空调末端控制系统自控元件的应用策略

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空调末端控制系统自控元件的应用策略

魏强! 沈沉

珠海格力电器股份有限公司

摘! 要! 随着制冷空调行业的发展 中央空调末端的自控元件应用问题已成为业界热点 本文从组合式空介绍末端空调控制系统的功能和控制系统划分 并从风控制系统入手介绍多风道恒风量气处理机组着眼

同时着重阐述电机 变频器等自控设备的实际应用问题及解决方案 控制思想

关键词! 空气处理机 自控元件 恒风量 变频器

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成了主机和末端两个大的方向 经过多年的发

末端已经成为一个拥有风机盘管 空气幕 全展

热新风交换机 组合式空气处理机组等产品的大

结构最为复杂 最家族 笔者将以功能最为强大

能代表当今高端末端设备发展方向的组合式空气

阐述空调末端的自控元件应用思处理机组为例

想及实际问题解决方案

组合式空气处理机组是空气处理的最主要设备之一 其自身不带冷 热源 是以冷 热水或蒸汽

用以完成对空气的过滤 净化 加热 冷为媒介

却 加湿 减湿 消声 新风处理等功能的箱体组合式空调机组 组合式空气处理机组的功能是藉由搭配不同功能的功能段实现的 标准的组合式空气处理机组的系统简图如! 所示

末端对空气的处理控制主要涵盖#个方面

包含风量控制 噪声抑制 空气洁" 风控制系统

净度控制等 包含制冷和加热

#温度控制系统

收稿日期 " $! " +$#+" !

作者简介 魏强 本科 工程师 研究方向为中央空调电气设计

过滤器 风机 表冷器 风阀 ! I " I #I *I

图#! 组合式空气处理机系统简图

包含加湿和减湿 这#个系统的$湿度控制系统

控制性能直接决定了组合式空气处理机组的性能优劣 以下将仅从风控制系统展开 论述该系统的控制思想和实际应用方案 #! 风控制系统

风控制系统是组合式空气处理机组内非常重

其作用主要是空气的输送 分配和净化要的系统

处理 一般风控制系统分为风机 含电机 变频

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魏强等! 空调末端控制系统自控元件的应用策略

*#E E *! !

器&风叶&皮带及皮带轮%和风道控制器$含风压传

#感器和风阀及其执行器%

#D #! 风机

风机是将电能转化为空气动能的设备#通常情况下它是组合式空调处理机组中耗能最大的部件" 因此风机系统除包含电机外还包含变频器等设备##D #D #! 电机

风机电机按电源可分为交流电机和直流电机#目前应用于末端设备的电机大部分是交流电定风量空调是指送风量全年固定不变#变风量空调则可根据室内负荷变化自动调节送风量#单风管的恒风量控制问题已经得到了相对比较完美的

/"

#但是" 组合式空气处理机组是一种大型的解决.

其送风风道可能不止一个" 需要其进行末端设备"

空气环境控制的区域也可能不止一个#那么多通道不等风量的恒风量系统控制就成为一个新的问题" 在考虑节能应用时这个问题会变得更为复杂

#

机#交流电机分为同步电机和异步电机#为了保证组合式空气处理机组的稳定和高效运行" 一般

采用交流异步电机.

!

/作为机组的主电机#同时在具体应用时" 还有可能增加Q ' , 热保护器和强冷风扇等辅助器件" 以提升其在特定使用条件下的性能及稳定性#D #D ! ! 变频器

变频器$F 1

备#变频器主要由整流$

交流变直流%&滤波&再次整流$

直流变交流%&制动单元&驱动单元&检测单元和微处理单元等组成#变频器可以根据电机的

实际需要提供其所需要的电源电压"

进而达到节能&

调速的目的#另外" 变频器还具有过流&过压&过载保护等保护功能#D ! ! 风道控制器

风道控制器指的是一系列可以监控风道中空气流量的控制器件#风道控制器主要包含风压传感器和风阀及其执行器#D ! D #! 风压传感器

风压传感器是压力传感器的分支" 主要是将风管中的压力或者压差转换为电信号送至上级控制器#其输出可以是标准的模拟量信号$*, $! ! $P 或者*, *! " $D &%" 也可以是数字量的触点信号#D ! D ! ! 风阀及其执行器

风阀执行器的主要功能是将控制器输出的电信

号转换为风阀的位置信号"

使风阀可以按要求开启&关闭或者稳定在特定开度上#同时" 风阀执行器具有弹簧复位和非弹簧复位" 种类型" 一般情况下要求在断电后仍可正常关闭的风阀需选择弹簧复位型风阀执行器#同时" 为了更好的监控风阀的工作" 风阀执行器应具备风阀位置反馈的功能#! 应用实例

