变频器在暖通空调系统中的应用探讨

张倩

摘要：随着社会经济的不断发展进步，人们的生活水平也在提高，对生活质量的要求也在逐年提高，暖通空调作为改善生活环境质量的重要设备，如何在满足人们舒适需求的同时实现节能环保，越来越成为人们关注的焦点，变频器在暖通空调中的应用可以达到良好的节能效果。

关键词：变频器；暖通空调系统；应用；

引言

变频器，也称为变频驱动器或驱动控制器，是一种可以调节速度的驱动系统，在实际操作中，变频驱动技术用于控制和改变电机运行的电压频率或振幅，在变频器出现之前的工程中，电压频率或振幅的变化是通过调整直流电机的速度来实现的，变频器的开发不仅改进了旧的传统方法，减少了设备占地面积，延长了使用寿命，将变频器应用于暖通空调系统可以获得良好的节能效果。

1.变频器的相关概述

1.1变频器的定义

变频器是一种功率控制装置，它利用功率半导体器件的开关效应来改变电机工作电源的频率模式，以控制交流电机的运行。变频器主要由整流器（交流到直流）、滤波器、逆变器（直流到交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理器单元等组成，变频器的形式多种多样，暖通空调领域的节能主要表现在风机和水泵的应用上。

1.2变频器容量的确定

变频器的容量选择应基于变频器所在设备的实际负载计算功率或点功率，以及计划携带的设备的电力，同时，变频器的容量选择还应注意以下几个方面：

首先电动机的比容量主要根据其实际发热情况确定，然而，在使用电动机的过程中，可以允许在短时间内过载，通常限制在几分钟或更长时间内，一般变频器的过载能力保持在150%左右，过载时间可以在1分钟内，对于暖通空调系统中的风机和水泵变频器，其过载能力低于普通变频器，通常在120%左右，过载时间也允许在1分钟内，此外，由于暖通空调系统的水系统流量的变化，很容易导致电机短期过载，因此，变频器的容量选择应充分考虑上述内容，并适当增加盈余以满足暖通空调系统的过载需求。基于此，暖通空调系统的变频器可以选择尽可能使用变频专用电机，以避免变频产生的高次谐波，降低电机的使用寿命。

其次变频器的长电缆在运行过程中，长电缆对地的耦合现象极有可能导致变频器输出不足，从而对暖通空调系统的正常运行产生不利影响，因此，暖通空调系统的变频器容量选择应尽量选择容量较大的变频器，或采取提高启动电压等科学措施，提高变频器的可靠性，还应注意的是，变频器和电机之间的距离应尽可能缩短，以避免耦合到地面。

第三变频器的使用要求很高，在高温、高海拔和高开关频率等特殊环境中，变频器的容量可能会降低，选择放大一个档位的变频器容量可以确保变频器即使在上述特殊环境下也能保持良好的性能。

最后绕线异步电动机的控制，由于电机本身的绕组阻抗较小，在变频器运行过程中很容易出现谐波电流过流，同样，将变频器的容量放大一个档位可以有效地避免上述问题。

2.变频器在暖通空调系统中的应用

变频器在暖通空调中的应用非常广泛，可以说，几乎所有的暖通空调系统都使用相应的变频器设备，暖通空调系统中的许多控制系统也使用相关的变频器设备，其应用对象主要包括以下四个方面：

2.1变频器在变风量控制系统中的应用

变风量控制是暖通空调系统中一个非常重要的方面，变频器的应用具有显著的优势，在使用变频器设备之前，通常的方法是改变交流电机的转速，这是一项非常复杂的任务，然而，改变交流电机的转速恰恰是可变风量控制的核心，这也表明在开发变频设备之前，控制空调系统的风量并不容易，变频设备的开发和应用有效地解决了这一问题，尤其是该设备应用后，可以确保暖通空调在最合适的外部温度和湿度环境下运行，避免其总是在高负荷下运行，大大节省了能源，根据相关研究数据，在暖通空调系统中应用变频设备，可以实现年均70%的风量，同时实现约50%的节能，由此可见，将变频设备应用于变风量控制系统中，可以取得良好的节能效果。

2.2变频器在变冷水量系统中的应用

变频冷水系统中使用变频器的主要原理是通过使用具有变频调速功能的二次泵变流量冷水系统来实现的，在暖通空调系统中，调节冷水量是一项非常重要的内容，合理调节冷水量可以达到较好的节能效果，然而，在过去，可变冷却水系统只在可变水量中发挥作用，很少涉及节能，通过在可变冷却水量系统中应用变频器，并使用具有变频功能的两级泵可变流量冷却水系统，可以在实现可变水量调节的同时实现节能，减少不必要的能量传输。

2.3变频器在冷却塔风机中的应用

暖通空调系统中另一个非常重要的控制设备是冷却塔风扇，它用于冷却在冷凝器中加热的冷却水的机械能，然后将其返回冷凝器吸收热量，最终达到循环吸热的目的，这也是暖通空调操作的原理。在这一点上，重要的是要注意如何合理控制冷却水的温度，使其能够达到最大的冷却和吸热需求，防止溶液结晶事故，从而危及暖通空调系统的正常运行，根据相关研究数据，使用变频设备可以有效调节冷却塔风机的转速，从而合理控制冷却水的温度，提高温度控制的准确性，确保暖通空调的安全稳定运行。

