【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 需要速度傳感器的控制技術(shù)，這就是由磁場(chǎng)定向矢量變換控制演變而來(lái)的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)。無(wú)速度傳感器矢量控制就是根據(jù)已測(cè)得的電機(jī)定子電壓和電流，通過(guò)坐標(biāo)變換和相應(yīng)的計(jì)算，即所謂的速度觀測(cè)來(lái)間接地獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和與轉(zhuǎn)速相關(guān)參數(shù)。該 中央變頻空調(diào)系統(tǒng)中使用的變頻器就是采用了這種控制技術(shù)，這樣的變頻器完全能夠滿足高性能中央變頻空調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)交流調(diào)速器的要求。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在中央 空調(diào)中的應(yīng)用，使 中央 空調(diào)的控制方式發(fā)生了根本性的變化，性能得以提高。空調(diào) 器的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速到現(xiàn)代調(diào)速的過(guò)程，傳統(tǒng)空調(diào)器中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速及供電頻率是不可調(diào)的，稱為定頻定速空調(diào)器。 所謂的 “變頻空調(diào) ”是與傳統(tǒng)的 “定頻空調(diào) ”相比較而產(chǎn)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(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變， 只能 依靠不斷 “開(kāi)、停 ”壓縮機(jī)來(lái)調(diào)整室內(nèi)溫度， 這樣被控環(huán)境溫度是波動(dòng)的，舒適性差。 而 “變頻空調(diào) ”通過(guò)改變壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的供電頻率，即可達(dá)到調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，變頻器精細(xì)地調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之始終處于最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。這樣就可以通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度 的自動(dòng)控制。 中央變頻空調(diào)采用 溫度閉環(huán)控制方法，能 在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到所需要的溫度 ， 并在低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)下 保持 較小的溫差波動(dòng)， 達(dá)到了 快速、節(jié)能和舒適 的目的 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 空調(diào)器的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速到現(xiàn)代調(diào)速的過(guò)程。傳統(tǒng)空調(diào)器均為定頻定速空調(diào)器。 90 年代以前空調(diào)器都為此類(lèi)裝置，與此相應(yīng)的控制方式當(dāng)然也為“開(kāi)/關(guān)”式。進(jìn)入 90 年代以來(lái)，隨著變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻器也初步應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中，與此同時(shí)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(diào)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(diào)、 夏普的 AYC40F 型、日電的 RCV8B/V25B 型、富士通的 AS28TPR 型等都運(yùn)用了變頻調(diào)速技術(shù)和先進(jìn)的控制技術(shù)。荷蘭、美國(guó)、法國(guó)和丹麥等國(guó)家也都有與此水平相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。但是大型中央變頻空調(diào)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(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用仍處于研究階段。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，由于 控制技術(shù)和通信技術(shù)不斷 發(fā)展 ， 樓宇自動(dòng)化也大量普及，為了便于管理和維護(hù)， 使中央空調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) 已成為可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)， 在有些新型的現(xiàn)代化建筑領(lǐng)域已出現(xiàn)。 目前一些發(fā)達(dá)國(guó)家使用空氣調(diào)節(jié)手段維持 內(nèi)部環(huán)境已很普遍。這樣，不僅能源消費(fèi)大，而且人們長(zhǎng)期生活在人工控制的環(huán)境內(nèi)，也招致一些人體健康方面的問(wèn)題。初步研究表明，在所謂“令人疲倦和致病”的建筑物內(nèi)，由于空調(diào)系統(tǒng)方蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 面引起的污染占很大比重。同時(shí)，研究表明，在空間內(nèi)由于建筑材料發(fā)散的各種物質(zhì)也對(duì)人體有害，諸如氡氣的危害等。空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)空間內(nèi)空氣負(fù)離子的衰減已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)所證明。 