控制科学与工程系知识讲解
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速很低，循环水也能在管路中流动。 (2) 在水泵转速为“0”的状态下，回水管与出水管
中的最高水位永远是相等的。因此，水泵的转速只是 改变水的流量，而与扬程无关。所以在循环水系统中 ，用扬程来描绘水泵的做功情形是不够准确的。 3．压差的概念
循环水系统的工作情形与电路十分相似，水泵的做 功情形也可通过水泵出水与回水的压力差来描绘，即
控制科学与工程系
8.1.2 节能原理 供水管网及水泵的运行特性曲线如图8.1所示。
图8.1 管网及水泵的运行特性曲线
当采用阀门控制时，若供水量高峰期水泵工作在E点 ，此时水泵流量为Q1，扬程为H0；当供水量从Q1减小到 Q2时，必须关小阀门，此时阀门的摩擦阻力变大，阻力 曲线从b3移到b1，扬程则从H0升至H1，运行工况点从E点 移到F点，此时水泵输出功率用图形表示为(0，Q2，F， H1)围成的矩形部分，其值为:
8.1.5 PLC控制系统 泵组切换示意图如图8.3所示。
图8.3 泵组切换示意图
8.1.6 注意事项
1．变频、工频切换时间T 切换时间T在PLC程序中设定，设置T时为了确保在加
泵时，泵由变频转换为工频过程中，同一台泵的变频 运行和工频运行各自对对应的交流接触器不会同时吸 合，而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电
8.1.3 系统结构 变频恒压供水系统原理如图8.2所示。它主要有PLC
、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及控制线 路以及泵组组成。
图8.2 变频恒压供水系统原理
8.1.4 工作原理 该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，
按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#～3# 泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修 时使用。自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器 输出频率从0Hz上升，同时PID调节器把接收的信号与给 定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频 率上升到50Hz，变频器输出一个上限频率到达信号给 PLC，PLC接收到信号后经延时，1#泵变频迅速切换为工 频，2#泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2#泵 由变频切换成工频，3#泵变频启动；如用水量减少， PLC控制从先启动的泵开始切除，同时根据PID调节参数 使系统平稳运行，始终保持管网压力。
且随着阀门的不断关小，阀门的摩擦阻力不断变大， 管阻特性曲线上移，运行工况点也随之上移，导致被 浪费的功率随之增加。
根据水泵变速运行的相似定律，变速前、后的流
量Q、扬程H、功率P与转速N之间的关系为:
式中：Q1、H1、P1为变速前的流量、扬程、功率； Q2、H2、P2为变速后的流量、扬程、功率。
由上面公式可知，与阀门控制方式相比，调速控制 方式的供水功率要小得多，节能效果显著。
式中：P1为出水压力；P2为回水压力；PD压差。
(3) 在50/60Hz地区产生较大差别。 (4) 压缩机在启动时有很大的冲击电流，因此需要比 连续运行时更大的电源容量。 (5) 由于压缩机转速恒定，外面温度变化会引起冷暖 空调能力的变化(特别在暖气运行时，外面气温下降会 导致暖气效果下降)。
8.2.2 变频器解决方案 将变频器应用于房间空调可连续地控制笼型电动机
8.2 变频器在家用空调中的应用
8.2.1 家用空调概述 家用空调分为移动式、窗式和分体式。过去一般房
间的空调是采用ON/OFF控制方式，用笼型电动机带动 压缩机来调节冷暖气，但它存在着下述问题。
(1) 根据地区气候、房屋的朝向等估计一年中最大负 载，从而选择恰当的空调机比较困难。
(2) 由于是ON/OFF方式运行，室内温度和湿度会发生 波动，引起不舒适感。
流大而对电网产生冲击，所以在允许的范围内时间T必
须尽可能小。
2．上、下限频率持续时间TH和TL
变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，本系 统以变频运行的频率是否达到上限(下限)，并保持一 定的时间来判断是否加、减泵，这个判断时间就是
TH(TL)，如果设定值过大，系统就不能迅速地对管网
