艾默生變頻器在某啤酒廠制冷機上的應用

     食品的冷凍、冷藏要使用冷凍機，因而在食品行業，制冷機的使用非常普及，其制冷機機的控制正越來越多地采用變頻器。　
　　一、變頻器使用的目的
　　對制冷機內的壓縮機采用變頻控制（壓縮機能力可變控制），可以使制冷機對于冷凍負載的變動始終以接近設計條件的高效率進行運行。這就是將變頻器應用于冷凍壓縮機的主要目的。變頻器控制制冷機的主要優點如下
　　(1) 節能 相應于冷卻負載的變化改變壓縮機轉速，使其始終運行在最佳點。從而減少所需動力。
　　(2) 恒溫 采用連續的容量控制可使冷藏品溫度變化很小。另外，即使對于臨時的冷卻負載增加，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 密閉式電機直接連接的壓縮機在50hz地區的能力只有60hz地區的80%，而變頻器控制則可以做到與電源頻率無關，始終保持一定的能力。
　　二、設備組成

圖1

        圖1是變頻器控制黃河啤酒廠1號制冷機的例子。在該例中，變頻器選用艾默生型號為TD2000-4T2000G的00KW變頻器，制冷機為大連冷凍機廠生產，電機功率為190KW。PID調節是由變頻器自帶的內置PID調節器完成的。在根據負載變化控制制冷機轉速的方法中，我們的目的是想控制制冷機吸入口的溫度，由于現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應關系，且在現場管道上安裝壓力變送器更容些，因而在本系統中，我們采用壓力傳感器檢測壓縮機的吸入壓，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。同時考慮到制冷機工作時的安全要求，我們將該制冷機原有的溫度保護、油壓保護等通過中繼接入變頻器，保證有溫度保護或油壓保護動作時，變頻器能立即自動停機，防止機械設備的損壞。另外該制冷機原為兩地控制，采用變頻后我們仍保持原有的兩地控制，這樣，對操作人員來說，更易于操作。
　　三、運行模式
　　制冷機基本上是恒轉矩特性，所以只要使變頻器輸出電壓與頻率成比例就行了。但是制冷機結合實際機的使用范圍廣，一般都與電機的設計條件不完全一致。在運行條件上電壓也需要改變，最終仍需要實驗確定最佳/F模式。另外，為了改善加速時的效率雖然可以改用變頻器專用電機，但作為變頻器故障時的備用，變頻專用電機很難直接用工頻電源進行運行。而且改用變頻電機的費用會大幅增加，因此我們仍采用原有的電機及機械設備，只是將原有的自耦降壓啟動改為由變頻器控制的壓力閉環系統。
　　在閉環系統的構成中，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用在不同反饋特性的控制系統中。在本系統中，采用反作用特性，反饋增益極性為負極性。也即當吸入口壓力增大時，變頻器的輸出頻率也隨之增大，當吸入口壓力減小時，輸出頻率也隨之減小。
 　 為了防止變頻器輸出頻率低時，制冷機散熱差及總體效率的降低，在變頻器上設定最低運行頻率為30Hz。
　　四、節能效果
　　壓縮機負載基本上是恒轉矩負載，對恒轉矩負載，電機的輸出功率P的一般表達式為
　　　　　　　　　　　　　　　P∝T*N
　　表達式中，T：負載轉矩 N：電機轉速
　　這就是說，即使是恒轉矩負載，采用變頻器等使電機速度下降，電機的輸出功率將減小。變頻器輸入功率PIN可用下式表示：
　　　　　　　　　　　　　 PIN=P/（ηINV*η m）
　　表達式中，PIN：變頻器輸入功率 ηINV：變頻器效率 η m ：電機的效率
　　由上式，假設總效率（ηINV*η m）對于電機的轉速為一定。則顯然電機轉速下降將引起電機輸出功率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，為使電機轉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，仍有顯著的節能效果。另外，電磁調速電機、鼠籠電機的定子電壓控制等從前的調速電機，轉速下降時，總效率將大幅度降低，因而基本上得不到低速時的節能效果。因此采用變頻器取代這些從前的調速方式，可以充分的節能。

圖2  轉速與效率的關系

        變頻器方式由于除電力變換損耗外還有約5%的損耗，這個損耗基本與變頻器功率無關，因而電機功率越大，這個損耗所點的比例也越小，節能效果越顯著。同時變頻器方式具有耐夏季短時高峰負載（依靠增速）和精細溫度控制等優點。
　　五、注意事項
　　以下敘述采用變頻器控制冷凍機時主要應注意的問題。
　　（1） 往復式壓縮機在額定轉速以下減速時，活塞環等的油膜厚度減小，可能造成汽缸等部件的異常磨損。特別是對于離心供油、濺噴式供油方式，減速會引起供油量極端減少，更應注意潤滑。
　    （2） 在5-10HP級的半密閉型壓縮機的場合，由于上述潤滑問題以及低負載時的電機效率、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） 在往復式的場合，考慮到振動、噪音、閥門耐久性等問題，最高頻率的實際上限為額定頻率的100%。
　　（4） 使用氟利昂系列制冷閃電戰的冷凍裝置在容量控制運行時，將面臨蒸發器的油回歸問題。一般在容量控制運行中，有必要定期進行回油運行。