由此可見(jiàn)，空氣調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展，不僅要在能源利用、能量的回收，改進(jìn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞設(shè)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(yùn)行規(guī)律等方面繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā)，而且要在更廣泛的范 圍內(nèi)，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(yù)料，空氣調(diào)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(duì)空間環(huán)境的質(zhì)量全面調(diào)節(jié)和控制，即所謂人工環(huán)境工程。這一發(fā)展過(guò)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(shí)際利用?？諝庹{(diào)節(jié)的發(fā)展前景是廣闊的，有一些新的領(lǐng)域還需要從事這一事業(yè)的人們?nèi)ラ_(kāi)拓。 目前對(duì)于中央空調(diào)的研究多集中在以下幾個(gè)方面： （ 1）中央空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； （ 2）冷源和制冷機(jī)的研究； （ 3）大型中央變頻空調(diào)； （ 4）使空調(diào)工作在節(jié)能和最有效狀態(tài)的方法； （ 5）高性能空調(diào)的自動(dòng)控制技術(shù)。 研究的主要內(nèi)容及主要技術(shù)參數(shù) (1) 本此畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要研究可概括如下： 1） 分析控制規(guī)律對(duì)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(tái) VF7 變頻器為核心，設(shè)計(jì)中央空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 3） 中央空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 (2) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)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(guān)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 第二章 中央變頻空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 中央變頻空調(diào)的工作原理 中央空調(diào)系統(tǒng) 如圖 21 所示 ，是由一系列驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的動(dòng)件 (如水泵及壓縮機(jī) )、各種型式的熱交換器 (如冷卻風(fēng)機(jī)、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(jī)是中央空調(diào)的“制冷源”、 “心 臟 ”，通往各個(gè)房間 的 循環(huán)水由制冷機(jī)組進(jìn)行 “內(nèi)部交換 ”， 在 蒸發(fā)器中吸熱后的制冷劑（ R22）通過(guò)壓縮機(jī)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(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收冷媒水的熱量，然后又回到壓縮機(jī)，如此形成制冷劑（ R22）循環(huán)過(guò)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(jī)組流出的冷媒水由冷媒泵加壓送入冷媒水管道，在各個(gè)房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)熱量，使房間內(nèi)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(jī)組進(jìn)行熱交換，在水溫冷卻的同時(shí)，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(jìn)行熱交換，然后再將降了溫的冷卻水，送 回到冷水機(jī)組 ,如此不斷循環(huán)，帶走冷水機(jī)組釋放的熱量 。 冷卻風(fēng)機(jī)安裝于所需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷媒水冷卻了的空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換 。 將制冷劑系統(tǒng)分成四部分來(lái)討論制冷劑在系統(tǒng)中的狀態(tài)變化： 節(jié)流閥 壓縮機(jī) 冷凝器 蒸發(fā)器 節(jié)流閥 冷卻風(fēng)機(jī) 水箱 冷卻塔 冷媒水泵 節(jié)流閥 冷卻水泵 圖 21 中央空調(diào)系統(tǒng)原理圖 制冷機(jī) 電氣控制裝置 冷媒水循環(huán) 冷卻水循環(huán) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 (1) 制冷劑在低壓側(cè)的變化 從膨脹伐（即節(jié)流閥）出口經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器到壓縮機(jī)吸入口之間為低壓側(cè)。低壓側(cè)的任何一處都有相同的低壓壓力，且等于蒸發(fā)器內(nèi)的壓力，即蒸發(fā)溫度下的飽和壓力。制冷劑在低壓側(cè)的變化特點(diǎn)是：制冷劑壓力保持一定的低壓，制冷劑從周?chē)〉昧藷崃?，其主要變化是汽化，汽化結(jié)束后出現(xiàn)過(guò)熱狀態(tài)，制冷劑在低壓側(cè)從 濕蒸汽狀態(tài)到過(guò)熱蒸汽狀態(tài)。在低壓側(cè)，制冷劑通過(guò)蒸發(fā)器從外部吸收熱量，同時(shí)對(duì)外部起到了冷卻作用，通常這個(gè)過(guò)程的末期制冷劑呈過(guò)熱狀態(tài)，其溫度上升。 (2) 制冷劑在高壓側(cè)的變化。 從壓縮機(jī)出口經(jīng)冷凝器到膨脹伐（節(jié)流閥）前為高壓側(cè)，高壓側(cè)各處的壓力可以視為相等，等于冷凝器內(nèi)的壓力，即在冷凝溫度下制冷劑的飽和壓力。高壓側(cè)制冷劑狀態(tài)的特點(diǎn)是：保持一定的高壓 PK，向周?chē)h(huán)境放出熱量，氣態(tài)制冷劑被冷凝成液體，也進(jìn)行過(guò)熱蒸汽的冷卻和冷凝液的過(guò)冷卻。在過(guò)熱蒸汽段，制冷劑的溫度是下降的，當(dāng)溫度降到 PK 壓力下的飽和溫度時(shí)，制冷 劑蒸汽開(kāi)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(guò)程中，制冷劑溫度要下降。 (3) 制冷劑在壓縮機(jī)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(guò)熱蒸汽。壓縮過(guò)程是在極短時(shí)間內(nèi)完成的，可以認(rèn)為壓縮過(guò)程是來(lái)不及進(jìn)行熱轉(zhuǎn)移的，這種無(wú)熱量交換的壓縮叫做絕熱壓縮?？