【文章內容簡介】 需要速度傳感器的控制技術，這就是由磁場定向矢量變換控制演變而來的無速度傳感器矢量控制技術。無速度傳感器矢量控制就是根據(jù)已測得的電機定子電壓和電流，通過坐標變換和相應的計算，即所謂的速度觀測來間接地獲得電機的轉速和與轉速相關參數(shù)。該 中央變頻空調系統(tǒng)中使用的變頻器就是采用了這種控制技術，這樣的變頻器完全能夠滿足高性能中央變頻空調控制系統(tǒng)對交流調速器的要求。 變頻調速控制系統(tǒng)在中央 空調中的應用，使 中央 空調的控制方式發(fā)生了根本性的變化，性能得以提高?？照{ 器的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速到現(xiàn)代調速的過程，傳統(tǒng)空調器中壓縮機的轉速及供電頻率是不可調的，稱為定頻定速空調器。 所謂的 “變頻空調 ”是與傳統(tǒng)的 “定頻空調 ”相比較而產生的概念。眾所周知，由于 電網(wǎng)頻率 是固定的 ， 因此 傳統(tǒng)的定頻空調的壓縮機轉速基本不變， 只能 依靠不斷 “開、停 ”壓縮機來調整室內溫度， 這樣被控環(huán)境溫度是波動的，舒適性差。 而 “變頻空調 ”通過改變壓縮機驅動電機的供電頻率，即可達到調節(jié)壓縮機轉速的目的，變頻器精細地調節(jié)壓縮機的轉速，使之始終處于最經(jīng)濟的運行狀態(tài)。這樣就可以通過對壓縮機驅動電機轉速的調節(jié)來實現(xiàn)對溫度 的自動控制。 中央變頻空調采用 溫度閉環(huán)控制方法，能 在短時間內迅速達到所需要的溫度 ， 并在低轉速、低能耗狀態(tài)下 保持 較小的溫差波動， 達到了 快速、節(jié)能和舒適 的目的 。 國內外研究現(xiàn)狀 空調器的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速到現(xiàn)代調速的過程。傳統(tǒng)空調器均為定頻定速空調器。 90 年代以前空調器都為此類裝置，與此相應的控制方式當然也為“開/關”式。進入 90 年代以來，隨著變頻技術的迅速發(fā)展，變頻器也初步應用于空調系統(tǒng)中，與此同時控制方式也有了根本的改變，一些既節(jié)能又性能高的空調系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。如日本三菱重工推出的 PMV 型變頻系列空調、 夏普的 AYC40F 型、日電的 RCV8B/V25B 型、富士通的 AS28TPR 型等都運用了變頻調速技術和先進的控制技術。荷蘭、美國、法國和丹麥等國家也都有與此水平相當?shù)漠a品。但是大型中央變頻空調系統(tǒng)仍然較少，而且其控制方式仍以傳統(tǒng) PID 控制為主，新型控制技術在空調系統(tǒng)中的應用仍處于研究階段。進入 21 世紀后，由于 控制技術和通信技術不斷 發(fā)展 ， 樓宇自動化也大量普及，為了便于管理和維護， 使中央空調控制系統(tǒng)實現(xiàn)計算機集散控制系統(tǒng) 已成為可以實現(xiàn)的技術， 在有些新型的現(xiàn)代化建筑領域已出現(xiàn)。 目前一些發(fā)達國家使用空氣調節(jié)手段維持 內部環(huán)境已很普遍。這樣，不僅能源消費大，而且人們長期生活在人工控制的環(huán)境內，也招致一些人體健康方面的問題。初步研究表明，在所謂“令人疲倦和致病”的建筑物內，由于空調系統(tǒng)方蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 6 面引起的污染占很大比重。同時，研究表明，在空間內由于建筑材料發(fā)散的各種物質也對人體有害，諸如氡氣的危害等?？照{系統(tǒng)運行時，對空間內空氣負離子的衰減已經(jīng)被實驗所證明。 由此可見，空氣調節(jié)技術的發(fā)展，不僅要在能源利用、能量的回收，改進能量轉換和傳遞設備的性能、提高系統(tǒng)能量的綜合利用效果和尋求合理的運行規(guī)律等方面繼續(xù)研究和開發(fā)，而且要在更廣泛的范 圍內，研究創(chuàng)造有利于健康的適合人工作和生活的的環(huán)境。 