畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、11 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目：變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 學(xué) 院： 克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化0931 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 開題時(shí)間： 2012年 3 月 1 日 目 錄摘要1第一章 引言1.1 課題的來源選題的目的及意義21.2 本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3第二章 中央空調(diào)的工作原理42.1 基本結(jié)構(gòu)52.2 水泵的變頻節(jié)能原理52.3 水泵的變頻節(jié)能方案5第三章 變頻器在空調(diào)中的應(yīng)用63.1 變頻技術(shù)介紹63.2 交流變頻和直流變頻的區(qū)別73.3 直流變頻85. 總結(jié)96參考文獻(xiàn)10摘 要上個(gè)世紀(jì),我國生產(chǎn)的電冰箱絕大多數(shù)是定轉(zhuǎn)速式電冰箱，由

2、于它處于全天工作，功耗及噪聲問題嚴(yán)重。而近幾年壓縮機(jī)采用了變頻技術(shù)，起動時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，可以徹底消除起動噪聲，節(jié)能效果明顯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無刷直流電動機(jī)控制技術(shù)逐步成熟，為其應(yīng)用于變頻冰箱壓縮機(jī)系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。加之市場競爭對冰箱節(jié)能、低噪聲提出的更高要求，使得無刷直流電動機(jī)應(yīng)用于冰箱壓縮機(jī)的技術(shù)成為可能。本文重點(diǎn)介紹這種變頻冰箱壓縮機(jī)的工作原理及無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：變頻冰箱,壓縮機(jī),無刷直流電動機(jī)11第一章 引言1.1課題的來源、選題的目的和意義變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用針對社會發(fā)展中出現(xiàn)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題選題研究，現(xiàn)如今的社會，講究環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展，如何在給人類

3、提供方便舒適的生活環(huán)境下而盡量的節(jié)約能源成為了社會的熱點(diǎn)話題，空調(diào)是現(xiàn)代化樓宇中不可缺少的一部分，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，中央空調(diào)的應(yīng)用會越來越廣泛。但是中央空調(diào)的能耗非常大，約占整個(gè)建筑總用電量的60%-70%。對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究、節(jié)能改造顯得尤為重要。由于設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-20設(shè)計(jì)余量，然而實(shí)際上絕大部分時(shí)間空調(diào)是不會運(yùn)行在滿負(fù)荷狀態(tài)下，存在較大的富余，所以節(jié)能的潛力就較大。1其中，冷凍主機(jī)可以根據(jù)負(fù)載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負(fù)載變化作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，存在很大的浪費(fèi)。水泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁

4、通調(diào)節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現(xiàn)象，不僅大量浪費(fèi)電能，而且還造成中央空調(diào)最末端達(dá)不到合理效果的情況。再因水泵采用的是y-起動方式，電機(jī)的起動電流均為其額定電流的34倍，一臺90kw的電動機(jī)其起動電流將達(dá)到500a，在如此大的電流沖擊下，接觸器、電機(jī)的使用壽命大大下降，同時(shí)，起動時(shí)的機(jī)械沖擊和停泵時(shí)水垂現(xiàn)象，容易對機(jī)械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件費(fèi)用。綜上，為了節(jié)約能源和費(fèi)用，需對水泵系統(tǒng)進(jìn)行改造，經(jīng)市場調(diào)查與了解采用成熟的變頻器來實(shí)現(xiàn)，以便達(dá)到節(jié)能和延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。這是因?yàn)樽冾l

5、器能根據(jù)冷凍水泵和冷卻水泵負(fù)載變化隨之調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在滿足中央空調(diào)系統(tǒng)正常工作的情況下使冷凍水泵和冷卻水泵作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能目的。1.2.本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀 中央空調(diào)在正常運(yùn)行時(shí)，需要根據(jù)室內(nèi)外的工作環(huán)境溫度、使用空調(diào)的空間大小和設(shè)定的溫度、冷卻水溫度的變化量等變量的變化，不斷調(diào)整自身的運(yùn)行狀況，從而實(shí)現(xiàn)既能保證空調(diào)的舒適性又能盡量降低能耗的雙重目標(biāo)。故此，中央空調(diào)的控制系統(tǒng)對于一個(gè)空調(diào)的性能起了至關(guān)重要的作用。 大部分中央空調(diào)的冷水機(jī)組基本都是由人工設(shè)定的鐘控裝置控制，系統(tǒng)定時(shí)啟動和定時(shí)關(guān)閉，每天長時(shí)間全開或者全關(guān)，輪流運(yùn)行，這樣對電網(wǎng)頻

