變頻空調(diào)能效計量及諧波檢測整體解決方案

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發(fā)布時間：2013/10/29 12:25:11
作者：AnyWay中國

一變頻空調(diào)與定頻空調(diào)的區(qū)別

　　空調(diào)的作用是將室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)至相對固定的溫度，比如說26℃，而室外的溫度變化范圍較大，比如說在28～40℃之間。室內(nèi)外溫差越大，空調(diào)需要的需要制冷量越大，反之越小。而空調(diào)的制冷量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越低，制冷量越少，需要用電量也越少。

　　定頻空調(diào)壓縮機(jī)不能改變轉(zhuǎn)速，輸出制冷量不能隨室內(nèi)外溫差減小而改變，空調(diào)只能以開停機(jī)形式穩(wěn)定室內(nèi)溫度；而變頻空調(diào)可以根據(jù)不同溫差改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)制冷量，基本不停機(jī)，提升了壓縮機(jī)壽命。

　　此外，變頻空調(diào)與定頻空調(diào)相比還有一個很大的好處就是沒有開停機(jī)之間的溫差，可基本維持溫度的恒定，不需要或減少開停機(jī)也降低了空調(diào)的噪聲，提高了舒適度。

二變頻空調(diào)能效計量原理

1引用標(biāo)準(zhǔn)

　　GB 12021.3-2010 房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能源效率等級

　　GB 21455-2013 轉(zhuǎn)速可控型房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級

　　GB/T 7725 房間空氣調(diào)節(jié)器

　　GB/T 17758 單元式空氣調(diào)節(jié)器

　　GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機(jī)試驗方法

　　GB 17625.1－2003電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）

2變頻空調(diào)能效比

　　變頻空調(diào)能效比APF是指空調(diào)器全年運(yùn)行期間從室內(nèi)交換的熱量總和與消耗電量總和之比。變頻空調(diào)能效比數(shù)值越大，表示空調(diào)越節(jié)能。

　　變頻空調(diào)能效比SEER是指空調(diào)器制冷季節(jié)運(yùn)行期間從室內(nèi)除去的熱量綜合與消耗電量總和之比。變頻空調(diào)能效比數(shù)值越大，表示空調(diào)越節(jié)能。

　　最新國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)《GB 21455-2013 轉(zhuǎn)速可控型房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級》對轉(zhuǎn)速可控型房間空調(diào)調(diào)節(jié)器能效等級分為3級，其中1級能效等級最高，最節(jié)能。

　　單冷式變頻空調(diào)各等級實(shí)測制冷季節(jié)能效比（SEER）應(yīng)不低于表1的規(guī)定。

表1、單冷式變頻空調(diào)能效限定值及能效等級

　　熱泵式變頻空調(diào)各等級實(shí)測全年能效比（APF）應(yīng)不低于表2的規(guī)定。

表2、熱泵式變頻空調(diào)能效限定值及能效等級

　　下圖為變頻家電的能效標(biāo)識：

圖1 變頻洗衣機(jī)能效標(biāo)識、變頻空調(diào)能效標(biāo)識、變頻冰箱能效標(biāo)識。

3變頻空調(diào)能效計量主要測試參數(shù)

　　目前變頻空調(diào)能效計量主要測試參數(shù)為固定制冷量時的輸入有功功率及待機(jī)運(yùn)行時的待機(jī)功率。

　　上述方法只能獲取變頻空調(diào)的能效比，卻無法知道能效低的原因或提高能效的方法。

　　如何提高變頻空調(diào)的能效比，如何將3級能效的變頻空調(diào)能效提高到2級甚至1級，才是變頻空調(diào)廠家真正應(yīng)該關(guān)心的事情。

　　如何提高變頻空調(diào)的能效比呢？

　　變頻空調(diào)的能效主要取決于變頻器的能效、電機(jī)的能效及壓縮機(jī)的能效。

　　假設(shè)外部電源輸入功率為P1，變頻器輸出功率為P2，電機(jī)輸出功率為P3，制冷功率為P4

　　變頻空調(diào)的能效與一般電器不同，一般電器采用輸出功率與輸入功率的比值衡量效率，基于能量守恒定律，效率永遠(yuǎn)小于1。

　　而變頻空調(diào)的能效是輸出制冷量與輸入電量的比值，其比值大于1。提高能效比的途徑主要是，一方面，加大壓縮機(jī)輸出機(jī)械功率與制冷量的轉(zhuǎn)換率，另一方面，提高所有耗能設(shè)備的運(yùn)行效率。

　　就提高耗能設(shè)備運(yùn)行效率而言，仍可采用輸出功率與輸入功率比值判斷耗能設(shè)備（主要是變頻器和電機(jī)）的能效。根據(jù)能量守恒定律，轉(zhuǎn)換過程中損耗越小，效率越高，但損耗必然存在，能效必然小于1。

　　如圖2所示，測量出P1和P2，即可計算出變頻器的能效，而計算電機(jī)的能效，還需要測量P3，P3為機(jī)械功率，通常做法是采用扭矩儀測量出扭矩和轉(zhuǎn)速，再依據(jù)下式（1）計算出功率。

