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1、 毕业设计任务书一、毕业设计题目中央空调冷却水变频调速系统设计二、设计目的1）掌握变频器的特性及应用2）掌握机电设备驱动装置控制设计方法3）掌握电气设备的安装调试方法三、设计要求 某宾馆中央空调系统，由三台15kW（转速为1450r/min）的冷却泵组成冷却系统，现改造为变频调速系统。四、完成的技术资料（1）设计图纸：方框图、原理图、安装接线图。（2）毕业设计说明书（10000字以上），主要内容：1）设计题目2）设计方案论证3）变频器选择说明4）控制原理说明5）安装调试说明6）材料明细表7）设计总结及改进意见、致谢等8）主要参考资料五、参考文献石秋洁主编.变频器应用基础.北京：机械工业出版社，
2、2003张燕宾编著.SPWM变频调速应用技术. 北京：机械工业出版社，2002张燕宾主编.变频应用实践. 北京：机械工业出版社，2000目 录第一章 前言第一节、变频器的发展 第二节、中央空调采用变频调速的意义和优点第二章 中央空调系统的组成及控制方案 第一节、中央空调系统的组成 第二节、调速系统的控制依据第三章 中央空调调速系统的设计第一节、系统的设计方案第二节、主电路及保护电路的设计第三节、控制电路及电器元器件的选择第四章 变频器的安装维护及注意事项第一节 变频器的安装第二节 安装时的注意事项第三节 维护注意事项第四节 日常检查与维护第五章 节能理论及经济效益分析第一节 变频调速的节能理论
3、第二节 经济效益分析第六章 元件明细表总结与致谢参考文献第一章 前 言第一节 变频器的发展变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置。变频器的问世，使电气领域发生了一场技术革命。即交流调速取代支流调速。交流电动机变频调速技术具有节能.改善工艺流程.提高产品质量和便于自动控制等诸多的优势，被国内外公认为最有发展前途的调速方式。三相交流异步电动机，由于转子侧的电流不从外部引入，而由电磁感应产生，故而具有结构简单牢固.体积小.重量轻.价格低廉.便于维护等优点，被受人们的青睐。与其他电动机相比，它在工农业设备中的占有率一直处于绝对领先的地位。另一方面，随着工农业生产的不断发展和进步，人
4、们对调速的要求越来越高。老系列龙门刨床的主拖动系统是其中一个诗人典型的例子。如图所示，为了得到良好的调速性能，主拖动电动机采用了他励直流电动机M，所需直流电源有直流发电机G提供，G又由三相交流异步电动机M1来拖动。M1同时还带动一台励磁发电机G1，向G和M的励磁电路以及控制电路提供直流电源。为了使M在调速过程中具有足够的机械特性，还配置了结构复杂而昂贵的电机扩大机。可见，为了满足生产机械对调速的要求，使在、设备变得十分复杂而庞大。 遗憾的是，长期以来，异步电动机在调速方面一直处于性能不佳的状态。虽然改变定子侧的电流频率就可以调节转速，是由异步电动机的基本原理所决定的，是和异步电动机“与生俱来”
5、的。然而，异步电灯后诞生于19世纪80年代，而变频调速技术发展到迅速普及的实用阶段，却是在20世纪80年代，整整经历了一个世纪！是什么原因使变频调速技术从愿望到实现经历长达百年之久呢？首先，从目前迅速普及的“交-直-交”变频器的基本结构来看，“交-直”（由交流变直流）的整流技术是很早就解决了的。而“直-交”（由直流变交流）的逆变过程实际是不同组合的开关交替地接通和关断的过程，它必须依赖于满足一定条件的开关器件。这些条件是： （1）.能承受足够大的电压和电流； （2）.允许长时间频繁地接通和关断；（3）.接通和关断的控制必须十分方便。直至20世纪70年代，电力晶闸管（GTR）的开发成功，才比较满
6、意地满足了上述条件，从而为变频调速技术的开发.发展和普及奠定了基础。20世纪80年代，又进一步开发成功了绝缘栅双极型晶闸管（IGBT），其工作频率比GTR提高了一个数量级，从而使变频调速技术又向前迈进了一步。目前，中小容量的新系列变频器中的逆变部分，已基本被IGBT垄断了。其次，由于电动机绕组中反电动势的大小是和频率成正比的，因此在改变频率的同时还必须改变电压，故变频器常简写成VVVF（Variable Voage Variable Frequency）.VVVF的实现，虽然不如逆变电路那样对于开关器件具有强烈的依赖性，但简化到足以推广普及的阶段，却是在20世纪70年代提出了正弦波脉宽调制技术
7、（SPWM）并不断完善之后。再其次，在不采取任何措施的情况下，异步电动机在变频（同时也变压）后的机械特性远逊色于直流电动机变压后的机械特性。这必将大大影响变频调速技术的应用范围。20世纪70年代末，矢量控制技术的提出和实现，使异步电动机变频后的机械特性达到了可以和直流电动机变压后的机械特性相媲美的程度。而比较建议的V/F控制变频器，也足以满足大多数负载的要求。与此同时，计算机技术和大规模集成电路的飞速发展，极大地简化了实施SPWM及矢量控制等复杂技术的方法，增强和扩展了变频器的功能 ，使变频器调速技术迅猛地发展起来。如上所述，交流电动机变频调速是近20年内发展起来的新技术，而在我国的普及应用，
8、则大约只有10余年。即使在这简短的10余年中，国内外变频器技术的进步也十分可观。在各种功能的设定方面，早期的模拟量设定早已被数字量设定所取代；设定的项目也由几十上升至几十个乃至近百个；逆变管逐渐由GTR更新为IGBT；变频器的容量已能做到数千伏安等等。在进入21世纪的今天，电力电子器件已从SI（硅）变换为SIC（碳化硅），这使电力电子器件进入到高电压大容量化.高频化.组件模块化.微小型化智能化和底成本化，多种适宜变频调速的新型电动机正在开发研制之中，IT技术的迅猛发展，以及控制理论的不断创新，这些与变频器相关的技术将影响其发展的趋势。1. 网络智能化智能化的变频器安装到系统后，不必进行那么多的
