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【摘 要】 能源和环境问题是当今世界关注的焦点。为了节约能源保护环境，在供热、空调设备上采用交流量方式以适应系统的负荷变化，这种技术备受业界广泛关注。变频调速技术的应用，在提高供热、供冷系统的调控质量和节约能源两个方面效果突出。基于此，本文对变频调速技术在暖通空调工程中的应用进行了研究。
【关键词】 变频调速技术;暖通空调工程;应用
随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，变频器已广泛地用于交流电动机的速度控制。因为其具有高效率的驱动性能及良好的控制性能，在各行各业得到很好的应用。在暖通领域应用变频调速技术，一方面可以极大地节省水泵或风机的电能，实现系统的节能运行，另一方面可以提高系统的运行品质，实现高精度控制，满足对环境的舒适度和生产工艺过程对环境的温、湿度精确要求，从而有效地提高经济效益和产品质量。
一、变频调速器
1、用途与功能
变频调速器已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品，目前产品已经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业，适用于水泵、风机、压缩机、机床等产品的电机调速。因为暖通空调行业中水泵、风机为必需的设备，而且耗电量巨大，在全年使用空调的现代化宾馆及办公大楼中，风机、水泵的用电量占整个建筑用电量的30%～40%，约占整个动力用电的40%～50%。自90年代以来变频调速器在暖通空调行业逐渐被大家所认识并采用，它具有多种速度切换、加减速时间的外部设定、V/F曲线设定、转距升高调整、输出频率上、下限幅、频率跳跃等功能;具有各种接口，能与计算机、可编程序控制器及自动化仪表联机，并具有远程控制的功能。
2、性能与优点
采用SPWM控制方法，使电机的旋转磁场为理想的圆形磁场，转矩脉动小，电机运转平稳，特别是克服了电压型逆变器控制中电机低速运行时转距脉动大的缺点。变频调速器优点很多，比如操作简便、精确可调、数字显示、在线无级调速等，但其主要的优点在于节能。变频调速器+普通鼠笼式异步电机=新的高性能调速系统节能装置。
3、工作原理
在大功率晶体管技术和微电子技术的推动下，变频技术得到迅速发展。正弦波调制的变压变频调速器能输出正弦波，在变频范围、动态响应、调频精度、工作效率、保护功能及可靠性方面均已相当完善。其工作原理如图1所示。整流模块ZD将50Hz的交流电整流成直流电，经滤波后，由单片机CPU产生正弦波调制（SPWM）脉冲。轮换驱动逆变模块GTR各个晶体管的基极，将直流电逆变成不同频率的三相交流电。
图1 变顾调速器工作原理
变频调速是通过改变供给交流感应电动机的电源频率来实现的，由于感应电动机的转速n与电源频率厂具有下列关系：
式中：P——极对数;S——转差率;n——电机转速;f——电源频率。
由上式可知，电动机的转速n与电源频率成正比。因此，不改变电机的极对数，只改变电源的频率就可达到电动机调速的目的。
4、变频调速的优点
（1）市电先进入变频器（或经整流滤波逆变），后进入电动机。由于实行了软起动，使起动频率、电压和电流由小到大逐步上升，平滑稳定，对电网没有大电流冲击。
（2）由温度或压力等传感器感知用户情况，并转变成电信号输入变频器，自行不断地寻找和选择并调整为最佳（节能）点;实行微机闭环控制，也可设计成手动开环控制。
（3）可以根据用户需要，设计系统温度（或压力）等运行工况的上下限范围，在设计范围内，安全准确地自动控制风机、水泵的工作。当温度等参数接近达到设定值的下限时，为使降温（降压）继续下去不停机（减少启停次数），由变频器开始改变输入电源的电压、频率，改变转速——减速运转，并根据需要，维持在适当的给定频率和转速范围内运转。此外，还可根据需要，手动控制转速和流量。
二、变频调速技术在暖通空调工程中的应用
1、变风量控制系统
空调系统的设计一般都足按室内负荷和事外温湿度最不利的情况来设计的。但一年中这种设计工况的维持时间只有数天或数十小时，绝大多数情况下都是在非满负荷下工作。我国目前大部分空凋系统都是采用的定风量系统，在这种系统中，当空调冷负荷变小以后，常采用机器露点不变，再对冷却的空气进行不同程度的“再热”的方法来解决。这种方法虽然可以满足空调负荷变化的需要，但都增加了不必要的“再热”能量，是一种不经济的运行方式。变风量系统在室内冷负荷变小的时候，不是增加“再热”而是用减少风量的方法来适应负荷的变化，即去掉了“再热”又减少了风机的轴功率，如系统全年均在70%风量下工作，风机耗电约可减少一半，因此是一种节能的空调运行方式。在变频器技术不成熟以前，改变交流电动机转速的工作非常困难，限制了变风量空调系统的发展。随着变频器技的成熟和价格的降低，变风量空调系统将得到广泛的应用。
