冷冻泵的变频器怎么实现自动变频功能

水泵变频调速的节电原理

采用变频技术控制水泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的最有效途径之一，图(2)和图(3)绘出阀门调节和变频调速控制两种状态的压力-流量（H-Q）关系及功率-流量（P-Q）关系。

图(2) H- Q图(3) P- Q

图(2)、曲线1是水泵在额定转速下的H-Q曲线，曲线2是水泵在某一较低速度下的H-Q曲线，曲线3是阀门开度最大时的管路H-Q曲线，曲线4是某一较小阀门开度下的管路H-Q曲线，可以看出，当实际工况流量由Q1下降到Q2，如果在水泵以额定转速运行的条件下调节阀门开度，则工况点沿曲线1由A到B；如果在阀门开度最大的 条件下采用变频调节水泵转速，则工况点曲线3由A点移动C点，显然B点与C点的流量相同，但B点的压力比C点的压力要高很多。

图(3)、中曲线5为变频控制水泵调速运转方式下的P-Q曲线，曲线6为阀门调节方式下的P-Q曲线，曲线6为阀门调节方式下的P-Q曲线，可以看出在相同流量下，变频控制方式比阀门调节方式能耗小，根据离心泵的特性曲线公式

P=QHR/102η 式 （1）

式中：P－ 泵使用工况轴功率（KW）

Q－ 工况点的水压或流量（m³/S）

H－ 工况点的扬程

R－ 输出介质单位体积重量（Kg/ m³）

η－ 泵功率

根据公式（1）可知运行在B点泵的轴功率为：PB＝Q2H2R/102η

C点泵的轴功率为：Pc＝Q2H3R/102η

两者之差为η：ΔP=PB-PC=Q2(H2-H3)R/102η

也就是说，用阀门控制流量时，有ΔP功率被浪费掉了，并且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加，而且转速控制时，由流体力学可知，流量与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比、功率P与转速的立方成正比。即

Q/Qe=N/Ne H/He=(N/Ne)² P/Pe=(N/Ne)³ 式（2）

式中：Qe-额定流量

He-额定压力

Pe-额定功率

Ne-额定转速

由上面的公式可知，如果泵类负载的效率一定，当要求调节流量下降时，转速可成正比例下降，此时水泵的轴功率与之成立方倍关系下降。

由上述流体传输设备水泵、风机的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的功率。例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=403/503=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。见图(4)

图(4)

由以上内容可以看出，用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。中央空调系统在设计时是按现场最大冷量需求量来考虑的，其冷却泵，冷冻泵按单台设备的最大工况来考虑的，在实际使用中有90%多的时间，冷却泵、冷冻泵都工作在非满载状态下。而用阀门、自动阀调节不仅增大了系统节流损失，而且由于对空调的调节是阶段性的，造成整个空调系统工作在波动状态；而通过在冷却泵、冷冻泵上加装变频器则可一劳永逸地解决该问题，还可实现自动控制，并可通过变频节能收回投资。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，并延长机组及网管的使用寿命。

由于系统中的许多环节，特别是温度、水泵、冷水管道、都存在着非线性，故变频节能系统的调节方式一般采用的PID调节方式。从PID控制的原理可知，带有积分（I）调节器的系统，具有很高的稳定精度，再由于水系统中的瞬间扰动不大，实际中可仅采用PI调节方式。冷冻和冷却水系统温度有变化时，PID闭环会对出现的偏差进行不断的修正，使变频器根据PI调节器或内置PID运算不断地进行调节（加速或减速），使水泵工作在最佳工作状态。

我们在系统设计时采用闭环PID调节方式，并结合模糊控制理论的最新成果。模拟人的思维方式，对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制；模糊智能控制不会出现超调现象（见上图），故系统的节电率会有所提高；当系统有干扰信号时，能快速响应外部扰动（见上图），因此模糊系统抗干扰能力很强；中央空调的水泵变频运行采用模糊数字控制后，其智能化程度会进一步提高、系统的抗干扰能力会得到加强、节能效果也会有所提高。