可以預料，空氣調節(jié)將由目前主要解決空間環(huán)境的溫度與濕度控制，即所謂的溫濕環(huán)境工程，發(fā)展到對空間環(huán)境的質量全面調節(jié)和控制，即所謂人工環(huán)境工程。這一發(fā)展過程既包含著諸多研究工作成果，也包含著將這些成果加以實際利用。空氣調節(jié)的發(fā)展前景是廣闊的，有一些新的領域還需要從事這一事業(yè)的人們去開拓。 目前對于中央空調的研究多集中在以下幾個方面： （ 1）中央空調系統(tǒng)的結構； （ 2）冷源和制冷機的研究； （ 3）大型中央變頻空調； （ 4）使空調工作在節(jié)能和最有效狀態(tài)的方法； （ 5）高性能空調的自動控制技術。 研究的主要內容及主要技術參數(shù) (1) 本此畢業(yè)設計的主要研究可概括如下： 1） 分析控制規(guī)律對控制系統(tǒng)的影響，提出適合本系統(tǒng)的控制方法。 2） 以 S7200PLC 和兩臺 VF7 變頻器為核心，設計中央空調變頻調速系統(tǒng)。 3） 中央空調溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。 (2) 本次畢業(yè)設計的主要技術參數(shù)如下 : 1） 功率 : 2 75KW 2） 輸入電壓 : 3AC,380V,50HZ 3） 額定輸出電壓 : 380V 輸出電壓與輸出功率成正比例關系 4） 輸出功率范圍 : 40~50HZ 5） 最大輸出電流 : 2 150A 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 7 第二章 中央變頻空調系統(tǒng)簡介 中央變頻空調的工作原理 中央空調系統(tǒng) 如圖 21 所示 ，是由一系列驅動流體流動的動件 (如水泵及壓縮機 )、各種型式的熱交換器 (如冷卻風機、蒸發(fā)器、冷凝器及中間熱交換器等 )及連接各種裝置的管道 、 閥件 和電氣控制裝置 組成。 制冷機是中央空調的“制冷源”、 “心 臟 ”，通往各個房間 的 循環(huán)水由制冷機組進行 “內部交換 ”， 在 蒸發(fā)器中吸熱后的制冷劑（ R22）通過壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器與冷卻水熱交換后 變成常溫高壓液體，經(jīng)節(jié)流閥 (膨脹閥 )進入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收冷媒水的熱量，然后又回到壓縮機，如此形成制冷劑（ R22）循環(huán)過程 。 冷媒水循環(huán)系統(tǒng)，由冷媒水泵及冷媒水管道組成，從冷水機組流出的冷媒水由冷媒泵加壓送入冷媒水管道，在各個房間內進行熱交換，帶走房間內熱量，使房間內的溫度下降 。 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，由冷卻泵及冷卻水管道及冷卻塔組成，冷水機組進行熱交換，在水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高，冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送 回到冷水機組 ,如此不斷循環(huán)，帶走冷水機組釋放的熱量 。 冷卻風機安裝于所需要降溫的房間內，用于將由冷媒水冷卻了的空氣吹入房間，加速房間內的熱交換 。 將制冷劑系統(tǒng)分成四部分來討論制冷劑在系統(tǒng)中的狀態(tài)變化： 節(jié)流閥 壓縮機 冷凝器 蒸發(fā)器 節(jié)流閥 冷卻風機 水箱 冷卻塔 冷媒水泵 節(jié)流閥 冷卻水泵 圖 21 中央空調系統(tǒng)原理圖 制冷機 電氣控制裝置 冷媒水循環(huán) 冷卻水循環(huán) 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 8 (1) 制冷劑在低壓側的變化 從膨脹伐（即節(jié)流閥）出口經(jīng)過蒸發(fā)器到壓縮機吸入口之間為低壓側。