2.4变频空调器的相关应用

传统的暖通空调大部分控制都是使用开/关模式进行的，然而，这种控制方法的最大缺点是在操作过程中容易出现显著的温度波动，导致舒适性较差，在启动或关闭过程中会有大量的能源消耗，为了有效防止这种运行模式的弊端，变频空调应运而生，变频空调的工作原理是：首先利用传感器感应室内温度和湿度，然后利用相应的温度和湿度设置来调节室内温度，这种操作模式可以有效地控制设备在操作过程中的速度，此外，这种运行控制方法可以有效避免设备启动过程中消耗的大量能量。

3.变频器在暖通空调中应用的意义

3.1提高制冷效果

对于制冷空调系统，控制的目的是通过调节压缩机的速度来调节制冷系统的温度，空调制冷时，压缩机转速越快，其蒸发温度越低，相反，它也会降低蒸发器的温度，变频空调可以克服这一矛盾，如果使用定频空调，其制冷量通常会增加到所需温度以下，但此时压缩机转速较低，这会增加能量损失和功耗，此外，由于使用变频空调时压缩机转速较低，会增加空调室内机的运行阻力，增加空调的制冷功率，因此，变频空调就是要将恒定程度控制在一个更高的限度，以实现高效节能，当压缩机转速高于设定值（变频空调设定值）时，压缩机的启动电流会增加；即使变频空调长时间不停止制冷，也能保证室内机始终高速运转（空调负荷越高），压缩机不停机的制冷效果不会降低或降低；但由于采用了电流驱动的方式，变频空调可以实现连续制冷；变频空调可以实现频繁的制冷操作（压缩机需要变频器）；同时，无级变速可以满足空调负荷范围内的制冷运行要求，完善空调长期运行安全的保障措施。

3.2降低运行成本

（1）降低能耗：运行成本的降低取决于电气设备的技术和经济性能，即能源利用效率，例如，如果使用电动机变频空调，耗电量是运行空调所消耗电力资源的一半，这意味着节省的运营成本约占总耗电成本的三分之一；（2）节能效果：使用变频空调后，压缩机的运行成本是空调与电机结合时最大的成本节约点，将变频空调与电动机和空调系统串联使用，可以节省空调系统约20%-30%的电费；（3）运行成本：变频空调可自动调节温度、湿度等参数，实现环境温度舒适、加热速度稳定、噪音低、无污染、噪音值低等优点；并可根据空调系统所需的温度自动调节功率；空调机组的运行指标，如风速、蒸发量、风扇转速和制冷剂使用量，可以根据需求自动调整，节能效果明显；（4）维修保养费用：当空调系统运行中出现空调故障时，应及时进行维修保养，以确保正常的服务运行，然而，变频空调可以完全避免这些问题，并将产生的成本降至最低。

3.3提高产品质量

传统电机在低电压和低电流条件下容易过热，对电机造成严重损坏，通用电子控制设备限制了过电流和过冲引起的问题，并采用了软启动技术，电机功率因数接近0.5，具有较高的保护能力，同时，变频器的使用避免了电机在低电压和低电流条件下产生的过冲保护，从而提高了产品质量，对于变频空调设备，它有着广泛的应用，包括中央空调系统、分体空调系统和民用空调系统，然而，由于变频空调设备结构复杂，安装维护成本高，缺乏专业培训，许多设备无法广泛使用，传统的空调可以通过变频器使用电子控制部件进行控制，此外，变频空调还可以使用RS485通信接口，实现与其他控制单元的信息传输和控制，在应用变频器时，可以根据需要设置参数，以实现不同规格的风机、水泵和压缩机电机在不同速度下的不间断运行（例如变频风机在50Hz时自动关闭），变频器还可以设置自己的参数，并实现自动控制、定时等功能，以调节风扇转速和流量的输出功率因数，同时，变频器和电机控制器之间的通信和控制功能也可以通过变频器的内部控制器来实现。

3.4提高产品使用寿命

由于负载不平衡，过电流、欠电压、过热、缺相、接触不良等故障频繁发生，特别是对于一些低压设备，这种类型的故障更为常见，在这方面，可以使用变频器和控制系统电路的严格设计来防止这些故障的发生，例如，使用完全集成的高压电源箱，可以通过软件或硬件在没有电压源的情况下操作变频器，这种方法由于其无电压源工作的特点，可以大大降低变频器的维护和维修成本。

结束语

通过对变频器特性的分析，可以说明在暖通空调工程中使用变频器时有一个合理的变频区域，只有深入了解这些特性，才能更好地指导变频器在暖通空调系统中的应用，从而更合理地利用变频器在暖通系统中的节能效果，在实际工程应用中，还应注意暖通空调设备的变频与设备运行机组数量的统一考虑，在整个系统安全稳定运行的基础上，暖通空调系统可以实现更多的节能目标。

参考文献

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