6、繁的沖擊，不僅恒溫效果不佳，讓人感到不舒適，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的電能，工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方面的研究，在目前應(yīng)用的系統(tǒng)中往往偏重于設(shè)備的運(yùn)行控制管理辦法，具體的控制方法上，基本采用pid控制，具有一定的魯棒性，因?yàn)榈玫搅藦V泛的應(yīng)用2。1.2.2本課題在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢變頻節(jié)能空調(diào)近幾年來成為我國空調(diào)市場上的新寵，擁有變頻調(diào)速系統(tǒng)的中央空調(diào)能夠通過溫度反饋改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速使制冷量和環(huán)境達(dá)到一個(gè)平衡，具有更節(jié)能、更舒適、更環(huán)保的特點(diǎn)。變頻空調(diào)在日本的市場占有率已超過90%以上，在歐美等發(fā)達(dá)國家的市場占有率也超過50%。2009冷年以來，變頻空調(diào)在我國國內(nèi)市場的發(fā)展更是日新月異，銷售增速達(dá)5

7、6.24,銷量已占空調(diào)總銷量的17.33。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測,2010冷凍年度變頻空調(diào)市場份額有望達(dá)25。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電動機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考s4億多kw，其用電量占當(dāng)年全國發(fā)電量的60%70%，而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備裝機(jī)總功率達(dá)1.6億kw，年耗電量3200kwh，約占當(dāng)年全國電力消耗總量的1/3。而應(yīng)用變頻器節(jié)電率一般在20%60%，投資回收期13年，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。所以大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅是當(dāng)前推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量重要手段，而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。第二章 中央空調(diào)工作原理圖1-1 中央空調(diào)冷水機(jī)組系統(tǒng)組成圖1-2 制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)的原理圖 2.1 基本結(jié)構(gòu)由圖1-1可以看

8、出，中央空調(diào)的冷水機(jī)組主要有兩個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，即冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，壓縮機(jī)（圖1-2）不斷地從蒸發(fā)器中抽取制冷劑蒸汽，低壓制冷劑蒸汽在壓縮機(jī)內(nèi)部被壓縮為高壓蒸汽后進(jìn)入冷凝器中，制冷劑和冷卻水在冷凝器中進(jìn)行熱交換，制冷劑放熱后變?yōu)楦邏阂后w，通過熱力膨脹閥后，液態(tài)制冷劑壓力急劇下降，變?yōu)榈蛪阂簯B(tài)制冷劑后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中，低壓液態(tài)制冷劑通過與冷凍水的熱交換吸收冷凍水的熱量，冷凍水通過盤管吹出冷風(fēng)以達(dá)到降溫的目的，溫度升高了的循環(huán)水回到冷凍主機(jī)又成為了冷凍水，而變?yōu)榈蛪赫羝闹评鋭谕ㄟ^回氣管重新吸入壓縮機(jī)，開始新的一輪制冷循環(huán)。吧而冷卻水在與制冷劑完成熱交換之后，由冷卻水泵加壓

9、，通過冷卻水管道到達(dá)散熱塔與外界進(jìn)行熱交換，降溫后的冷卻水重新流入冷凍主機(jī)開始下一輪的循環(huán)。2.2水泵的變頻節(jié)能原理中央空調(diào)進(jìn)行熱交換的大小由冷凍水的流量控制，通常采用的流量控制方法有閥門控制和調(diào)述控制4。閥門控制是通過增加管道的阻抗而達(dá)到控制流量的目的，因而浪費(fèi)了能量，如果采用調(diào)速控制，冷凍水的流量由冷凍泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速決定，電機(jī)的耗電量決定于電機(jī)的輸出功率，輸出功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比，而電機(jī)轉(zhuǎn)速與供電頻率成正比，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速稍有下降，即稍微降低供電頻率，輸出功率將大幅度下降，若電機(jī)轉(zhuǎn)速能根據(jù)實(shí)際所需的熱交換量來調(diào)整，電機(jī)的功率將大大減少，從而顯著節(jié)約電能。2.3水泵的變頻節(jié)能改造方案3.3