　　P=πTn/30000 (1)

　　注：P為機(jī)械功率，單位變?yōu)閗W；T為扭矩，單位為N.m；n為轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

圖2 變頻空調(diào)各部件及整機(jī)能效計量示意圖

　　變頻空調(diào)的電機(jī)與壓縮機(jī)之間采用固定連接，無法接入扭矩儀，因此，通常變頻空調(diào)廠家都不對該項參數(shù)進(jìn)行測試。

　　事實(shí)上，由于變頻器和電機(jī)及壓縮機(jī)通常由不同的廠家提供，由于匹配不當(dāng)或控制方式?jīng)]有最優(yōu)化等原因，上述設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行能效往往與廠家出具的參數(shù)存在較大的差異。尤其是變頻空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行頻率范圍寬，而廠家提供的數(shù)據(jù)一般都是額定頻率或有限幾個工作點(diǎn)的參數(shù)，不能準(zhǔn)確反映全頻段的運(yùn)行效率。因此，對電機(jī)和壓縮機(jī)的實(shí)際效率進(jìn)行評定是非常有必要的。

　　由于變頻器運(yùn)行在設(shè)定的制冷量下，輸出功率P4已知。只要知道電機(jī)的輸出功率P3，結(jié)合輸入電源端輸入功率P1和變頻器輸出功率P2，即可根據(jù)式(2)～(5)對變頻器、電機(jī)、壓縮機(jī)及整機(jī)進(jìn)行全面的能效評定。

　　η1=P2/P1 (2)

　　η2=P3/P2 (3)

　　SEER′=P4/P3 (4)

　　SEER=P4/P1 (5)

三變頻空調(diào)能效計量整體解決方案

　　如圖3所示，采用WP4000變頻功率分析儀測量電源端輸入功率P1、變頻器輸出功率P2。

　　電源端輸入功率P1可以采用二瓦計法測量，根據(jù)被測電量量程選用兩臺相關(guān)型號的DT數(shù)字變送器。

　　按照“GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機(jī)試驗方法”的要求，變頻器輸出功率也就是電機(jī)的輸入功率P2推薦采用三瓦計法測量，根據(jù)被測變頻電量量程選用三臺相關(guān)型號的DT數(shù)字變送器。

　　本文不推薦采用WP3000變頻功率分析儀，是因為考慮到變頻空調(diào)的基波頻率可能較低，比如說1Hz。

　　注：WP3000變頻功率分析儀可準(zhǔn)確測量的最低基波頻率為4Hz，WP4000變頻功率分析儀可準(zhǔn)確測量的最低基波頻率為0.1Hz，詳見銀河電氣官網(wǎng)產(chǎn)品欄目“WP3000變頻功率分析儀”及“WP4000變頻功率分析儀”

　　如何準(zhǔn)確測量電機(jī)的輸出功率及壓縮機(jī)的輸入功率P3，是本方案的關(guān)鍵所在！

　　本方案采用銀河電氣自主研發(fā)的新型電機(jī)軸功率測量儀器——TN4000電子式扭矩儀的測量原理，通過WP4000變頻功率分析儀的相關(guān)測試參數(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)速和溫度等參量，利用專門定制的變頻空調(diào)能效計量檢測軟件可準(zhǔn)確計算出電機(jī)的輸出軸功率P3。從而對變頻空調(diào)各部件及整機(jī)的能效進(jìn)行全面的測試評估。詳見銀河電氣官網(wǎng)產(chǎn)品欄目“TN4000電子式扭矩儀”。

　　電機(jī)轉(zhuǎn)速測量也是業(yè)界的難題，難就難在轉(zhuǎn)速傳感器的安裝！

　　本方案采用銀河電氣自主研制的新型感應(yīng)式轉(zhuǎn)速計，只需將轉(zhuǎn)速計擺放在電機(jī)附近，即可通過磁場感應(yīng)測量出電機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)速。詳見銀河電氣官網(wǎng)產(chǎn)品欄目“DM4022感應(yīng)式轉(zhuǎn)速計”。

　　電機(jī)相關(guān)溫度測量采用銀河電氣的DMC300分布式測控系統(tǒng)的DM4031四通道溫度測試子站。

圖3 變頻空調(diào)能效計量整體解決方案

　　從變頻空調(diào)節(jié)能原理可知，變頻空調(diào)節(jié)能主要體現(xiàn)其可更加需要調(diào)節(jié)制冷量，因此，嚴(yán)格考核變頻空調(diào)能效，應(yīng)該在輸出不同制冷量的情況下進(jìn)行，作為變頻空調(diào)研制廠家，建議在變頻空調(diào)運(yùn)行的全頻段范圍內(nèi)采用上述方案對變頻空調(diào)的各部件及整機(jī)進(jìn)行全面的能效評定，繪制相關(guān)能效曲線，供研發(fā)及市場宣傳用。