2、变频空调器
一般的窗式空凋器或分体式空调器，采用0N/0FF控制方式，这种控制方式室内温度和湿度会发生波动，影响人的舒适感。压缩机在启动时有很大的冲击电流，需要配置比连续运行时更大的电源容量，为了克服以上缺点，近几年出现了所谓的变频空调器，这种空调器中的控制器根据传感器得到的被控房间的温度值与预先给定的温度设定值比较，根据二者的偏差去控制变频器的频率输出，进而改变制冷压缩机的转速，达到调节被控房间温度的目的。
3、冷却塔风机的变速控制
冷却塔风机的作用是驱动空气与在冷凝器吸收了热量的冷却水强行进行热湿交换，以使冷却水降温后再返回冷凝器进行吸热。为使制冷设备在一定的负荷范围内稳定运行，必须使进入冷凝器的冷却水温度保持稳定。对于吸收式制冷机，冷却水温度过低将出现溶液结晶事故。对于大型封闭式离心机组，冷凝压力过低会引起电机冷却液流动不畅，可能造成电机局部过热甚至烧毁。冷却水温度过高则会降低制冷机效率。稳定冷却水温度可以采用调节运行台数或调节风机转速的方法，也可以采用利用三通阀调节通过冷却塔的水量与通过旁通水量比例的方法。利用三通阀调节旁通水量的方法，冷却水泵的输送能量并没有减少，如果把冷却水泵改成变频泵，因为流过冷凝器的水量一般情况下不能变化很大，所以变频的范围也受到了限制。较好的方法是采用变频调速技术去调节冷却塔风机转速，可以把冷却水温度控制在一个比较高的精度范围内，又可以节省风机的电耗。
三、总结
变频调速技术是电力电子技术和微电子技术相结合的产物，以其优异的调速特性和节能效果，在国民经济的各个领域中获得了广泛的应用。当今，变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法，泵和风机采用变频调速后，流量的调节就可通过改变转速的方法来实现，既能夠方便地调节流量，又可降低能量消耗。正因为变频调速有着良好的节能效果，它在国民经济中得到了越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]李先瑞主编.供热空调系统运行管理、节能、诊断技术指南北京：中国电力出版社，2003
[2]余小彪.水环热泵夏冷冬暖应用节能性分析[J].制冷空调与电力应用，2005年第二期.
[3]朱绍祥，张宏生等.可璃程序控制器（PC）原理与应用[M].上海交通大学出版社，2005.
[4]杜金城主编.电气变频调速设计技术.北京：中国电力出版社，2001
[5]王早生.机电安装实务应用与管理[M].中国建筑出版社，2005年
[6]田瑞庭等.变频技术应用技术[M].机械工业出版社，2001.
【关键词】 变频调速技术;暖通空调工程;应用
随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，变频器已广泛地用于交流电动机的速度控制。因为其具有高效率的驱动性能及良好的控制性能，在各行各业得到很好的应用。在暖通领域应用变频调速技术，一方面可以极大地节省水泵或风机的电能，实现系统的节能运行，另一方面可以提高系统的运行品质，实现高精度控制，满足对环境的舒适度和生产工艺过程对环境的温、湿度精确要求，从而有效地提高经济效益和产品质量。
一、变频调速器
1、用途与功能
变频调速器已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品，目前产品已经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业，适用于水泵、风机、压缩机、机床等产品的电机调速。因为暖通空调行业中水泵、风机为必需的设备，而且耗电量巨大，在全年使用空调的现代化宾馆及办公大楼中，风机、水泵的用电量占整个建筑用电量的30%～40%，约占整个动力用电的40%～50%。自90年代以来变频调速器在暖通空调行业逐渐被大家所认识并采用，它具有多种速度切换、加减速时间的外部设定、V/F曲线设定、转距升高调整、输出频率上、下限幅、频率跳跃等功能;具有各种接口，能与计算机、可编程序控制器及自动化仪表联机，并具有远程控制的功能。
2、性能与优点
采用SPWM控制方法，使电机的旋转磁场为理想的圆形磁场，转矩脉动小，电机运转平稳，特别是克服了电压型逆变器控制中电机低速运行时转距脉动大的缺点。变频调速器优点很多，比如操作简便、精确可调、数字显示、在线无级调速等，但其主要的优点在于节能。变频调速器+普通鼠笼式异步电机=新的高性能调速系统节能装置。
3、工作原理
在大功率晶体管技术和微电子技术的推动下，变频技术得到迅速发展。正弦波调制的变压变频调速器能输出正弦波，在变频范围、动态响应、调频精度、工作效率、保护功能及可靠性方面均已相当完善。其工作原理如图1所示。整流模块ZD将50Hz的交流电整流成直流电，经滤波后，由单片机CPU产生正弦波调制（SPWM）脉冲。轮换驱动逆变模块GTR各个晶体管的基极，将直流电逆变成不同频率的三相交流电。
