对该系统压缩机（ P N = 4. 5 kW， n N = 1 400 r/ min） 在变频器使用前后运行进行检测， 可得：配用变频器前U 1 = 380V， I 1 = 7A， P 1 = 4. 0 kW配用变频器后U 1 = 380V， I 1 = 4. 35A， P 1 = 2. 5 kW以上测量数据均为电源测试， 因为所选压缩机容量较小， 可供房间面积为 100 m 2， 其制冷量为： 4. 5×3. 2×4. 186= 60 kJ 3. 2节能估算

　　配用变频调速器前的年消耗电能（ 按每天工作 10 h， 每年工作 150d） ： W 1 = 4. 0×10×150 kWh= 6000 kW

　　h配用变频器后年消耗电能：

　　W 1 = 2. 5×10×150= 3 750 k

　　Wh每年节约电能：W = W 1 - W 2 = 2 250 kW？h节电率：= 2 250 6 000×100% = 37. 5% 3. 3其它

　　1） 电源容量要求减少： 传统空调器压缩机在频繁起动时有很大的电流冲击， 因此需要的电源容量比连续运行时更大。

　　2） 噪声比较： 变频空调器压缩机由于通过调整转速来调节温度差， 那么， 在人们休息时， 空调器压缩机在低速度下运行， 噪声很小。

　　4结束语

　　本系统的实验及计算只是对较小空调系统，对于大容量、大制冷量的空调系统其节电效果会更可观。 另外， 随着变频技术的不断发展日趋成熟， 各电力电子技术的更新进步， 变频器的功能越来越完善， 且价格会越来越便宜。 因此， 变速空调系统的初期投资额不算高， 且节能性能好。 在节能呼声高涨的今天， 变频调速空调系统具有重要而深远的意义。 当然， 变频调速的节能应用不仅仅只体现在空调上， 它的重要价值日趋广泛， 具有广阔的前景。