10、.1節(jié)能改造方案選擇 （a）冷卻水系統(tǒng) （b）冷凍水系統(tǒng)圖1-3 循環(huán)水系統(tǒng) 冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷凍主機(jī)在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水送回到冷凍機(jī)組。回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度，形成溫差，所以對于冷卻泵，通過檢測進(jìn)水和回水的溫度差來實(shí)現(xiàn)恒溫差控制是可行的。溫差大，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量大，可以提高冷卻泵的轉(zhuǎn)速，增大冷卻水的循環(huán)速度；溫差小，說明冷凍機(jī)組產(chǎn)生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷卻水的循環(huán)速度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能

11、的目的。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水流經(jīng)所有的房間后回到冷凍主機(jī)。無疑，回水的溫度將高于出水的溫度，形成溫差。出水管和回水管上裝有檢測溫度的變送器。與plc和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水的溫差來控制泵的轉(zhuǎn)速也是可行的，回水溫度高，說明房間溫度高，應(yīng)該提高冷凍泵的轉(zhuǎn)速，加快冷凍水的循環(huán)速度。5反之，回水溫度低，說明房間溫度低，可降低冷凍泵的轉(zhuǎn)速，減緩冷凍水的循環(huán)速度，達(dá)到節(jié)約能源的目的。變頻控制原理圖如圖1-4所示6。圖1-4 中央空調(diào)變頻控制原理圖第三章 變頻器在空調(diào)中的應(yīng)用3.1變頻技術(shù)介紹：變頻器的基本概念 ：變頻技術(shù)是應(yīng)交流電動機(jī)無級調(diào)速的需要而產(chǎn)生的。變頻器是通過對電力半導(dǎo)體器件(如i

12、gbt)等的通斷控制，將電壓和頻率固定不變的交流電工頻電源，變換為電壓和頻率可變的交流電的電能控制裝置，為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（dc）。然后再把直流電（dc）變換為三相或單相交流電（ac），我們把實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（inverter）。 對于交直交型的變頻器來說，為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率。 首先要把工頻 (50hz或60hz)的交流電源，變換為直流電(dc)再轉(zhuǎn)換成各種頻率(0hz 50hz、0hz 60hz 及 0hz 400hz )的交流電，最終實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。交流電源220/50hz直流電310v左右變頻交流電40-180

13、v 20-120 hz變頻壓縮機(jī)變頻控制器的原理框圖如圖，它主要由以下部件組成：整流器，濾波器，功率逆變器。變頻器中的電腦控制系統(tǒng)，對各取樣點(diǎn)傳來的信號進(jìn)行分析處理，并經(jīng)內(nèi)部波形產(chǎn)生新的控制信號，再經(jīng)驅(qū)動放大去控制變頻開關(guān)，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的模擬三相交流電壓，供給壓縮機(jī)。 直3.2流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)的區(qū)別：通電轉(zhuǎn)換位置檢測電路交流變頻空調(diào)器是將工頻市電220v轉(zhuǎn)換為310v直流電源，并把它送到功率模塊。同時(shí)模塊受微電腦送來的控制信號控制，輸出頻率可變的電源電壓（合成波形近似正弦波），使壓縮機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源的頻率變化而變化，從而可控制壓縮機(jī)的排量，快速的調(diào)節(jié)制冷和制熱量。直流變頻空調(diào)同樣把