图1 变顾调速器工作原理
变频调速是通过改变供给交流感应电动机的电源频率来实现的，由于感应电动机的转速n与电源频率厂具有下列关系：
式中：P——极对数;S——转差率;n——电机转速;f——电源频率。
由上式可知，电动机的转速n与电源频率成正比。因此，不改变电机的极对数，只改变电源的频率就可达到电动机调速的目的。
4、变频调速的优点
（1）市电先进入变频器（或经整流滤波逆变），后进入电动机。由于实行了软起动，使起动频率、电压和电流由小到大逐步上升，平滑稳定，对电网没有大电流冲击。
（2）由温度或压力等传感器感知用户情况，并转变成电信号输入变频器，自行不断地寻找和选择并调整为最佳（节能）点;实行微机闭环控制，也可设计成手动开环控制。
（3）可以根据用户需要，设计系统温度（或压力）等运行工况的上下限范围，在设计范围内，安全准确地自动控制风机、水泵的工作。当温度等参数接近达到设定值的下限时，为使降温（降压）继续下去不停机（减少启停次数），由变频器开始改变输入电源的电压、频率，改变转速——减速运转，并根据需要，维持在适当的给定频率和转速范围内运转。此外，还可根据需要，手动控制转速和流量。
二、变频调速技术在暖通空调工程中的应用
1、变风量控制系统
空调系统的设计一般都足按室内负荷和事外温湿度最不利的情况来设计的。但一年中这种设计工况的维持时间只有数天或数十小时，绝大多数情况下都是在非满负荷下工作。我国目前大部分空凋系统都是采用的定风量系统，在这种系统中，当空调冷负荷变小以后，常采用机器露点不变，再对冷却的空气进行不同程度的“再热”的方法来解决。这种方法虽然可以满足空调负荷变化的需要，但都增加了不必要的“再热”能量，是一种不经济的运行方式。变风量系统在室内冷负荷变小的时候，不是增加“再热”而是用减少风量的方法来适应负荷的变化，即去掉了“再热”又减少了风机的轴功率，如系统全年均在70%风量下工作，风机耗电约可减少一半，因此是一种节能的空调运行方式。在变频器技术不成熟以前，改变交流电动机转速的工作非常困难，限制了变风量空调系统的发展。随着变频器技的成熟和价格的降低，变风量空调系统将得到广泛的应用。
2、变频空调器
一般的窗式空凋器或分体式空调器，采用0N/0FF控制方式，这种控制方式室内温度和湿度会发生波动，影响人的舒适感。压缩机在启动时有很大的冲击电流，需要配置比连续运行时更大的电源容量，为了克服以上缺点，近几年出现了所谓的变频空调器，这种空调器中的控制器根据传感器得到的被控房间的温度值与预先给定的温度设定值比较，根据二者的偏差去控制变频器的频率输出，进而改变制冷压缩机的转速，达到调节被控房间温度的目的。
3、冷却塔风机的变速控制
冷却塔风机的作用是驱动空气与在冷凝器吸收了热量的冷却水强行进行热湿交换，以使冷却水降温后再返回冷凝器进行吸热。为使制冷设备在一定的负荷范围内稳定运行，必须使进入冷凝器的冷却水温度保持稳定。对于吸收式制冷机，冷却水温度过低将出现溶液结晶事故。对于大型封闭式离心机组，冷凝压力过低会引起电机冷却液流动不畅，可能造成电机局部过热甚至烧毁。冷却水温度过高则会降低制冷机效率。稳定冷却水温度可以采用调节运行台数或调节风机转速的方法，也可以采用利用三通阀调节通过冷却塔的水量与通过旁通水量比例的方法。利用三通阀调节旁通水量的方法，冷却水泵的输送能量并没有减少，如果把冷却水泵改成变频泵，因为流过冷凝器的水量一般情况下不能变化很大，所以变频的范围也受到了限制。较好的方法是采用变频调速技术去调节冷却塔风机转速，可以把冷却水温度控制在一个比较高的精度范围内，又可以节省风机的电耗。
三、总结
变频调速技术是电力电子技术和微电子技术相结合的产物，以其优异的调速特性和节能效果，在国民经济的各个领域中获得了广泛的应用。当今，变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法，泵和风机采用变频调速后，流量的调节就可通过改变转速的方法来实现，既能夠方便地调节流量，又可降低能量消耗。正因为变频调速有着良好的节能效果，它在国民经济中得到了越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]李先瑞主编.供热空调系统运行管理、节能、诊断技术指南北京：中国电力出版社，2003
[2]余小彪.水环热泵夏冷冬暖应用节能性分析[J].制冷空调与电力应用，2005年第二期.
[3]朱绍祥，张宏生等.可璃程序控制器（PC）原理与应用[M].上海交通大学出版社，2005.
[4]杜金城主编.电气变频调速设计技术.北京：中国电力出版社，2001
[5]王早生.机电安装实务应用与管理[M].中国建筑出版社，2005年
[6]田瑞庭等.变频技术应用技术[M].机械工业出版社，2001.