基于變頻技術的中央空調冷卻水循環系統改造設計
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3 變頻調速改造設計
某建筑中央空調系統，其冷卻泵的拖動電機為30 kW，二備一用，冷卻塔為7．5 kW，一臺運行一臺備用，冷卻泵電機采用Y／△啟動方式，全年恒速運行。下面以該空調系統為例，對其冷卻水循環系統進行變頻節能改造設計。
3．1 改造方案
系統配置變頻器1臺，依次對冷卻泵的3臺電動機進行變頻控制。保留由市電供電，Y／△啟動的常規控制方式，安裝工頻／變頻切換裝置，防止變頻器發生故障時，系統能自動切換到市電進行工頻運行。系統選用一臺PLC對水泵電機變頻器等進行控制協調。
變頻器實現1拖3運行控制。當1號泵工作頻率上升，當已經達到額定頻率而水量仍不滿足時，PLC控制變頻器調入2號水泵投入變頻運行，如果還不滿足則2號水泵切換為工頻運行，接入3號泵投入變頻運行。反之，當用水量減少時，則3號泵降頻運行或者退出工作，然后2號泵依次降頻運行工作，完成一次減泵的循環。
中央空調系統的外部熱交換由兩個循環水系統來完成。循環水系統的回水與進(出)水溫度之差，反映了需要進行熱交換的熱量，因此根據回水與進(出)水溫度之差來控制循環水的流動速度，可以控制系統熱交換的速度。冷卻泵的變頻控制常以出水回水間的溫差作為控制依據，實現恒溫差控制。溫差大，說明冷凍機組產生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的循環速度及流量；溫差小，說明冷凍機組產生熱量小，可以降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的循環速度及流量，從而達到節能目的。本文引用地址：http://www.104case.com/article/176808.htm
如圖1所示，可以在冷卻水出水回水管道靠近冷凝器出水及回水處安裝溫度傳感器，實時檢測管網的溫度并反饋送入變頻器內的PID調節器，控制變頻器改變輸出頻率。如圖3所示為PID調節溫度的閉環控制系統示意圖。一般冷卻水出水溫度保持在37℃，冷卻水回水溫度保持在32～28℃，出水回水的溫差設定為5～7℃。當冷卻水出水回水溫差高于溫差上限設定值7℃時，頻率直接優先上調至上限頻率。當冷卻水出水回水溫差低于溫差下限設定值5℃時，頻率直接優先下調至下限頻率。當冷卻水出水回水溫差介于溫差下限設定值與溫差上限設定值時，通過對冷卻水出水溫度及溫度上、下限設定值進行PID計算，從而達到對頻率進行無級調速，通過調節循環水的熱交換速度，最終實現恒溫差控制。
3．2 電路設計
變頻器選擇FR-A540L-90K，其變頻器1控3的電路如圖4所示。KM1、KM3、KM5分別為電動機M1、M2、M3工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、KM2、KM4分別為電動機M1、M2、M3變頻運行時接通電源的控制接觸器。
PLC選用FXos-30MR-D型。PLC對冷卻水泵電機的控制接線如圖5所示。Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行。X0接起動按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的0L接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上／下限信號分別通過0L和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。
4 變頻調速后的節能分析
對于水泵類負載：其電機轉速n、流量Q、揚程H及軸功率P的關系如下：
Q1／Q2=n1／n2，H1／H2=(n1／n2)2，P1／P2=(n1／n2)3 (1)
式中：n1，n2——電機轉速；Q1，Q2——流量；H1，H2——揚程；P1，P2——軸功率。即流量、揚程、軸功率正比于轉速的一次方、平方、立方。根據上面的公式分析，如果能根據負載情況實時改變電機的轉速即可達到節能的目的。例如：當轉速降派到80％時，流量減少到80％，而軸功率卻下降到額定功率的(80％)3=51．2％，即節電48．8％，從而大大節約電能。顯然當通過降低轉速以減少流量來達到節流目的時，所消耗的功率將降低很多。
5 結束語
文中基于變頻控制原理，對中央空調冷卻水循環系統實施改造，克服了原傳統控制方案的不足，使整個中央空調系統處于最佳運行狀態，改造后的調速控制電路性能好、調速范圍大、調速精度高、運行安全可靠、電動機實現軟啟動、操作簡便、節能效果明顯，還大大降低對空調設備和電網的沖擊，延長了中央空調系統的使用壽命，具有良好的經濟效益，值得進一步的研究和推廣。本文的研究為設計或使用部門對中央空調的改造提供借鑒。
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