淺談變頻器在廣州南站中央空調(diào)改造中的應用

陳華

摘 要：本文主要闡述了變頻器在柜式風機盤管中的應用，變頻器調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速可以控制風機的送風量。使用變頻器對風機實現(xiàn)無極調(diào)速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之變化，從而節(jié)約了能源。

關鍵詞：空調(diào)改造；變頻器；調(diào)速原理；效益

1 廣州南站中央空調(diào)改造概述

1.1 廣州南站主要改造項目

將21米、27米商業(yè)區(qū)的小送風單元以及商鋪自行安裝的分體空調(diào)機全部取消，取而代之的是風機盤管。

在高架候車大廳，將原18個送風單元（風塔）的建筑結(jié)構(gòu)全部拆除并就地重建，保留原來的組合式空調(diào)機組，并在原來每臺機組之上新增一臺柜式風機盤管機組。

為了解決高架候車區(qū)中央空調(diào)系統(tǒng)末端設備的冷凍水壓力不足，在地下室新增冷凍水二次加壓泵房四座，每座泵房安裝兩臺加壓水泵（一用一備）。

控制系統(tǒng)方面，采用 iACS中央空調(diào)智能系統(tǒng)，在控制中心（消防中心）設立了一個中心工作站，在南北機房各增加了一個控制分站。

1.2 變頻器在本次改造中的應用部位

在這次改造中，高架候車大廳新增加的柜式風機盤管機組和地下室的冷凍水二次加壓泵，均采用了以變頻器為核心的控制方式。

由于水泵和風機變頻調(diào)速裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理及其優(yōu)點，大體相同，因此，本文主要對變頻器在柜式風機盤管中的應用進行闡述。

2 柜式風機盤管機組及其變頻器的選用

2.1 關于柜式風機盤管機組

在三樓高架候車大廳風塔內(nèi)新增的柜式風機盤管機組，有時被稱為組合式空調(diào)機組，有時也被稱作送風單元。由較大型風機、電動機、盤管（空氣換熱器）、控制系統(tǒng)等組成的空調(diào)末端裝置之一。盤管內(nèi)流過冷凍水時與管外空氣換熱，使空氣被冷卻、除濕，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)的空氣參數(shù)。

送風機電機采用變頻器加可編程序控制器（PLC）控制。

配套送風變頻電機型號：YVF2—200L1—6，額定電壓三相380V，額定功率18.5KW，額定電流18.1A，額定頻率50HZ。變頻電機自帶風扇，風扇電機額定功率為105W，額定電流為0.23A。

2.2 關于變頻器的選用

變頻器選用西門子G120型，功率模塊為6SL3210-1PE24-5UL0，控制單元為6SL3244-OBB12—1BA1，開關面板為6SL3255-OAA00—4CA1（見圖1、圖2）。

3 變頻器的基本概念和結(jié)構(gòu)

3.1 變頻器的基本概念

變頻器是將電網(wǎng)供電的工頻交流電源變?yōu)檫m用于交流電機變頻調(diào)速用的電壓可變、頻率可變的交流電變流裝置。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，主要采用交—直—交變頻器。

3.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu)

交—直—交電壓型通用變頻器，其基本結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

變頻器構(gòu)成主要由主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成。

3.2.1 整流器

整流器的作用是把單相或三相交流電整變成直流。

3.2.2 逆變器

逆變器最常見的是利用六個半導體主開關器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律地控制逆變器中主開關的通斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。

3.2.3 中間直流環(huán)節(jié)

由于逆變器的負載為交流異步電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不能為1，因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間會有無功功率和有功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器和電抗器）來緩沖。

3.2.4 控制電路

控制電路通常由運算電路、監(jiān)測電路、控制信號的的輸入輸出電路以及驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。控制方法可以采用模擬控制和數(shù)字控制。

4 變頻調(diào)速的基本原理

交流異步電動機轉(zhuǎn)速表達式為：

n=60f（1-s）/p

式中：

n ——異步電動機的轉(zhuǎn)速；

f ——電源的頻率；

s ——異步電動機的轉(zhuǎn)差率；

p——異步電動機的磁極對數(shù)。

從此公式知道，異步電動機的轉(zhuǎn)速n與電源的頻率f成正比，只要改變異步電機電源的頻率f，就可改變電動機的轉(zhuǎn)速n，從而改變所拖動的風機和水泵的轉(zhuǎn)速。

變頻器就是通過改變異步電機電源的頻率f實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的。這是一種高效率、高性能、高精度的無級調(diào)速。

5 變頻器在柜式風機盤管機組的應用中所產(chǎn)生的效益

5.1 節(jié)約能源，耗電量下降

對于同一臺風機，當以不同轉(zhuǎn)速運行時，風量與轉(zhuǎn)速成正比，風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。由此可見，當降低轉(zhuǎn)速時，功率的減少量遠比流量的減少量大很多。

柜式風機盤管冷量的輸送介質(zhì)是冷凍水，在末端與熱交換器充分接觸的空氣由風機送到室內(nèi)，從而到達調(diào)節(jié)室溫的目的。在輸送介質(zhì)（水）溫度恒定的情況下，改變送風量可以改變帶人室內(nèi)的制冷量，從而較方便地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。這樣便可以按照自己的要求，來設定室內(nèi)需要的溫度。

調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速可以控制風機的送風量。使用變頻器對風機實現(xiàn)無極調(diào)速，在變頻的同時，輸出端的電壓亦隨之變化，從而節(jié)約了能源。

5.2 便于操作人員對設備進行管理

變頻系統(tǒng)功能強大，便于設備操作人員對設備進行管理，進水溫度、出風溫度、回風溫度、電機轉(zhuǎn)速、報警狀態(tài)、運行狀態(tài)、運行頻率等均可直接在觸摸屏上查訊，還可可根據(jù)需要隨時設定控制溫差，最小運行頻率，最大運行頻率、斜坡上升時間和下降時間等。

具備遠程控制、故障診斷、故障處理等功能，且可實現(xiàn)軟件升級、聯(lián)網(wǎng)控制、資源共享等。

5.3 啟動電流小

由變頻器控制的柜式風機盤管機組，在啟動時，選擇低電壓和低頻率啟動，同時還能獲得所需啟動轉(zhuǎn)矩。因此，能大大減小啟動電流，降低電機軸承磨損，延長軸承壽命。

5.4 其他

由于變頻器可以進行無級調(diào)速，使機組的整個運行過程是漸強、漸弱式，因此能消除對電網(wǎng)的沖擊，并可避免電機因過載而引起的故障。

電機經(jīng)常處于低負荷運行，能大幅度延長電機及水泵、風機的壽命，同時因沒有有啟動、停止的沖擊，加上流量的減少，管·承壓及所受沖擊力減小，故對管道、閥門、末端設備也起到了保護作用。

通過廣州南站中央空調(diào)改造工程的實踐證明，變頻器不但有效的降低了設備

噪音及震動等優(yōu)點，而且還保護了環(huán)境、節(jié)約了能源。

參考文獻：

[1] SIEMNS G120CU240B/E-2 簡明調(diào)試手冊.