水泵、风机、中央空调的变频调速基础
水泵的变频调速
水泵供水的主要参数：
流量(Q)：指单位时间内流过管道内某一截面的水量。
扬程(H)：单位质量的水被水泵上扬时所获得的能量，称为扬程。常用单位是m。
全扬程(HT)：全扬程也称为总扬程或水泵的扬程。它是说明水泵的泵水能力的物理量，包括把水从水池的水面上扬到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量。
实际扬程(HB)：实际扬程即通过水泵实际提高的水位所需的能量。
损失扬程(HL)：损失扬程为全扬程与实际扬程之差。
管阻(R)：管阻是表示管道系统（包括水管、阀门等）对水流阻力的物理量。
压力(p)：压力是表明供水系统中某个位置（某一点）水压的物理量。
转速控制法的优点
供水功率：在所需流量小于额定流量的情况下，转速控制时的扬程比阀门控制时小得多，所以转速控制方式所需的供水功率也比阀门控制方式小，这是变频调速供水系统具有节能效果的原因。
水泵的工作效率：与阀门控制方式相比，转速控制方式下水泵工作于高效率区，这是变频调速供水系统具有节能效果的第二个原因。
恒压供水系统的构成
变频器有两个控制信号：目标信号和反馈信号。
目标信号XT：即给定端VRF上得到的信号，该信号是一个与压力的控制目标相对应的值，通常用百分数表示。目标信号也可以由键盘直接给定，而不必通过外接电路来给定。
反馈信号XF：是压力变送器SP反馈回来的信号，该信号是一个反映实际压力的信号。
系统的工作过程：变频器一般都具有PID调节功能，其内部框图如图中的虚线框所示。
变频器的功能预置
最高频率：水泵属于二次方律负载，当转速超过其额定转速时，转矩将按平方规律增加。
上限频率：一般来说，上限频率可以设为额定频率，但有时也可预置得略低一些。
下限频率： 在供水系统中，转速过低，会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程），形成水泵“空转”的现象。所以在多数情况下，下限频率应定为30～35Hz。
起动频率：应适当预置起动频率，起动瞬间转矩足够大。
升速与降速时间：升速时间和降速时间可以适当地预置得长一些。降速时间只需和升速时间相等即可。
暂停（睡眠与苏醒）功能：在生活供水系统中，夜间的用水量常常是很少的，即使水泵在下限频率下运行，供水压力仍可能超过目标值，这时可使主水泵暂停运行。
风机的变频调速
风机的机械特性
离心式和轴流式风机：二次方律风机的机械特性具有二次方律负载的特点，如图所示，n表示风机转速，P表示风压，Q表示风量，T表示风机转矩，当风量从Q1增加到Q2时，转矩从TL1增加到TL2，转速从nL1增加到nL2，从其特性可知为二次方律负载。
恒转矩风机：主要是罗茨风机，其基本结构如图所示。罗茨风机的机械特性具有恒转矩的特点，其内部结构和特性曲线如图所示。
风机的主要参数和特性
风压(PF)：管路中单位面积上风的压力称为风压。
风量(QF)：即空气的流量，指单位时间内排出气体的总量。
风压特性：在转速不变的情况下，风压PF和风量QF之间的关系曲线称为风压特性曲线，风压特性与水泵的扬程特性相当，但在风量很小时，风压也较小。
风阻特性：在风门开度不变的情况下，风量与风压关系的曲线称为风阻特性，风阻特性与供水系统的管阻特性相当，形状也类似。
通风系统的工作点：风压特性与风阻特性的交点即为通风系统的工作点。
风量的调节方法
调节风门的开度： 转速不变，故风压特性也不变，风阻特性则随风门开度的改变而改变。
调节转速：风门开度不变，故风阻特性也不变，风压特性则随转速的改变而改变。
在所需风量相同的情况下，调节转速的方法所消耗的功率要小得多，其节能效果是十分显著的。
风机变频调速系统要点
控制方法：大多数采用开环控制方式。
V/f曲线类型：选择平方转矩曲线，如图（a）中曲线1或2所示；通过实验确定低频时的转矩补偿量，一般都不需要太大补偿量。
风机变频调速系统要点
升速和降速时间：风机的转动惯量很大，但起动和停止的次数极少，故升速和降速时间可尽量加长，使起动或加速电流限制在额定电流以内；也可防止出现降速或停机中出现直流侧过压。
升速和降速方式：半S方式，低速时转矩小可加快升降速速度。
