暖通设备监理：变频调速技术在暖通空调中的应用

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高速技术

 

1　引言

　　近十几年来，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特性，在各行各业得到很好的应
用。在暖通空调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、湿度精度要求，从而有效地提高经济效益和产品质量。变频器不仅在大型的通风、
空调、供热等系统中得到了有效地利用，而且也已进入家电产品中，如家用空调器，电冰箱等家电
设备中都用到了变频调速技术。可以说在暖通空调领域，凡是有需要速度控制的场合，变频器都以
其操作方便、体积小、控制性能好而获得了广泛应用。
　　本文仅就变频器用在泵与风机中的节能运行机理、变频调速控制系统的一般组成，以及变频调
速技术在暖通空调领域中的几个具体应用方向做一简单的介绍。
　　2　泵与风机应用交流变频器节能的运行机理
　　2、1　泵与风机的特性泵与风机的轴功率 N 与其流量 Q、扬程 H（压力）之间的关系为：
　　N Q×H

∝

当流量由 Q1 变化到 Q2 时，电动机的转速由 n1 变为 n2，此时 Q、H、N 相对于转速的

关系如下：
　　可以看出，泵或风机的轴功率与转速的 3 次方成正比。扬程与转速的 2 次方成正比，流量与转
速的 1 次方成正比。图 1 示出泵和风机的扬程与流量的关系曲线。
　　2、2　系统特性
　　流体在管路系统中的特性可以表达成如下的关系式：
　　其中 H 为管路系统的压差阻力；P2、P1 为流体高、低压面的压强，Hz 为流体高、低压面的高差 。
S 为管路系统的阻力系数，与管路系统的沿程阻力和局部阻力以及几何形状有关。
　　2、3　泵与风机的工作点
　　根据管路系统特性所提出的流量及其相应的压头必须由泵或风机来满足。将泵或风机的性能曲
线和管路系统的性能曲线同绘在一张坐标图上，如图 3 所示，两条曲线相交的点 O 就是泵或风机的
工作点。其中 O～O′为系统的流动阻力。
　　在设计工况下，泵或风机可以在流量为 Q0 的条件下向管路系统提供 H0 的扬程。
　　2、4　当需要的流量减少时传统的调节方法
　　通常泵或风机的容量是按照系统需要的最大要求而设计的，然而在实际应用中，系统大多数
时间里在远小于设计容量下工作。传统的调节方法是在泵或风机的出口处加装阀门，用关小阀门加
大系统局部阻力即改变管路系统特性曲线的方法来进行调节。如图 4 工作点从 0 变到 1．这种方法简
单有效，但严重影响了系统的效率。虽然流量减少了，但消耗在阀门上的损耗增加了，实践证明，
这种调节方法在流量减少的情况下，泵或风机的轴功率基本没有改变。
　　2、5　变频调速的方法
　　如果系统安装有变频调速控制装置，当需要的流量减少时，不总采用关小阀门出口的方法，
而是利用变频调速控制装置改变泵或风机电动机的转速。在减少系统流量的同时降低了系统阻力，
就可以达到既减少流量，又可以极大地减少电动机的轴功率，达到节能的效果。