艾默生變頻器在某啤酒廠制冷機上的應(yīng)用

食品的冷凍、冷藏要使用冷凍機，因而在食品行業(yè)，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(nèi)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(shè)計條件的高效率進行運行。這就是將變頻器應(yīng)用于冷凍壓縮機的主要目的。變頻器控制制冷機的主要優(yōu)點如下

　　1） 節(jié)能 相應(yīng)于冷卻負載的變化改變壓縮機轉(zhuǎn)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(xù)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(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(chǎn)，電機功率為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)負載變化控制制冷機轉(zhuǎn)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(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(shè)備的損壞。另外該制冷機原為兩地控制，

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(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。但是制冷機結(jié)合實際機的使

用范圍廣，一般都與電機的設(shè)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?nèi)圆捎迷械碾姍C及機械設(shè)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(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(shè)定最低運行頻率為30Hz。

四．節(jié)能效果

　　壓縮機負載基本上是恒轉(zhuǎn)矩負載，對恒轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩 N：電機轉(zhuǎn)速

　　 這就是說，即使是恒轉(zhuǎn)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(shè)總效率（ηINV*η m）對于電機的轉(zhuǎn)速為一定。則顯然電機轉(zhuǎn)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(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、鼠籠電機的定子電壓控制等從前的調(diào)速電機，轉(zhuǎn)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(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，這個損耗基本與變頻器功率無關(guān)，因而電機功率越大，這個損耗所點的比例也越小，節(jié)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(yōu)點。


五．注意事項

以下敘述采用變頻器控制冷凍機時主要應(yīng)注意的問題。

　　 1） 往復(fù)式壓縮機在額定轉(zhuǎn)速以下減速時，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(yīng)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(fù)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(zhàn)的冷凍裝置在容量控制運行時，將面臨蒸發(fā)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。