暖通空调 (HVAC) 中如何使用驱动器和电机;变频驱动器 (VFD) 可以说是供暖、通风和空调 (HVAC) 系统中引入的最著名的能源管理工具之一。在过去 30 年左右的时间里,大量的可变负载应用都见证了 VFD 安装在风扇和泵电机上。
这一趋势背后的原因是比传统恒速驱动解决方案节能 50%或更多。在能源成本已成为企业和建筑业主主要关注的时代,节能 HVAC 解决方案的需求量很大。
VFD 解释
简而言之,VFD 是一种通过调节提供给电机的电力频率来控制交流电机转速的装置。在 VFD 的早期,电机功率是 HVAC 应用的限制因素,而噪音是另一个问题。然而如今,这些阻碍采用的障碍已基本消失。
现代 VFD 几乎可以安装在任何 HVAC 应用中,而就噪音而言,最新的驱动器在高于可听频谱的频率下运行,从而避免了之前电机叠片振动的问题,而振动反过来又会令人烦恼地传输到电机安装座。为了克服这些问题,变频器在 HVAC 系统中得到了广泛采用,从而促进了全世界的
节能和减少碳排放。只需将系统容量与全年实际负载相匹配,就可以实现电机能耗的大幅降低。
HVAC 应用中使用的大多数 VFD 都是采用正弦编码脉宽调制 (PWM) 技术的逆变器。这种类型的 VFD 通过使用二极管桥式整流器将输入的交流电转换为直流电来发挥作用。然后,VFD 将经过滤波、平滑的电压传递到设备的逆变部分,然后控制通过双极晶体管发送到电机的电压和频率。
HVAC 系统中的 VFD
那些认为节能是变频器唯一主要优点的人应该三思。还有更多优点,例如减少电机磨损。VFD 对电机施加非常低的频率和电压,将这两个参数稳定地提升到正常运行水平,从而延长电机的预期寿命。相反,不带 VFD 的电机在启动时会消耗高电流,从而在绕组中产生高温和应力升高。因此,过早失效更加常见。控制的准确性是VFD 技术在 HVAC 应用中
的另一个优势,这对于多层建筑来说是一个重要因素。此类结构往往依靠增压泵来维持所有楼层的生活供水压力。这在一定范围内通常是足够的,但无法与最新 VFD 的功能相比,最新 VFD 可以对更大范围的流量提供更精确的控制。
精度因素也适用于常用于在 HVAC 装置中分配空调空气的变风量风扇系统。
风扇系统和可变风量箱中的可变入口叶片系统是典型的控制配置,但这不如基于 VFD 的系统高效或精确。同样,可变制冷剂流量系统中部署的 VFD 可用于控制压缩机的运行速度以匹配负载,从而减少部分负载条件下的能源需求。
HVAC 中 VFD 与电机的关系
HVAC 应用中最常用的电机是感应电机;三相适用于商业/工业场所,单相适用于某些较小的装置。这些是 HVAC 系统核心运行功能的基础。电动机为鼓风机提供动力以移动空气;驱动压缩机压缩制冷剂,驱动泵输送水以用于冷冻水和热水应用。
可以将 VFD 应用于三相和单相电机,通常采用其额定速度的适当百分比(请参阅 VFD 制造商建议),以防止由于气流不足而导致电机过热的任何可能性。还应考虑操作因素,例如室内空气质量要求和空气分配要求。在 HVAC 应用中使用 VFD
几乎没有什么真正的缺点(如果有的话)。有些人可能会认为,由于信号周期的快速上升和下降,使用 PWM 控制电机速度会产生 EMI(电磁干扰)。
任何类型的干扰显然都是不受欢迎的,但可以采取简单的措施来抵消其影响。 例如,最大限度地缩短 VFD 和电机之间的电缆长度将带来显着的好处。长电缆产生反射电压的可能性更大。
在这里,建议使用最低的 VFD 载波频率,因为较低的频率有助于最大化 VFD 和电机之间电缆的潜在长度。 铠装电缆是对抗干扰的另一种明显策略,因为这可以保护系统组件免受高频电场的影响。
铜或铝是优选的屏蔽材料;钢的效果较差。进一步的策略包括使用单独的金属导管用于输入功率、输出功率、控制线和通信线。
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