照{(diào)機(jī)的理論中，壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程是按絕熱壓縮來(lái)處理的。絕熱壓縮時(shí)，制冷劑與外界沒(méi)有熱交換但所加入的功轉(zhuǎn)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(guò)冷液，通過(guò)膨脹伐（或毛細(xì)管），因?yàn)槭茏枇Φ挠绊?，由高?PK 降至低壓 P0 這個(gè)變化是在瞬間進(jìn)行的，所以制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流過(guò)程，其熱量沒(méi)有和外界交換， 也沒(méi)有做功或消耗功，故制冷劑的焓值保持不便。不過(guò)隨著壓力降低溫度也隨著下降，又因?yàn)椴糠忠后w變?yōu)檎羝?，進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)制冷劑變?yōu)闈裾羝? 中央空調(diào)水系統(tǒng)簡(jiǎn)介 中央空調(diào)的水系統(tǒng)分為冷媒水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)兩個(gè)部分 , 空調(diào)冷媒水是用來(lái)傳輸能量（冷量）的介質(zhì)，從冷水機(jī)組出來(lái)的空調(diào)冷媒水（一般是 7 度），通過(guò)管道，傳遞給空調(diào)末端（如風(fēng)機(jī)盤(pán)管、組合式空調(diào)機(jī)組），在末端 ，通過(guò)換熱設(shè)備，將冷媒水所攜帶的能量和空氣進(jìn)行熱量交換，空氣溫度降低，而空調(diào)冷蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 媒水溫度升高（一般是 12 度），然后空調(diào)冷媒水又進(jìn)入冷水機(jī)組，在冷水機(jī)組的蒸發(fā)器通過(guò)與制冷劑熱交換，再次溫度降低（ 7 度），完成一個(gè)循環(huán) 由于冷水機(jī)組在制冷的時(shí)候，制冷劑被壓縮，溫度、壓力均增加，為了實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，必須要把高溫高壓的制冷劑溫度降下來(lái)，這時(shí)候就需要冷卻水把他冷卻，冷卻水進(jìn)水溫度（ 32 度），進(jìn)入冷水機(jī)組的冷凝器，經(jīng)過(guò)熱交換，溫度升高（ 37 度），這部分水通過(guò)管道傳輸?shù)嚼鋮s塔，通過(guò)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(jī)組 根據(jù)不同的情況可以設(shè)計(jì)成不同的型式。中央空調(diào)水系統(tǒng)原理圖如下： ： (1) 冷卻水系統(tǒng)概述 空調(diào)冷卻水系統(tǒng)一般分為兩類(lèi)，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(lái)水則不應(yīng)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(lái)自冷凝器的冷卻水通過(guò)冷卻塔或者冷卻水池冷卻后循環(huán)使用。在循環(huán)過(guò)程中只需要少量的補(bǔ)充水，但需要增設(shè)冷卻塔，水泵等。供水系統(tǒng)比較復(fù)雜，常在水源水量比較小，水溫比較高時(shí)采用，它在目前空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用最多。 (2) 冷卻水系統(tǒng)的分類(lèi)： 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(jiǎn)單的冷卻水系統(tǒng)，冷卻水經(jīng)設(shè)備使用后直接排掉，不再重復(fù)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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(lái)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(chǎng)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?；旌鲜嚼鋮s水系統(tǒng)是將一部分已用過(guò)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(huì)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(fēng)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(diǎn)是：冷卻水循環(huán)使用。此種系統(tǒng)就是將來(lái)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(bǔ)水即可。冷卻水經(jīng)冷凝器等設(shè)備后吸熱而升溫，再利用水蒸發(fā)吸熱的原理對(duì)它進(jìn)行冷卻。蒸發(fā)冷卻的裝置有兩類(lèi) —— 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(lái)。噴水池的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以與美化環(huán)境的噴泉結(jié)合起來(lái)，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(guò)制冷機(jī)（或換熱器）制得的冷凍水（或熱水）由水泵送到空調(diào)系統(tǒng)，放出冷量（或熱量）后，再回到制冷機(jī)（或熱交換器）中進(jìn)行制冷（或制熱），如此循環(huán)便是冷凍水系統(tǒng)的工作過(guò)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(duì)象處，使低壓液態(tài)制冷劑直接吸收該對(duì)象的熱量，采用這種方式供冷可以減少一些中間設(shè)備，故投資和機(jī)房占地面積較少，而且制冷系數(shù)較高；它的缺點(diǎn)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(gè)用戶，使需冷卻對(duì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 (2) 冷凍水系統(tǒng)分類(lèi) 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(kāi)式系統(tǒng)兩種。基本原理圖如下頁(yè)所示： 開(kāi)式系統(tǒng)需要設(shè)置冷凍水箱和回水箱，系統(tǒng)水容量大，運(yùn)行穩(wěn)定，控制簡(jiǎn)便。開(kāi)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(jìn)入