末端空调系统可分为定风量和变风量系统#

图! ! 多风道送风系统示意图

从图" 可以看出" 如果应用周明等. " /的控制思

想" 那么多通道不等风量的恒风量系统控制基本

上是无法实现的#因为! " 周明等. "

/的控制思想是

基于单风道的控制" 对于多风道且风量大小不一

致的情况不适用' #周明等. " /的控制思想大多是开

环的且依靠实验数据和数学运算的思想#而对直接利用风管静压的自动恒风量控制系统的介绍较少#实际应用中" 由于现场安装和机组可能长时间运行"

实验数据和数学运算往往失真较大#因此这样一种开环控制方式的效果可能会大打折扣#为了解决多通道不等风量的恒风量系统的控制问题" 是不是可以从Q $控制思想入手" 以实际的风管风量为控制目标引入一种新的闭环控制方式呢3首先" 将上述风控制系统示意图转换为系统控制框图" 见图##

上面提到需要寻找的是一种以节能思想为导向的多风道恒风量控制系统#那么首先要说明送风系统中的能量损耗主要是哪些#送风系统的损耗主要可以分成#个部分! 风阀损耗&风管损耗和过滤器损耗#假设机组和风管维护良好" 那么风阀上的损耗将是送风系统损耗的最大组成部分#因此如何让风阀的损耗尽量小&风阀的开度尽量大就成了解决问题的关键#从图#可以看出! 每个区域的风量需求都不尽相同" 所以需要对在每个区域的风道上安装风阀&

风压传感器和用户设备接口$以方便用户所在区域调整送风量%#出风口的大小是确定的" 用户对于风量的调整实际上是在调整出风口的静压#可

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!

组的壳体特别是风机段和段与段接缝处进行加强设计" 使其机械自由度尽可能的小#同时" 如果电机组还有可能在特定的转速或者该机转速可调"

转速的倍速上产生共振#这时可以将这个转速和跳跃频率) " 使电机不其倍速对应的频率设置为(从而抑制共振#以这些转速工作"

电磁噪声! 电磁噪声一般是因电机电源被大功率电力电子设备污染或者电机本身就是由电力电子如变频器等%驱动产生的#对于前者" 可以在设备$

T T , 控制器' P 为风阀及其执行器' O 为送风口' Q 为风压传感器' , 为末端控制器' K 为用户设备接口$

如手操器等%#图E ! 多风道送风系统控制框图

以参考变风量系统静压控制. #

/的思想" 提出一种新

的控制方式!

" 将各个出风口的风量需求汇集至T , 机组主控制器" 选取出风量需求最大的送风口" 将其标定为目标送风口#

#将目标送风口的风阀开至最大" 同步以Q $方式调整风机的转速" 最终使该风口静压稳定在用户设定值上#

$其余风口根据风口静压的变化和用户设定值自行调整各自的风阀开度以保证风量恒定#%完成上述步骤后"

如发现有其他风口的风阀已经完全打开却并未达到用户设定的风量时" 则将其标定为新的目标送风口" 重新执行上述调整步骤#最后使各风口风量稳定在用户的设定值上#实际操作起来" 由于各部分的Q $环节相对独立" 第#步和第$步事实上是同时进行的" 这样系统的稳定性和快速性是完全可以保证的#同时" 可以预见应用此控制思想的送风系统"

风机会工作在可以满足风量需求的最低转速上" 风阀上的损耗也会被降至最低" 这样多风道系统的节能就实现了#! 实际问题与解决方式D #! 风机和电机的固定及噪声处理

风控制系统是组合式空气处理机组最主要的

噪声源#其噪声主要分为机械噪声和电磁噪声. *

/#

它们的诱因各不相同#此处只论述这" 种噪声的解决方式#

机械噪声! 首先机械噪声的本质是机械振动#首先可以从抑制振动或者缓冲的方面入手" 对机

电机和电源之间增加电源滤波器滤除电源的干扰#而后者则可以通过改变电力电子设备的开关频率实

现" 一般情况下电磁噪声会在电力电子设备工作在低开关频率时产生" 这时可以酌情提高电力电子设备的开关频率直至噪声减小#需要说明的是! 电力电子设备的工作开关频率绝不是越高越好" 开关频率的升高有可能造成电机电枢绕组过快老化" 电机系统漏电流增大&电力电子设备损耗发热增加等不良后果#实际上" 使用这种方法" 电磁噪声不是减小了" 而是噪声被升频到人的听阈之外了#