变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变设备的工作点，变速调节中没有附加阻力，是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率，从而实现对交流电机的无级调速。泵和风机采用变速调节时，其效率几乎不变，流量随转速按一次方规律变化，而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节，可以降低泵和风机的噪声，减轻磨损，延长使用寿命。

可参考我文库里的文章：http://wenku.baidu.com/view/042cbf146c175f0e7cd137a3.html

现代大厦都采用集中供冷（水），而分散的中央空调机组和众多的风机盘管，随时都在调节过程中，冷冻水的使用量也在不断变化。在供水管和回水管之间加装一只压差传感器，将压差数值转换成标准信号，送到微处理器，该数据经处理系统计算并与设定压力值比较后，给出比例调节（PID）后的输出频率，以改变水泵电动机的转速，从而来控制供回水管之间的压差恒定，形成一个完整的闭环控制系统。当管道用水量加大时，管道内的压差下降，通过控制回路使变频器输出频率上升，电动机转速上升，使管道内的压差回升至设定值；反之，频率会降低，管道内的压差回落，从而使冷冻水循环泵的转速（即改变冷冻水流量）跟踪冷冻水的需求量而变化，更好地解决压差平衡，最终达到供回水压差恒定的目的。冷冻水水多台，示所2 图成，如组水泵环循多台由可系统循泵处于并联工作，配置一台智能控制器，实现一台电动机在变频方式下工作，其余几台电动机在工频状态下工作。

图2 冷冻水循环水泵控制电路

在工频多泵并联+ 变频恒压供水系统中，当冷冻水的用水流量小于一台水泵在工频恒压条件下的流量时，则由一台变频水泵调速恒压供水，当冷冻水用水流量增大时，变频泵的转速自动上升；当变频泵的工作频率上升至50Hz 仍达不到设定压差时，变频供水控制器将自动启动一台工频水泵投入工作，这时变频水泵和工频水泵并联工作，工频水泵提供恒定的流量(工频转速恒压下的流量)，变频水泵转速将随着用水流量的大小而变化，从而调节供水量如果用水量继续增加，则其余各并联工频水泵将按相同的原理相继投入运行。当冷冻水用水流量下降时，管道压差提高，变频调速泵的转速下降，当频率降低到一定值（如10Hz）时并经一定延时后，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一台工频水泵供水；如果用水流量继续下降，变频调速泵的频率再一次低到10 Hz ，则再切出一台运行在工频的循环泵；其余各并联工频水泵将按相同的原理相继退出运行。当用水流量接近于零，变频水泵处于自动停止状态 ，从而可以做到不用水时没有能量损耗，具有最佳的节能效果。为了减少工频泵自动投入或退出时的冲击(水力或电流冲击)，所有水泵都具有软启动功能，变频控制器能够自动控制电动机转速的上升，下降。在投入时，变频水泵的转速自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在退出时，变频泵的转速应自动上升，然后慢慢下降以满足恒压供水的要求。

2.2 在补水定压装置中的应用

变频调速控制的补水系统如图3 所示，该系统由回水压力传感器、变频器、补水泵和装在循环泵房内的软水箱等组成，这些设备组成一个闭环系统。当循环系统的压力值设定后，如果系统有瞬时水量损失时，压力传感器的压力值将下降，导致变频器的输出频率增高，使补水泵转速增大，从而使循环水系统补水点压力恒定在系统要求的静水压力值上。该系统具有水泵运转低速平稳，使用可靠，寿命长的特点。

图3 补水定压装置原理框图

2.3 在楼宇自动化恒压供水中的应用

恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式，以保障住宅建筑的自动恒压供水。该系统的结构框图如图4 所示，由电动机变频调速装置与可编程控制器(PLC) 构成控制系统。系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时地将压力、流量转换为电信号，输入至可编程控制器的输入模块，信号经CPU 运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，对恒压供水进行优化控制，自动控制电动机的投运台数和电动机的转速，从而使给水总管压力稳定在设定的压力值上。