9、功能设定，就可以方便地操作使用，有明显的工作状态显示，而且能够实行故障诊断与故障排除，甚至可以进行部件自动转换。利用互联网可以遥控监视，实现多台变频器按工艺程序联动，形成最优化的变频器综合故障管理控制系统。2. 专门化根据某一类负载的特性，有针对性地制造专门化的变频器，这不但利于对负载的电动机进行经济有限的控制，而且可以降低制造成本。例如：风机.水泵专用变频器.起重机械专用变频器.电梯控制专用变频器 .张力控制变频器和空调专用变频器等。3. 一体化变频器将相关的功能部件，如参数辩识系统.PID调节器.PLC和通信单元等有选择地集成到内部组成一体化，不仅使功能增强，系统可靠性增加，而且可以有效缩
10、小系统体积，减少外部电路的连接。据报道，现在已经研制出变频器 和电动机的一体化组合机，从而使整体系统体积更小，控制更方便。4. 环保无公害保护环境，制造“绿色”产品是人类的新理念。今后的变频器将更注重于节能和低公害，即尽量减少使用过程中 的噪声和谐波对电网及其他电气设备的污染干扰。总之，变频器技术的发展趋势是朝着智能操作简便.功能健全.安全可靠.环保.低噪.低成本和小型化的方向发展。第二节.中央空调变频调速的意义及优点 中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场不可缺少的设施，据调查统计，目前不少中央空调的能耗几乎占了建筑总能耗的50%或更高，加上设计上存在“大马拉小车”的现象，支付中央空调所用电费是
11、用户一项巨大的开支。如何既能保障建筑内部的舒适环境，又能降低空调的能源消耗，一直是不少管理者们迫切盼望解决的一大难题，也成为建筑领域节能的一个重要课题。由于四季的变化，阴晴雨雪及白天与黑夜时，外界温度不同，使得中央空调的热负荷在绝大部分时间里远比设计负荷低。也就是说，中央空调实际大部分时间运行在低负荷状态下。据统计，67%的工程设计热负荷值为94-165W/m2，而实际上83%的工程热负荷只有58-93 W/m2，满负荷运行时间每年不超过10-20小时。在中央空调系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量是根据建筑物最大设计热负荷选定的，且留有一定的设计余量。在没有使用调速的系统中，水泵一年四季在工频状
12、态下全速运行，只好采用节流或回流的方式来调节流量，产生大量的节流或回流损失，且对水泵电机而言，由于它是在工频下全速运行，因此造成了能量的大大浪费。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。再因水泵采用的是Y-起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的34倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，容易对机械散
13、件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。实践证明，在中央空调的循环系统(冷却泵和冷冻泵)中接入变频系统，利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力的变化用来取代阀门控制流量，对其进行节能改造是降本增效的一条捷径。综上所述，为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，经市场调查与了解采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命， 这是因为变频器能根据冷冻水泵和冷却水泵负载变化随之调整水泵电机的转速，在满足中央空调系统正常工作的情况下使冷冻水泵和冷却水泵作出相应调节，以达到节能目的。水泵电机转速下降，电机从电网吸收的电能就会大
14、大减少。其减少的功耗P=P01-(N1/N0)3（1）式减少的流量Q=Q01-(N1/N0)（2）式其中N1为改变后的转速，N0为电机原来的转速，P0为原电机转速下的电机消耗功率，Q0为原电机转速下所产生的水泵流量。由上式可以看出流量的减少与转速减少的一次方成正比，但功耗的减少却与转速减少的三次方成正比。 如：假设原流量为100个单位，耗能也为100个单位，如果转速降低10个单位，由（2）式Q=Q01-(N1/N0)=1001-(90/100)=10可得出流量改变了10个单位，但功耗由（1）式P=P01-(N1/N0)3=1001-(90/100)3=27.1可以得出，功率将减少27.1个单位
15、，即比原来减少27.1%。 再因变频器是软启动方式，采用变频器控制电机后，电机在起动时及运转过程中均无冲击电流，而冲击电流是影响接触器、电机使用寿命最主要、最直接的因素，同时采用变频器控制电机后还可避免水垂现象，因此可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计中央空调冷却水的变频调速阐述变频器与智能化中央空调(冷却站)系统的关系. 变频器在工业控制方面的应用越来越广泛，它具有功能强大、使用可靠、节能、使用方便等优点，而且在很多地方已经逐步取代了工频控制，与此同时，智能化中央空调也正被广泛地应用,在将其俩双双结合的情况下,不仅促进了科技的发展,也提高了人民生活水平。第二章 中央空调系统的组成及控制方案