D ! ! 变频器与变频电机的选型使用问题

随着业界对于节能问题的进一步关注" 变频控制一夜之间从一个书本上深奥的技术理论摇身一变成为一个脍炙人口的节能解决方案#而且" 变频控制在末端设备节能上大有可为#但是" 变频器变频电机的搭配却是一个必须要注意的问题#首先明确什么样的变频器是需要的#以组合式空气处理机组为例" 大部分风机为离心式#也就是说电机负载的' , ) 曲线是二次方曲线#同时" 作为风控制系统动力源的电机对于动态控制性能要求远不如伺服控制电机#由于风控制系统电机一般均处于长期运行的工作状态下" 必然需要一种稳定&高效的控制方式#这样矢量变频器

就成为首选. (

/#同样" 作为变频送风系统的变频风

机也绝不是一般意义上的普通电机加强冷风扇#实际上变频电机与普通电机除了外观不同外" 内部的设计也与普通定频电机有很大的区别" 这些不同主要体现在" 个方面! 电枢绕组电磁线的选择

和电机磁路设计#这些不同实际上是为了应对变频器(非常规) 的输出#众所周知! 我们使用的普通三相异步电动机是按照电源电压为三相正弦波设计的" 但是变频器的输出电压并不是三相正弦波" 而是按照正弦波脉宽调制理论$:Q 6T %

发出的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波. %/#通常在小

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*#E G *! !

功率应用场合这些脉冲波的频率一般都在*E N G 以上#这样的高频脉冲自然会对电机电枢绕组的

/)

" 所以变频电机需要选用耐绝缘造成严重的冲击.

风控制系统自控元件的应用问题#由于笔者水平很多要点未能深入细致地考虑" 故真诚希望有限"

文中拙见能起到抛砖引玉的作用#

参考文献

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这电晕的电磁线制作电机的电枢绕组#同样的" 些高频电压脉冲在电机电枢绕组上形成的电流波而是粗糙的布满毛刺类形也不是标准的正弦波"

正弦波#这样的波形经傅立叶分解后除得到需要的基波外还会有很多不需要的高次谐波#普通的电机工作在额定工况时" 磁路是饱和的" 如果这样高次谐波会使电机的磁的电机使用变频器驱动"

路过饱和" 导致电机发热增加" 效率变低#而真正的变频电机在用普通电源供电时" 在额定工况下" 磁路是不饱和的" 因为变频电机的磁路需要留出余量应对谐波的冲击#

F ! 结束语

在对风控制系统的控制研究与应用中笔者遇也获得了很多经验和教训#到了许许多多的问题"

根据这些经验和教训" 笔者提出了一些控制理论&解决方案和器件选型使用应该注意的问题#根据这些方案可以在一定程度上解决工程实践情况"

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$上接第' " 页%

%冷却塔模式" !!

冷却塔为干湿两用冷却塔#当室外温度低于

以干式模式运行" 关闭喷淋泵' 当室外温! (W 时"

度高于! 以湿式模式运行" 启动喷淋泵#) W 时"

%冷却塔水位#

在湿式模式下冷却塔通过浮球检测水位的方式自动补充由于喷淋而蒸发消耗的水量" 使水位保持在设定高度#补水管路与软化水站连接#在湿式模式下冷却塔有最低水位限制" 由水位开关

并与喷淋泵互锁#检测"

%冷却塔排水报警*

当室外温度低于(W 后" 发出报警" 通知维护人员手动排出冷却塔内的水#

%冷却塔故障切换(

自动当正在运行的冷却塔发生下列故障时"

转换到下一个冷却塔! 变频器风机故障&维修开关关闭&喷淋泵故障&水位过低&通讯故障和远程$, (站电源关闭#G ! 冷冻水换热器冷却方式G D #(控制! 温度'

当温度' 使用冷冻水换热器冷却(#(W 时" (

方式为冷却水降温#通过正向Q $法控制! P ! #和

" 其控! P ! *的开度使温度' (达到设定值$#(W %

制方式如下!

%当Q 控制N ! $值为$! ($M 时" " #调节阀! P ! #的开度范围为$! $$M ' !

%当Q 控制N " $值为($M ! ! $$M 时" " *调节阀! P ! *的开度范围为$! $$M #! G D ! ! 换热器启动控制

当调节阀! 打开阀P ! #的开度(! $M 时" " 关闭阀V ' 当调节阀! V P ) P &P ! #的开度) ! M 时" 关闭阀V " 打开阀V #P ) P &

当调节阀! 打开阀P ! *的开度(! $M 时" " 关闭V ' 当调节阀! V P ' P ! $P ! *的开度) ) M 时" 关闭阀V " 打开阀V #P ' P ! $H ! 结束语

实践中" 应根据设备参数和运行工况计算&调试其控制参数" 使系统运行在最佳状态#随着

设备的性能也在变化#可设备运行年限的增加"

以让系统在运行过程中根据设备参数和运行工

提高系统的智况自动计算和调节控制参数"

能性#