变频器在中央空调系统中的应用

中央空调夏天可以制冷，冬天可以制热。实现稳定制冷或制热的关键是控制循环水泵让适当流量的热水（冬天）或冷水（夏天）流经所有受益房间，当受益房间的控制开关打开时，盘管风机吹拂水管即可向室内释放热空气（冬天）或冷空气（夏天），使室内稳定在一个令人舒适的温度范围内。以冬天为例，中央空调系统向所有房间提供的热量，与循环水的流量以及出水、回水的温差有直接关系。为了保证室内温度稳定，应保证出水、回水的温差相对稳定。如果温差值过大，说明室内温度偏低，需要加大循环水的流量；如果温差值过小，情况刚好相反。传统的方法是在循环水泵始终全速运转的情况下，根据出水、回水的温差用手动方式或电动装置调节管道中阀门的开度，控制循环水的流量。这样操作既浪费人力，又不能保证温度的稳定，并且浪费电能。
某办公大楼的中央空调系统，选用富士牌FRN30P11S-4CX型45kW风机水泵专用变频器，配合UL-906H型智能化仪表温差仪对中央空调的循环水进行控制，实现了节约人力，节约能源，稳定室内温度的积极效果。控制电路见图1。
变频器与智能化仪表温差仪配合，控制中央空调系统的自动运行。温差仪选用UL-906H型仪表，该仪表输入端（图1中温差仪的9～14号接线端子）接两只Pt100型温度传感器，即出水管道上的温度传感器t1和回水管道上的温度传感器t2，通过设置仪表参数和温度传感器的测量结果，经过仪表内部单片机的智能化运算，在其输出端（图1中温差仪的15和16号接线端子）输出4-20mA的PID控制信号，送到变频器的频率控制端，用于调节变频器的输出频率。实现水泵转速的闭环反馈控制。这里要注意，智能化仪表温差仪具有PID控制功能，并且已在本控制方案中开通使用，所以，无须再启用变频器的PID控制功能。

图1电路中，按钮SB1和SB2用作变频器电源侧的接触器触点的合闸与分闸控制。按钮SB3和SB4用作中间继电器1KA线圈的通断电控制。1KA线圈得电时，其触点闭合，将变频器的端子FWD和CM接通，变频器开始运行；1KA线圈断电时，变频器停止运行。ippipp.com版权所有！变频器的端子30B和30C是保护出口继电器常闭触点，系统出现运行异常时，该触点断开，中间继电器2KA线圈失电，其触点断开，切断接触器KM的线圈电源，接触器触点释放，变频器断电，保护设备安全。
温差仪和变频器都是智能化仪器设备，只有对其进行正确的参数设置，才能使其工作在最佳状态。温差仪在运行现场的参数设置见表1。
表1 温差仪的现场调试参数

注：1.温差仪由LED显示，受显示效果限制，参数符号为大小写混合使用。
2.表1中的参数“正反作用”cool，用于夏天制冷与冬天制热的选择。参数设置效果是对变频器输出频率的调整使用相反的控制逻辑。
变频器的参数设置见表2。
表2 变频器的现场调试参数

需要说明的是，变频器的参数中，“下限频率”不能设置为零（见表2），也不能默认使用出厂值，因为该参数的默认出厂值是零，这里设置为25Hz。设置了不为零的下限值后，即使温差仪送来的频率控制指令为零，变频器仍以下限频率运行。这是为了防止水泵电机停转。空调循环水一旦停止流动，温度传感器t1和t2测值经温差仪处理后输出的PID控制信号即丧失了实用意义。
“下限频率” 参数设置的原则是：水泵电机在“下限频率”持续运行，制热时尚不足以使空调房间的温度达到需要的温度，同样制冷时不能使房间温度降到合适值，这时，t1和t2的温差值增大，温差仪输出的控制信号增大，变频器输出频率上升，循环水流量增加，室内温度得到调节。其后，变频器根据出水、回水温差的变化，温差仪输出信号的大小，随时调整水泵的转速和流量，控制空调房间温度的稳定。
本案例成功地将变频器和温差仪应用到中央空调的循环水流量控制中。水泵属于二次方律负载，在忽略空载功率的情况下，负载的功率与转速的三次方成正比，所以，只要转速稍微降低一点，负载功率就会下降很多。相对于传统方案，电动机始终全速运行，用阀门调节流量，具有很大的节能空间。经过实际测算，本方案的节电效果达到了28%。同时，还具有节约人力，稳定空调房间温度，以及延长设备寿命等诸多效益。