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暖通空调系统的集成变频控制方案

(发布日期：2006-10-26 10:39:05) 来源：

        从表面上看，变频控制通常被视作是一个独立部分，是一个纯资本支出项目。在许多新项目的设计过程中，一旦需要降低成本，变频器往往都是首先考虑要缩减省去的部件之一。但是，如果能将变频器真正设计到控制系统中，便可实现成本、效率双赢的最佳效果。
     在中央空调系统中使用变频器可为气流和冷/热水流的调节提供最有效最节能的控制方式。对气流和水流进行自动调节不仅可以提高酒店客人的居住舒适度，而且在控制系统中使用变频器则可以将运行成本降到最低。本文还将阐述在建筑智能管理系统中使用暖通空调系统专用的智能型变频器可同时降低系统初始成本，从而将系统的初始成本和运行成本均降到最低。
     暖通空调系统专用的变频器具备节省成本的功能：
     广泛用于标准酒店中大型中央空调系统中都可使用变频器。如何使变频器达到最佳应用效果通常取决于变频器自身的内置功能。制造生产暖通空调系统专用变频器的厂家比比皆是（例如：丹佛斯VLT6000 HVAC暖通空调系统专用变频器）。这些变频器具备用于标准暖通空调系统所需的所有特定功能，因此，通常可缩减系统中的部分其它元件。这样一来便可减低初期系统的总成本。下文中还具体说明了一些有关变频器极具代表性的典型应用情况以及如何实现变频器的最佳使用效果和如何利用变频器达成效果最佳且成本最低的操作方案。但是，在具体说明各项应用情况之前，我们先就暖通空调系统专用变频器与酒店暖通空调系统应用相关的多种特性做出说明。
     IP54：
     如今，通常应将变频器安装在靠近操作泵、空气处理机组或风机的地方，不能安装固定在中央配电盘或是控制面板内。这种安装方式的主要优势在于可缩减主配电盘的大小、简化安装并且方便调试及调节平衡。同时，这种安装方式也可确保变频器的长期可靠性以及对设备间内人员的保护，因此必须确保变频器“外壳防护等级”，这一点是极为重要的。因此，如果不将变频器安装在配电盘内，而选择将其直接安装在设备间的墙面上或是安装在空气处理机组的侧面，则建议将变频器置于一个具备IP54额定值的密闭外壳内，这将有助于确保其具备长期可靠性。暖通空调系统专用的许多变频器均以IP54版本形式安置，正是出于这种原因。
     配电盘体积变小不仅可以节省成本，而且在使用变频器时无须使用其他电机起动器。如果使用阀门、挡板或进口导叶控制流量，则泵或风机应使用一个定速电机，并且必须安装直接起动器或星形/三角起动器、热过载保护装置、自动变压器等，且如果选用星形/三角起动器，则需要安装6根电缆。如果使用变频器，则只需采用带三相熔丝的三根电缆就可以了。变频器自身具有电动机过载保护功能。如果使用定速电机，则根据电机的功率因数，可能还需要安装功率因数补偿电容器。大多数变频器均有功率因数补偿功能，功率因数约为1（或至少 > 0.95），此时，系统内便无须安装功率因数补偿电容器。比较之下，变频器的安装显然更为简便，而且又能节省成本。
     电磁兼容性：
     变频器可通过改变电机电源的频率（和电压）从而控制交流电电机的速度。基本上，只需通过晶体管的快速开关便可进行该操作（频率标准值：每秒至少4500次）。大多数人在家打开电灯开关或是启动洗碗机、洗衣机或吸尘器时会发现电视机出现闪动，这种现象是由无线电频率干扰（RFI）或是电磁不兼容所引起的。如要确保酒店暖通空调系统及酒店自身内部其它电力/电子部件（例如：客房内的电视机、电梯等）的操作可靠性，必须确保变频器晶体管的开关操作不会造成对其它电力/电子部件的干扰。
     降低干扰危险最简便的办法就是安装一个配备集成无线电频率干扰滤波器的变频器，该滤波器应符合“EN61800-3 一类环境无限制分布规定”或“EN61800-3 一类环境限制分布规定”并且遵守制造商的安装指导方针。由制造商设计安装的配备集成无线电频率干扰滤波器的变频器的性能已获得公认，改变了以前必须依靠专业技术人员才能正确安装一个独立的外部无线电频率干扰滤波器的复杂的做法。
     本电磁兼容性标准相对而言较新，取代了先前采用的EN55011标准。“一类环境”定义包含民用建筑，建议用于酒店安装，以确保客房内设备的操作可靠性。建议使用“无限制分布”定义，因为该定义要求变频器自身必须具备更佳的电磁兼容性能，而非依靠安装人员的电磁兼容性安装技术。如果安装人员确实具备合格的电磁兼容性安装技术，则允许规定采用“限制分布”。
     EN55011过去常常指定EN55011标准1A类性能，在新标准中的对应性能标准为“EN61800-3标准一类环境无限制分布规定”。
     如果指定变频器的电磁兼容性能，则应定义另一个极重要的因素，即：电机电缆长度，变频器应符合此标准。对任何变频器而言，电机电缆越长，无线电频率干扰性能越差。如果变频器符合EN61800-3标准一类环境规定，则应配备30米长的电机电缆，如果该电缆为40米，则不符合该规定。如果电机电缆长度在设计阶段便已知晓，则可予以制定；如果未知，则应发表一份一般声明，要求所有酒店标准设备均应符合EN61800-3标准一类环境无限制分布规定配备50米电机电缆或EN61800-3标准一类环境限制分布规定配备50米电机电缆。（牢记：“无限制”或“限制”定义取决于安装人员的电磁兼容性能力。）
     谐波：
     变频器属非线性电力装置，和其它大部分现代电子装置相类似。也就是说，这些装置在电力供应系统中充当谐波电流源的角色。谐波电流可增加RMS电流数值，从而增加电缆、电源变压器和其它配电装置内的电流损耗。这样一来可能会引起另一种形式的电干扰现象，就是所谓的谐波电压畸变。最简单的避免方法就是确保变频器内部配备一个谐波滤波器（例如：直流电抗器）。暖通空调系统专用的大多数变频器均将配备该滤波器或是将其作为选件提供。如果未配备该滤波器，变频器可能会导致谐波电压畸变过量，以至影响同一个变压器所连接的其它耗电设备，这在多住户式的商业大楼中是一个尤为需要关注的问题。显然，正如无线电频率干扰滤波器一样，如果电抗器内置安装于变频器内，则可在安装过程中同时节省时间和成本。此外，如果变频器配备这样一个谐波滤波器，其RMS输入电流会比未配备该谐波过滤其的变频器来的低。因此，也可选择尺寸更小的熔丝和电缆，这样便可以进一步节省成本。|||