上限频率、下限频率：平方转矩关系，为防止风机出现过载，需要限定上限频率；转速太低时风量太小，风机效率低，需要限定下限频率。
中央空调的变频调速
中央空调系统主要由冷冻主机与冷却水塔、外部热交换系统等部分组成。
冷冻主机与冷却水塔
冷冻主机：也叫制冷装置，是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。
冷却水塔：在制冷过程中必然会释放热量，使机组发热。冷却水塔用于为冷冻主机提供“冷却水”。冷却水在盘旋流过冷冻主机后，将带走冷冻主机所产生的热量，使冷冻主机降温。
冷却水循环系统：冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成了冷却水循环系统。冷冻主机在进行热交换、使冷冻水温冷却的同时，释放
出大量的热量，该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水送回到冷冻机组。
冷冻水循环系统：由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又变成冷冻水，如此循环。也叫制冷装置，是中央空调的“制冷源”，通往各个房间的循环水由冷冻主机进行“内部热交换”，降温为“冷冻水”。
盘管风机：用于将冷空气吹入房间。
冷却塔风机：用于降低冷却塔中的水温。
中央空调系统的工作过程是一个不断地进行热交换的能量转换过程。在这里，冷冻水和冷却水循环系统是能量的主要传递者。因此，对冷冻水和冷却水循环系统的控制便是中央空调控制系统的重要组成部分。
冷却水系统的变频调速
基本情况：冷却水的进水温度也就是冷却水塔内水的温度，它取决于环境温度和冷却风机的工作情况；回水温度主要取决于冷冻主机的发热情况，但还与进水温度有关。
温度控制：在进行温度控制时，需要注意为了保护冷冻主机，当回水的温度超过一定值后，整个空调系统必须进行保护性跳闸；在实行变频调速时，应预置一个下限工作频率。
温差控制：最能反映冷冻主机的发热情况、体现冷却效果的是冷却回水温度t0与冷却进水温度tA之间的“温差”Δt。
温差大，说明主机产生的热量多，应提高冷却泵的转速，加快冷却水的循环；反之，温差小，说明主机产生的热量少，可以适当降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环。
进水温度低时，应主要着眼于节能效果，温差的目标值可适当地高一点；而在进水温度高时，则必须保证冷却效果，温差的目标值应低一些。
控制方案：利用变频器内置的PID调节功能，兼顾节能效果和冷却效果的控制方案，如图所示。
反馈信号：是由温差控制器得到的与温差成正比的电流或电压信号。
目标信号：是一个与进水温度TA有关的，并与目标温差成正比的值。
冷冻水系统的变频调速
在冷冻水系统的变频调速方案中，提出的变频控制依据主要有两个：
压差控制：以出水压力和回水压力之间的压差作为控制依据。其基本考虑是：使最高楼层的冷冻水能够保持足够的压力，如图中虚线所示。
没有把环境温度变化的因素考虑进去。
平均转速低于额定转速的情况下，其节能效果将逊色于供水系统。
在冷冻水系统的变频调速方案中，提出的变频控制依据主要有两个：
温度或温差控制压差控制：根据回水温度进行控制。
没有把负荷情况考虑进来。
不能保证高层的冷冻水供水压力。
冷冻水系统变频调速的控制方案
压差为主、温度为辅的控制：以压差信号为反馈信号，进行恒压差控制。而压差的目标值可以在一定范围内根据回水温度进行适当调整。当房间温度较低时，使压差的目标值适当下降一些，减小冷冻泵的平均转速，提高节能效果。
温度（差）为主、压差为辅的控制：以温度（或温差）信号为反馈信号，进行恒温度（差）控制，而目标信号可以根据压差大小作适当调整。当压差偏高时，说明负荷较重，应适当提高目标信号，增加冷冻泵的平均转速，确保最高楼层具有足够的压力。
中央空调运行节能控制系统的组成
中央空调运行节能控制系统由中央空调主机调节、冷冻水调节、冷却水调节、新风调节、数据采集等子系统组成。通过对中央空调系统运行参数的监测，结合室温和末端温度的变化，控制中央空调系统变负荷运行，达到保证制冷（热）质量、降低电能消耗的目的。
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