14、共頻市電220v轉(zhuǎn)換為直流電源，并送到功率模塊。變頻模塊每次導(dǎo)通兩個(gè)三極管（a+，a-不能同時(shí)導(dǎo)通，b+，b-不能同時(shí)導(dǎo)通，c+，c-不能同時(shí)導(dǎo)通），給兩線圈通以直流電，同時(shí)模塊受微電腦的控制，輸出電壓可變的直流電源（這里沒有逆變過程），并將直流電源送至壓縮機(jī)的直流電動機(jī)，控制壓縮機(jī)的排量。從圖（c）中可以看出，直流變頻相比交流變頻多一位置檢測電路，使的直流變頻的控制更精確。 3.3 直流變頻器的原理：直流變頻空調(diào)采用了無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)，其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。直流變頻控制器原理框圖如圖（c）所示。直流變頻空調(diào)的基本原理： 采用無刷直流電動機(jī)作為壓縮機(jī)的空調(diào)器稱為“直流變頻空

15、調(diào)”從概念上來說是不確切的，因?yàn)槲覀兌贾乐绷魇菦]有頻率的，也談不上變頻，但這已經(jīng)成為習(xí)慣，對于采用無刷直流壓縮機(jī)的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。無刷直流電動機(jī)：無刷直流電動機(jī)與普通的交流電動機(jī)或有刷電動機(jī)的最大區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是由稀土材料制成的永久磁鋼，定子采用整距集中繞線，簡單的說，就是把普通直流電動機(jī)由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子，把普通直流電動機(jī)需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉(zhuǎn)子變成定子。這樣，就可以省掉普通直流電動機(jī)所必須的電刷，而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機(jī)相似，所以把這種電動機(jī)稱為無刷直流電動機(jī)。無刷直流電動機(jī)既克服了傳統(tǒng)的直流電動機(jī)的一些缺陷，如電磁干擾大，噪聲大，火花，可靠性

16、差，壽命短，又具有交流電動機(jī)所不具有的一些優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行效率高，調(diào)速性能好，無渦流損失。所以，直流變頻空調(diào)相對于變頻空調(diào)而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。轉(zhuǎn)子位置檢測：由于無刷直流電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須實(shí)時(shí)檢測出永久轉(zhuǎn)子的位置，從而進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動控制，以驅(qū)動電動機(jī)換相，才能保證電動機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。無刷直流電動機(jī)的位置檢測通常有兩種方法：一是利用電動機(jī)內(nèi)部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；二是檢測出無刷直流電動機(jī)相電壓，利用相電壓的采樣信號進(jìn)行運(yùn)算后得出。在無刷直流電動機(jī)中總有兩相線圈通電，一相不通電，一般無法對通電線圈測出感應(yīng)電壓，因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號用于捕捉感應(yīng)電壓，通過專門設(shè)計(jì)

17、電子回路轉(zhuǎn)換，反過來給定子線圈施加方波電壓。由于后一種省掉了位置傳感器，所以直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)都采用后一種方法進(jìn)行電動機(jī)換相。 5總結(jié)；以上是本人對變頻器基本工作原理的一些闡述,結(jié)合變頻技術(shù)的特點(diǎn),闡明了變頻空調(diào)器的變頻工作原理。隨著變頻技術(shù)的進(jìn)一步提高和發(fā)展,更多的領(lǐng)域有待我們?nèi)ヌ接懞脱芯俊?.課題的進(jìn)度安排1、第一周：熟悉課題設(shè)計(jì)內(nèi)容查閱相關(guān)資料。 2、第二周：查找相關(guān)資料根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，列出設(shè)計(jì)大綱。 3、第三周：查找相關(guān)的外文資料，并翻譯成中文。4、第四周：組織相關(guān)資料，根據(jù)設(shè)計(jì)大綱，撰寫開題報(bào)告。 5、第五周：組織相關(guān)資料，撰寫緒論部分。6、第六周：檢查緒論部分，加強(qiáng)對plc相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。7、第七周：檢查開題報(bào)告和外文翻譯并做進(jìn)一步修改。8、第八周：繼續(xù)學(xué)習(xí)plc的相關(guān)理論。9、第十六周：重新組織論文結(jié)構(gòu)補(bǔ)充完善論文。10、第十七周：整理畢業(yè)論文及圖紙。11、第十八周：準(zhǔn)備答辯。6.主要參考文獻(xiàn)1 廖傳善.空調(diào)設(shè)備與節(jié)能系統(tǒng)控制m. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.2 孫增圻.智能控制理論與技術(shù)m. 北京：清華大學(xué)出版社，廣西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.3 吳繼紅.中央空調(diào)工程