图4 楼宇自动化恒压供水原理框图

2.4 在楼宇消防给水设备中的应用

楼宇消防给水系统如图5 所示, 消防水管路系统中的水压应始终保持在一定的压力值，图5 中的1 号泵和2 号泵为变频稳压泵，3 号泵和4 号泵为大功率消防泵。平时压力传感器对管路上水压进行检测，检测的信号送至控制器，再由变频器控制1、2 号泵交替工作。水泵的转速始终跟踪设定的消防压力值，从而保证平时稳定的消防压力值。当出现火警打开消防栓时，通过控制器启动3 号或4 号消防泵（3 号、4 号互为备用）开始工作，提供较大的消防用水。

图5 楼宇消防给水系统原理框图

2.5 在排风机中的应用

地下停车场（库）的换气控制系统如图6 所示， ，排风机的排风量要求是根据换气次数标准计算出来的，它必须满足“最大需求量”原则。但事实上一个环境的排风量并不是一个定数。地下停车场（库），在不同时段的停车量是变化的，即废气的排放量时刻在变化。该系统采用CO2 传感器检测车库空气质量，并由控制系统控制变频器输出，以改变风机的转速，从而改变排风量的大小，风机无须始终运行在高速排风状态，这样既节省能源也减少了噪音污染。

图6 排风机控制系统原理框图

呵呵，施工单位的一份工程联系单提出将原冷冻水泵控制柜由软启动改为变频，不是变频运行，而是变频启动装置啊，与流量是否固定无关啊。其实这就是施工单位玩的文字游戏，软启动本身就包含变频启动，并且现在大多数软启动设备本身就是利用变频来启动滴。

冷水机的制冷过程其中就是一个热量转换，换热的过程，本质是利用机械在不同的换热器中运作，生产出冷冻水。一、监测系统运行状态1、风冷冷水机/水冷冷水机/螺杆式冷水机/低温冷水机等机组的运行参数：比如它们的运行状态、过载报警、压缩机电动机电流及冷水机组的负载等2、冷冻水流量，供、回水温度，供、回水压差，冷却水供、回水温度。3、冷冻水、冷却水开关阀的运行状态、实际水流状态。4、冷冻水、冷却水水泵及开关阀的运行状态、过载报警、实际水流状态。5、冷却塔各风机的运行状态、过载报警，液位、水温、压力等。6、调节阀的开度。二、按照程序控制的顺序自动开/关冷水机组、水泵、冷却塔及相应的开关阀，也可由操作人员通过计算机远程操作各台设备的启停或开关，自动/远程方式可切换。三、根据预先设定的日程表的安排，自动顺序开启或关闭冷水机组、水泵及相关设备。四、根据冷冻水供、回水压差自动调节冷冻水差压旁通阀。五、根据冷冻水流量及供、回水温度计算实际运行状态下冷水机组应启动台数。六、累积各设备运行时间，开列保养及维修报告，所有参数及状态LED或中文液晶显示等。

工程方案要选择：1、传统制冷剂沸点在：-30℃以下（制冷剂R22 沸点: -40.8 ℃），用一回路温控要做好不容易，要“控制在30度左右”，实现很难；温控需要专业设计（要求参照空调）2、或开发新的满足系统要求的制冷剂，至少在沸点，安全（电，火），满足系统的要求；3、安全上需要报警和控制系统；4、传统一回路的水冷系统最冷处就是CPU处，温差控制不好，结露结霜，系统短路危险；

中央空调水泵加变频器，首先要保证水泵是变频泵才可以。如果不是变频泵加了变频器并不能节能。并且还有可能导致水泵因为启动困难而烧毁。如果水泵是变频泵，直接在水泵配电柜内加变频器那一套设备就可以了。