变频器在制冷行业的节能应用

时间：2020-01-05

在当代社会，随着制冷工业的发展，制冷的应用也日益广泛，现已渗透到人们的生活、生产、科学研究活动的各个领域，并在改善人类的生活质量方面发挥着**的作用，从日常的衣、食、住、行，到尖端科学技术都离不开制冷。

二、螺杆式制冷压缩机的能量调节

螺杆式制冷压缩机的结构如上图。螺杆式制冷压缩机，是指用带有螺旋槽的一个或两个转子（螺杆）在气缸内旋转使气体压缩的制冷压缩机，属于工作容积作回转运动的容积型压缩机。

螺杆式制冷压缩机的能量调节方法主要有吸入节流调节、转停调节、变频调节、滑阀调节、柱塞阀调节等。目前普遍采用的能量调节方式是滑阀调节，这种调节方法是在螺杆压缩机的机体上，安装一调节滑阀，成为压缩机机体的一部分。它是通过滑阀的移动使压缩机阴、阳转子的齿间基元容积在齿面接触线从吸气端向排气端移动的**段时间内，通过滑阀回流孔仍与吸气孔口相通，并使部分气体回流到吸气孔口，即改变转子的有效工作长度，来达到能量调节的目的。调节范围一般是10%～**内的无级调节。调节过程中，功率与输气量在50%以上的负荷运行时几乎是成正比关系，但在50%以下是，性能系数则相应会大幅度下降，显得经济性较差。螺杆式制冷压缩机的电机功率一般都在100kw以上，由于电机转速并未改变，造成在滑阀调节过程中，耗电功率较大，所以冷库存在着比较严重的“大马拉小车”现象。

三、螺杆式制冷压缩机的变频调节

食品的冷冻、冷藏要使用冷冻机，因而在食品行业，制冷机的使用非常普及，其制冷机机的控制正越来越多地采用变频器。

1.变频器使用的目的

对制冷机内的压缩机采用变频控制（压缩机能力可变控制），可以使制冷机对于冷冻负载的变动始终以接近设计条件的**进行运行。这就是将变频器应用于冷冻压缩机的主要目的。变频器控制制冷机的主要优点如下：

1)节能：相应于冷却负载的变化改变压缩机转速，使其始终运行在较佳点。从而减少所需动力。

2)恒温：采用连续的容量控制可使冷藏品温度变化很小。另外，即使对于临时的冷却负载增加，也可以依靠加速来减小冷藏品的温度变化。

3)冷冻能力的改善：密闭式电机直接连接的压缩机在50Hz地区的能力只有60Hz地区的80％，而变频器控制则可以，做到与电源频率无关，始终保持一定的能力。

2.设备的组成

图2是变频器控制黄河啤酒厂1号制冷机的例子。在该例中，变频器选用耀邦YBB100-
4T2000G变频器，制冷机为大连冷冻机厂生产，电机功率为190Kw。PID调节是由变频器自带的内置PID调节器完成的。在根据负载变化控制制冷机转速的方法中，我们的目的是想控制制冷机吸入口的温度，由于现场温度的采样比较困难，而吸入口的温度与压力又有着一定的对应关系，且在现场管道上安装压力变送器更容易些，因而在本系统中，我们采用压力传感器检测压缩机的吸入压，只要变频器控制该压力维持恒定不变，则吸入口的温度也维持恒定不变。同时考虑到制冷机工作时的安全要求，我们将该制冷机原有的温度保护、油压保护等通过中继接入变频器，**有温度保护或油压保护动作时，变频器能立即自动停机，防止机械设备的损坏。另外该制冷机原为两地控制，采用变频后我们仍保持原有的两地控制，这样，对操作人员来说，更易于操作。

对制冷机内的压缩机采用变频控制（压缩机能力可变控制），可以使制冷机对于冷冻负载的变动始终以接近设计条件的**进行运行。这就是将变频器应用于冷冻压缩机的主要目的。

四、制冷机的变频运行模式

制冷机基本上是恒转矩特性，所以只要使变频器输出电压与频率成比例就行了。但是制冷机结合实际机的使用范围广，一般都与电机的设计条件不*一致。在运行条件上电压也需要改变，较终仍需要实验确定较佳V/F模式。另外，为了改善加速时的效率虽然可以改用变频器**电机，但作为变频器故障时的备用，变频**电机很难直接用工频电源进行运行。而且改用变频电机的费用会大幅增加，因此我们仍采用原有的电机及机械设备，只是将原有的自耦降压启动改为由变频器控制的压力闭环系统。

在闭环系统的构成中，耀邦无感矢量变频器可定义两种典型的输入输出特性，即正作用和反作用，这两种特性可灵活应用在不同反馈特性的控制系统中。在本系统中，采用反作用特性，反馈增益极性为负极性。也即当吸入口压力增大时，变频器的输出频率也随之增大，当吸入口压力减小时，输出频率也随之减小。

为了防止变频器输出频率低时，制冷机散热差及总体效率的降低，在变频器上设定较低运行频率为30Hz。

五节能效果

压缩机负载基本上是恒转矩负载，对恒转矩负载，电机的输出功率P的一般表达式为P∝T*N表达式中，T：负载转矩
N：电机转速这就是说，即使是恒转矩负载，采用变频器等使电机速度下降，电机的输出功率将减小。变频器输入功率

PIN可用下式表示： PIN=P/（ηINV*η
m）

表达式中，PIN：变频器输入功率 ηINV：变频器效率 η m
：电机的效率

由上式，假设总效率（ηINV*η
m）对于电机的转速为一定。则显然电机转速下降将引起电机输出功率P减小，与其成比例的变频器输入功率PIN也减小，即消耗电能降低。但是如图2所示，为使电机转速下降而使变频器输出频率降低，则总效率也降低。但因频率降低的幅度大于总效率降低的幅度，因此，与原先的控制方式相比，仍有显著的节能效果。另外，电磁调速电机、鼠笼电机的定子电压控制等从前的调速电机，转速下降时，总效率将大幅度降低，因而基本上得不到低速时的节能效果。因此采用变频器取代这些从前的调速方式，可以充分的节能。一般节电率在10%以上。

变频器方式由于除电力变换损耗外还有约1%的损耗，这个损耗基本与变频器功率无关，因而电机功率越大，这个损耗所点的比例也越小，节能效果越显著。同时变频器方式具有耐夏季短时高峰负载（依靠增速）和精细温度控制等优点。
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