上海雷诺尔电气有限公司RNB3000系列变频器在中央空调系统中的应用
 

 
        引言
        当前，能源问题正成为世界各国最关心的问题，许多国家开始对能源大户实施严格的能耗指标控制。最近几年的夏季，我国许多城市都出现了由于用电紧张，供电部门被迫实施强制性错峰让电的现象，严重影响了居民的正常生活和企业的生产经营。因此节能问题刻不容缓，中央空调系统已广泛应用于工业与民用领域。据统计，中央空调的用电量占各类大厦总用电量的70%以上，积极开展节能技术的研发正在成为国家政策导向及空调行业倾力发展的技术方向。中央空调主要是由风机和水泵组成，采用变频调速技术不仅能使用户室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，更重要的是其节能效果高达30%以上，能带来良好的经济效益。随着电力电子技术的飞速发展，各种通用变频器的大规模成熟应用，其功能也越来越强，充分利用变频器内置的各种功能，使这种解决成为现实可能。
 一、RNB3000变频器的特点：
        雷诺尔 RNB3000系列变频器是上海雷诺尔电气有限公司采用全新的空间矢量技术和特有的软件死区补偿技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能通用变频器。它具有优良的速度控制和转矩控制特性,完整的保护功能以及灵活的编程能力和较高的可靠性。
        主要技术数据：
        功率范围：3.7——315kW
        电源电压：380VAC 3相±20%； 
        电源频率：50/60Hz
        控制连接：  2个模拟输入： 电压输入Vg（0—10V），电流输入Ig（0—10mA或4—20 mA）；
        2个可编程的模拟输出： 0—10V输出，4—20mA输出；
        6个数字输入：3个电机运行控制输入和3个可编程数字输入实现八段用户可编程运行方式，电动电位器设定模式；
        3个的数字输出： 1个故障输出和2路可编程数字输出。
        控制方式：  选择开环V-F控制；
        选择PID闭环控制。采用内置PID调节方式时，反馈由外端子Vg或Ig给出。
        连续负载能力：150% Ie，1分钟
        串行通讯能力：标准的RS—485接口可使变频器方便地与计算机—PLC连接。
        保护特性：过流保护、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、接地保护、电机过载保护、串行通讯故障保护等。
        外型结构紧凑，安装方便。产品经过多种电气安全规范认证及质量认证体系ISO9001等。
        变频器独特的空间矢量算法和软件死区补偿技术保证在最低开关损耗前提下实现低频大转矩，最大限度地保证低频条件下的平稳转矩特性，高效率电网电压利用率及优化的正弦波输出，使电机工作噪音降低，发热减少，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，无需速度反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。
        自动节能运行：独特的软件功率因数调节，根据负载的变化，动态调节功率因数，节省更多的能源。
        电压波动抑制：动态自动电压控制（AVC）功能确保输入电压波动±30％时，输出电压波动小于±5％。
        RNB3000系列变频器内置PID调节器，PID调节控制对象的传感器等检测控制量（反馈量）由模拟输入通道给定，目标值（温度、压力、流量等）由数字无量纲设定最大值（0—9999）给定。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使目标量的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证反馈信号值的准确、不失真，可对该信号设置滤波系数，使系统的调试非常简单、方便。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程， PLC仅采用一个开关量输入/输出的即可，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。所以采用带有内置PID功能的变频器应用于中央空调系统，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。
二、中央空调系统的构成及原理
        它主要由制冷机、冷却水循环系统、冷冻水循环系统、风机盘管系统和散热水塔组成。
        制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带来热量的冷却水泵到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。
由于中央空调系统中都是各种风机、泵类负载，由流体力学原理可知功率与转速关系；P ~ N 3，故应用变频后节能效果显著。表1列出风机、泵类负载应用变频器后，不同流量Q、转速N、轴功率P（额定值的相对百分数）在某频率值时的节能率。
 
    表1  在某频率时的节能率
 
流量Q（%） 100 90 80 70 60 50 40 
转速N（%） 100 90 80 70 60 50 40 
频率值（Hz） 50 45 40 35 30 25 20 
轴功率P（%） 100 73 51 34 22 13 6.5 
节能率（%） 0 27 49 66 78 87 93.5 

 
三、中央空调变频调速系统的基本控制方案
        中央空调系统的外部热交换由2个循环水系统：冷却水循环和冷冻水循环系统来完成。循环水系统的回水与进（出）水温差反映了需要进行热交换的热量。因此，根据回水与进（出）水温差来控制循环水的流动速度，从而控制了热交换的速度，是比较合理的控制方法。
        1．冷冻水循环系统的控制
        由于冷冻水出水温度取决于蒸发器的运行参数，通常是比较稳定的。因此，单是回水温度的高低就足以反映房间的温度，只需控制回水的温度T1，即可控