     暖通空调系统功能：
     变频器在暖通空调系统中的应用还包括以下部分或全部特点：
     • 电机低噪声运行– 这一点在电机驱动AHU风机时尤为重要，因为噪音会影响管道系统的运行情况，也会为酒店房客带来烦恼。冷却塔风机发出的电机噪音也可能会引起酒店房客反感，尤其是在晚上。
     • 快速起动可靠 – 尽管风机（例如：冷却塔风机）可能会关闭，但是仍然很有可能会在自然空气对流的作用下发生旋转。如果变频器未配备“飞车起动”这一功能，那么在起动风机时，很有可能会对风机及其机械连接件造成机械冲击，加速磨损甚至引起断裂，还会增大电机电流，从而使变频器发生跳闸或损坏。如果暖通空调系统专用的变频器配备快速起动功能，就能在任何速度及方向条件下“停住”正在旋转的风机叶片，然后再控制其平稳起动。
     • 自动能量优化 – 部分暖通空调系统专用变频器具备本功能。本功能可用于电机在轻载运行时自动优化励磁效果。如果变频器具有自动能量优化功能，能比不具备该功能的变频器多节省5-10%的能源，并且可以对轻载状态下电机功率因数不足的情况进行自动补偿。
     • 自带[手动]-[停止]-[自动]按钮：如果配备这些按钮，则无须在配电盘/控制柜上安装这些控制按钮，可以简化现场操作既调试工作。
     • 能够以工程单位显示电机电流、kWh、压力和/或相关的温度值。
     • 风机皮带断裂检测 – 本功能内置于变频器内，这样一来便无须在风机处安装压力差开关，用以检测AHU中的气流情况。
     暖通空调系统专用的智能型变频器用于分布式楼宇管理系统中：
     正如上述章节所述，专用变频器配备所有必需的相关功能，无需在系统中安装其它部件，可因此节省成本。如果使用高级接口（串行通信）进一步集成到变频器并将变频器与楼宇管理系统（BMS）一体化，可进一步降低系统的初期成本。这样一来，再加上运行及维护成本的降低，在5年内可以获得至少等于4倍初期成本的收益。
     可使用一根串行通信电缆将暖通空调系统专用的变频器与楼宇管理系统连接起来。如果使用暖通空调系统协议，例如：LonWorks、BACnet和Metasys N2，可通过该单根电缆监控很多个点，从而将硬件I/O接口的数量降到最少，同时将相关的施工成本及调试成本降到最低。安装及调试成本也因此降低，而楼宇管理系统处理的信息量却能随之增加。
     通常，如果无需再用硬连线系统中的模拟和数字I/O接口对变频器进行控制和监控，则可将该变频器I/O接口用作楼宇管理系统的专用I/O接口。即使未用于初期设计，该

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