變頻空調(diào)能效計(jì)量及諧波檢測整體解決方案
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- 發(fā)布時(shí)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(gè)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(jì)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)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(jì)量主要測試參數(shù)
目前變頻空調(diào)能效計(jì)量主要測試參數(shù)為固定制冷量時(shí)的輸入有功功率及待機(jī)運(yùn)行時(shí)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(jì)算出變頻器的能效,而計(jì)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(jì)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(jì)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(xiàng)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(gè)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(jì)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(jì)法測量,根據(jù)被測電量量程選用兩臺(tái)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)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(jì)法測量,根據(jù)被測變頻電量量程選用三臺(tái)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?yàn)榭紤]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(jì)量檢測軟件可準(zhǔn)確計(jì)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(jì),只需將轉(zhuǎn)速計(jì)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(jì)”。
圖3 變頻空調(diào)能效計(jì)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。
四變頻空調(diào)諧波發(fā)射限值檢測
變頻空調(diào)除了滿足國家能效標(biāo)準(zhǔn)的要求外,還應(yīng)滿足國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)“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”對諧波發(fā)射的要求。
第三節(jié)所述的變頻空調(diào)能效計(jì)量整體解決方案中WP4000變頻功率分析儀除了實(shí)現(xiàn)能效計(jì)量所需的功率測量之外,還可提供標(biāo)準(zhǔn)要求的相關(guān)諧波特征值及各次諧波參數(shù)。
圖4為普通二極管整流變頻器的輸入電壓、電流波形圖。
圖4、變頻空調(diào)輸入電壓、電流波形圖
由圖可知,對于普通二極管整流的變頻器,輸入電流諧波較大,需要采取相關(guān)措施進(jìn)行抑制。抑制諧波得當(dāng)?shù)脑?,還可提高變頻器的輸入功率因數(shù),減小電網(wǎng)供電線路損耗,進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的目的。