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食品的冷凍、冷藏要使用冷凍機(jī)，因而在食品行業(yè)，制冷機(jī)的使用非常普及，其制冷機(jī)機(jī)的控制正越來越多 地采用變頻器。
一．變頻器使用的目的：
對(duì)制冷機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)采用變頻控制（壓縮機(jī)能力可變控制），可以使制冷機(jī)對(duì)于冷凍負(fù)載的變動(dòng)始終以接近 設(shè)計(jì)條件的高效率進(jìn)行運(yùn)行。這就是將變頻器應(yīng)用于冷凍壓縮機(jī)的主要目的。變頻器控制制冷機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下 1） 節(jié)能 相應(yīng)于冷卻負(fù)載的變化改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使其始終運(yùn)行在最佳點(diǎn)。從而減少所需動(dòng)力。 2） 恒溫 采用連續(xù)的容量控制可使冷藏品溫度變化很小。另外，即使對(duì)于臨時(shí)的冷卻負(fù)載增加，也可以依 靠迦速來減小冷藏品的溫度變化。 3） 冷凍能力的改善 密閉式電機(jī)直接連接的壓縮機(jī)在50hz地區(qū)的能力只有60hz地區(qū)的80%，而變頻器控制則 可以做到與電源頻率無關(guān)，始終保持一定的能力。
二．設(shè)備組成
圖1是變頻器控制黃河啤酒廠1號(hào)制冷機(jī)的例子。在該例中，變頻器選用艾默生型號(hào)為TD2000-4T2000G的00KW變 頻器，制冷機(jī)為大連冷凍機(jī)廠生產(chǎn)，電機(jī)功率為190KW。PID調(diào)節(jié)是由變頻器自帶的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器完成的。在根 據(jù)負(fù)載變化控制制冷機(jī)轉(zhuǎn)速的方法中，我們的目的是想控制制冷機(jī)吸入口的溫度，由于現(xiàn)場溫度的采樣比較困難 ，而吸入口的溫度與壓力又有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且在現(xiàn)場管道上安裝壓力變送器更容些，因而在本系統(tǒng)中，我 們采用壓力傳感器檢測壓縮機(jī)的吸入壓，只要變頻器控制該壓力維持恒定不變，則吸入口的溫度也維持恒定不變 。同時(shí)考慮到制冷機(jī)工作時(shí)的安全要求，我們將該制冷機(jī)原有的溫度保護(hù)、油壓保護(hù)等通過中繼接入變頻器，保 證有溫度保護(hù)或油壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，變頻器能立即自動(dòng)停機(jī)，防止機(jī)械設(shè)備的損壞。另外該制冷機(jī)原為兩地控制， 采用變頻后我們?nèi)员３衷械膬傻乜刂疲@樣，對(duì)操作人員來說，更易于操作。
三．運(yùn)行模式
制冷機(jī)基本上是恒轉(zhuǎn)矩特性，所以只要使變頻器輸出電壓與頻率成比例就行了。但是制冷機(jī)結(jié)合實(shí)際機(jī)的使 用范圍廣，一般都與電機(jī)的設(shè)計(jì)條件不完全一致。在運(yùn)行條件上電壓也需要改變，最終仍需要實(shí)驗(yàn)確定最佳/F模 式。另外，為了改善加速時(shí)的效率雖然可以改用變頻器專用電機(jī)，但作為變頻器故障時(shí)的備用，變頻專用電機(jī)很 難直接用工頻電源進(jìn)行運(yùn)行。而且改用變頻電機(jī)的費(fèi)用會(huì)大幅增加，因此我們?nèi)圆捎迷械碾姍C(jī)及機(jī)械設(shè)備，只 是將原有的自耦降壓啟動(dòng)改為由變頻器控制的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。 在閉環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成中，艾默生變頻器可定義兩種典型的輸入輸出特性，即正作用和反作用，這兩種特性可靈 活應(yīng)用在不同反饋特性的控制系統(tǒng)中。在本系統(tǒng)中，采用反作用特性，反饋增益極性為負(fù)極性。也即當(dāng)吸入口壓 力增大時(shí)，變頻器的輸出頻率也隨之增大，當(dāng)吸入口壓力減小時(shí)，輸出頻率也隨之減小。 為了防止變頻器輸出頻率低時(shí)，制冷機(jī)散熱差及總體效率的降低，在變頻器上設(shè)定最低運(yùn)行頻率為30Hz。
四．節(jié)能效果
壓縮機(jī)負(fù)載基本上是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電機(jī)的輸出功率P的一般表達(dá)式為 P∝T*N 表達(dá)式中，T：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N：電機(jī)轉(zhuǎn)速 這就是說，即使是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用變頻器等使電機(jī)速度下降，電機(jī)的輸出功率將減小。變頻器輸入功率 PIN可用下式表示： PIN=P/（ηINV*η m） 表達(dá)式中，PIN：變頻器輸入功率 ηINV：變頻器效率 η m ：電機(jī)的效率 由上式，假設(shè)總效率（ηINV*η m）對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速為一定。則顯然電機(jī)轉(zhuǎn)速下降將引起電機(jī)輸出功率P減小 ，與其成比例的變頻器輸入功率PIN也減小，即消耗電能降低。但是如圖2所示，為使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降而使變頻器輸 出頻率降低，則總效率也降低。但因頻率降低的幅度大于總效率降低的幅度，因此，與原先的控制方式相比，仍 有顯著的節(jié)能效果。另外，電磁調(diào)速電機(jī)、鼠籠電機(jī)的定子電壓控制等從前的調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速下降時(shí)，總效率將 大幅度降低，因而基本上得不到低速時(shí)的節(jié)能效果。因此采用變頻器取代這些從前的調(diào)速方式，可以充分的節(jié)能。
變頻器方式由于除電力變換損耗外還有約5%的損耗，這個(gè)損耗基本與變頻器功率無關(guān)，因而電機(jī)功率越大， 這個(gè)損耗所點(diǎn)的比例也越小，節(jié)能效果越顯著。同時(shí)變頻器方式具有耐夏季短時(shí)高峰負(fù)載（依靠增速）和精細(xì)溫 度控制等優(yōu)點(diǎn)。
五．注意事項(xiàng)
以下敘述采用變頻器控制冷凍機(jī)時(shí)主要應(yīng)注意的問題。 1） 往復(fù)式壓縮機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下減速時(shí)，活塞環(huán)等的油膜厚度減小，可能造成汽缸等部件的異常磨損。特 別是對(duì)于離心供油、濺噴式供油方式，減速會(huì)引起供油量極端減少，更應(yīng)注意潤滑。 2） 在5-10HP級(jí)的半密閉型壓縮機(jī)的場合，由于上述潤滑問題以及低負(fù)載時(shí)的電機(jī)效率、繞組溫度上升、防 震裝置的諧振頻率等問題，限制了其最低頻率約為30HZ。 3） 在往復(fù)式的場合，考慮到振動(dòng)、噪音、閥門耐久性等問題，最高頻率的實(shí)際上限為額定頻率的100%。 4） 使用氟利昂系列制冷閃電戰(zhàn)的冷凍裝置在容量控制運(yùn)行時(shí)，將面臨蒸發(fā)器的油回歸問題。一般在容量控 制運(yùn)行中，有必要定期進(jìn)行回油運(yùn)行。
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