低壓側的任何一處都有相同的低壓壓力，且等于蒸發(fā)器內的壓力，即蒸發(fā)溫度下的飽和壓力。制冷劑在低壓側的變化特點是：制冷劑壓力保持一定的低壓，制冷劑從周圍取得了熱量，其主要變化是汽化，汽化結束后出現(xiàn)過熱狀態(tài)，制冷劑在低壓側從 濕蒸汽狀態(tài)到過熱蒸汽狀態(tài)。在低壓側，制冷劑通過蒸發(fā)器從外部吸收熱量，同時對外部起到了冷卻作用，通常這個過程的末期制冷劑呈過熱狀態(tài)，其溫度上升。 (2) 制冷劑在高壓側的變化。 從壓縮機出口經(jīng)冷凝器到膨脹伐（節(jié)流閥）前為高壓側，高壓側各處的壓力可以視為相等，等于冷凝器內的壓力，即在冷凝溫度下制冷劑的飽和壓力。高壓側制冷劑狀態(tài)的特點是：保持一定的高壓 PK，向周圍環(huán)境放出熱量，氣態(tài)制冷劑被冷凝成液體，也進行過熱蒸汽的冷卻和冷凝液的過冷卻。在過熱蒸汽段，制冷劑的溫度是下降的，當溫度降到 PK 壓力下的飽和溫度時，制冷 劑蒸汽開始冷凝，此間的溫度保持一定的冷凝溫度，冷凝液在冷卻的過程中，制冷劑溫度要下降。 (3) 制冷劑在壓縮機中的壓縮 制冷劑由于壓縮而體積縮小，壓力由 P0 上升到 PK，隨著壓力和比容的變化，制冷劑溫度升高，一般呈過熱蒸汽。壓縮過程是在極短時間內完成的，可以認為壓縮過程是來不及進行熱轉移的，這種無熱量交換的壓縮叫做絕熱壓縮?？照{機的理論中，壓縮機的壓縮過程是按絕熱壓縮來處理的。絕熱壓縮時，制冷劑與外界沒有熱交換但所加入的功轉變成了熱量傳遞給制冷劑，使制冷劑溫度升高。 (4) 制冷劑在節(jié)流伐中的節(jié)流 具有高 壓 PK 的制冷劑過冷液，通過膨脹伐（或毛細管），因為受阻力的影響，由高壓 PK 降至低壓 P0 這個變化是在瞬間進行的，所以制冷劑經(jīng)過節(jié)流過程，其熱量沒有和外界交換， 也沒有做功或消耗功，故制冷劑的焓值保持不便。不過隨著壓力降低溫度也隨著下降，又因為部分液體變?yōu)檎羝M入蒸發(fā)器時制冷劑變?yōu)闈裾羝? 中央空調水系統(tǒng)簡介 中央空調的水系統(tǒng)分為冷媒水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)兩個部分 , 空調冷媒水是用來傳輸能量（冷量）的介質，從冷水機組出來的空調冷媒水（一般是 7 度），通過管道，傳遞給空調末端（如風機盤管、組合式空調機組），在末端 ，通過換熱設備，將冷媒水所攜帶的能量和空氣進行熱量交換，空氣溫度降低，而空調冷蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 9 媒水溫度升高（一般是 12 度），然后空調冷媒水又進入冷水機組，在冷水機組的蒸發(fā)器通過與制冷劑熱交換，再次溫度降低（ 7 度），完成一個循環(huán) 由于冷水機組在制冷的時候，制冷劑被壓縮，溫度、壓力均增加，為了實現(xiàn)制冷循環(huán)，必須要把高溫高壓的制冷劑溫度降下來，這時候就需要冷卻水把他冷卻，冷卻水進水溫度（ 32 度），進入冷水機組的冷凝器，經(jīng)過熱交換，溫度升高（ 37 度），這部分水通過管道傳輸?shù)嚼鋮s塔，通過冷卻塔的作用，把熱量散到大氣中，溫度降低（ 32 度），然后再回到冷水機組 根據(jù)不同的情況可以設計成不同的型式。中央空調水系統(tǒng)原理圖如下： ： (1) 冷卻水系統(tǒng)概述 空調冷卻水系統(tǒng)一般分為兩類，即直流式供水系統(tǒng)和循環(huán)式供水系統(tǒng)。前者適用源水量特別重組的地區(qū)，例如以江，河，湖，海的水源作為冷卻水。城市自來水則不應選用，而且它一般用于采用 立體式冷凝器的供冷系統(tǒng)。循環(huán)式供水系統(tǒng)將來自冷凝器的冷卻水通過冷卻塔或者冷卻水池冷卻后循環(huán)使用。在循環(huán)過程中只需要少量的補充水，但需要增設冷卻塔，水泵等。供水系統(tǒng)比較復雜，常在水源水量比較小，水溫比較高時采用，它在目前空調系統(tǒng)中應用最多。 (2) 冷卻水系統(tǒng)的分類： 冷卻水系統(tǒng)一般可以分為以下幾種： 1) 直流式冷卻水系統(tǒng)： 直流式冷卻水系統(tǒng)是最簡單的冷卻水系統(tǒng)，冷卻水經(jīng)設備使用后直接排掉，不再重復使用。由于冷卻水使用后的溫升不大，一般在 3— 8℃因此這種系統(tǒng)的蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 10 耗水量很大，適宜用在有充足水源的地方，如江河附近 、湖畔、海濱等。直流式冷卻水系統(tǒng)一般不宜采用自來水做水源。 2) 混合式冷卻水系統(tǒng)： 混合式冷卻水系統(tǒng)經(jīng)冷凝器使用后的冷卻水部分排掉，部分與供水混合后循環(huán)使用。這種系統(tǒng)用于冷卻水溫度較低的場合，如使用井水。采用這種系統(tǒng)后，可提高冷凝器的出水溫度，增大冷卻水的溫升，從而減少冷卻水的耗量，但不減少冷凝器中冷卻水的流量（或者流速），以不使冷凝器傳熱系數(shù)下降。混合式冷卻水系統(tǒng)是將一部分已用過的冷卻水與深井水混合，然后再用水泵壓送至各冷凝器使用。這樣既不減少通入冷凝器的水量，又提高了冷卻水的溫升，從而大大節(jié)省深井水量 。井水是寶貴的水資源，大量的汲取使用，還會使地面下沉。因此，即使這種系統(tǒng)可減少冷卻水的耗量，也不宜在大型系統(tǒng)中采用。 3)循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)： 降低制冷系統(tǒng)的水消耗量非常重要，因此除采用蒸發(fā)式冷凝器或風冷式冷凝器以外，也可以采用循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)的特點是：冷卻水循環(huán)使用。此種系統(tǒng)就是將來自冷凝器的冷卻回水先通入蒸發(fā)式冷卻裝置，使之冷卻降溫，然后再用水泵送回冷凝器循環(huán)使用，這樣，少量補水即可。冷卻水經(jīng)冷凝器等設備后吸熱而升溫，再利用水蒸發(fā)吸熱的原理對它進行冷卻。蒸發(fā)冷卻的裝置有兩類 —— 噴水池和 冷卻塔。在水池上部將水噴入空中，增大水與空氣的接觸面積，使少量的水蒸發(fā)而把自身冷卻下來。噴水池的結構簡單，可以與美化環(huán)境的噴泉結合起來，但冷卻效果差，占地面積大，一般 1 ㎡水池面積可冷卻的水量約 平方米。噴水池宜用在氣候比較干燥地區(qū)的小型制冷系統(tǒng)中。 經(jīng)過制冷機（或換熱器）制得的冷凍水（或熱水）由水泵送到空調系統(tǒng)，放出冷量（或熱量）后，再回到制冷機（或熱交換器）中進行制冷（或制熱），如此循環(huán)便是冷凍水系統(tǒng)的工作過程。 (1) 冷凍水系統(tǒng)概述 制冷的目的在于供給用戶使用，向用戶 供冷的方式由兩種，即直接供冷和間接供冷。直接供冷是將制冷裝置的蒸發(fā)器直接置于需冷卻的對象處，使低壓液態(tài)制冷劑直接吸收該對象的熱量，采用這種方式供冷可以減少一些中間設備，故投資和機房占地面積較少，而且制冷系數(shù)較高；它的缺點是蓄冷性能較差，制冷劑滲透可能性增多，所以適用于中小型系統(tǒng)或低溫系統(tǒng)。間接供冷是首先利用蒸發(fā)器冷卻某種載冷劑，然后再將此載冷劑輸送到各個用戶，使需冷卻對象降低溫度，這種供冷方式使用靈活，控制方便，特別適合于區(qū)域性供冷。 蘭州理工大學畢業(yè)設計說明書 11 (2) 冷凍水系統(tǒng)分類 1) 冷凍水管道為循環(huán)水系統(tǒng)，根據(jù)冷凍水是否與空 氣接觸分，可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種?；驹韴D如下頁所示： 開式系統(tǒng)需要設置冷凍水箱和回水箱，系統(tǒng)水容量大，運行穩(wěn)定，控制簡便。開式系統(tǒng)的水與大氣相通，閉式系統(tǒng)的水不與大氣相通。凡采用淋水室處理空氣或回水直接進入