用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水 量变化时就很可能引起频繁的加、减喔泵工作。
图8.5 中央空调系统的组成
2．外部热交换系统
1．冷冻主机与冷却水塔 1) 冷冻主机 2）冷却水塔
2．外部热交换系统 外部热交换系Leabharlann Baidu由以下几个系统组成。 1) 冷冻水循环系统 2) 冷却水循环系统 3) 冷却风机 (1) 盘管风机。安装于所有需要降温的房间内，用于
将由冷冻水盘管冷却了的空气吹入房间，加速房间内 的热交换。
(1) 利用变频器控制节能。 (2) 压缩机ON/OFF损耗减少。 (3) 舒适性改善。 (4) 消除50/60Hz的地区的能力差。 (5) 启动电流减小。
8.3 中央空调的变频调速 8.3.1 中央空调的构成
中央空调的结构如图8.5所示，中央空调系统主要由 冷冻主机和冷却水塔、外部热交换系统等部分组成。
当采用调速控制时，若采用恒压(H0)变速泵(n2)供 水，管阻特性曲线为b2，扬程特性变为曲线n2，工作点 从E点移到D点。此时水泵输出功率用图形表示为(0，Q2 ，D，H0)围成的矩形面积，其值为:
改用调速控制可节约的能耗为由(H0，D，F，H1)
围成的矩形面积，其值为:
可见，当采用阀门控制流量时有ΔP功率被浪费，
(2) 冷却塔风机。用于降低冷却浴中的水温，加速将 “回水”带回的热量散发到大气中去。
8.3.2 循环水系统的特点 1．循环水的特点
如图8.6所示，在水循环系统中，所用的水是并不 消耗的。
图8.6 循环水系统
2．调速特点 在循环水系统中，当通过改变转速来调节流量时
，有以下两个特点。 (1) 水在封闭的管路中具有连续性，即使水泵的转
的转速，可解决上述问题，变频器控制框图如图8.4所 示。
图8.4 变频器控制框图
室内部分以室内控制部为中心，由遥控、传感器、 显示器和风机电动机驱动回路组成。温度和湿度数据 及运行模式等设定以序列信号的形式送往室外部分。 室外部分以系统控制部为中心，由整流单元、逆变单 元、电流传感器、室外风机电动机及阀门控制部分组 成。使用变频器控制空调可以达到以下效果。
中的最高水位永远是相等的。因此，水泵的转速只是 改变水的流量，而与扬程无关。所以在循环水系统中 ，用扬程来描绘水泵的做功情形是不够准确的。 3．压差的概念
循环水系统的工作情形与电路十分相似，水泵的做 功情形也可通过水泵出水与回水的压力差来描绘，即
控制科学与工程系
8.1.2 节能原理 供水管网及水泵的运行特性曲线如图8.1所示。
图8.1 管网及水泵的运行特性曲线
当采用阀门控制时，若供水量高峰期水泵工作在E点 ，此时水泵流量为Q1，扬程为H0；当供水量从Q1减小到 Q2时，必须关小阀门，此时阀门的摩擦阻力变大，阻力 曲线从b3移到b1，扬程则从H0升至H1，运行工况点从E点 移到F点，此时水泵输出功率用图形表示为(0，Q2，F， H1)围成的矩形部分，其值为:
8.1.5 PLC控制系统 泵组切换示意图如图8.3所示。
图8.3 泵组切换示意图
8.1.6 注意事项
1．变频、工频切换时间T 切换时间T在PLC程序中设定，设置T时为了确保在加
泵时，泵由变频转换为工频过程中，同一台泵的变频 运行和工频运行各自对对应的交流接触器不会同时吸 合，而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电
8.1.3 系统结构 变频恒压供水系统原理如图8.2所示。它主要有PLC
、变频器、压力变送器、液位传感器、动力及控制线 路以及泵组组成。
图8.2 变频恒压供水系统原理
8.1.4 工作原理 该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，
按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#～3# 泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修 时使用。自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器 输出频率从0Hz上升，同时PID调节器把接收的信号与给 定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频 率上升到50Hz，变频器输出一个上限频率到达信号给 PLC，PLC接收到信号后经延时，1#泵变频迅速切换为工 频，2#泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2#泵 由变频切换成工频，3#泵变频启动；如用水量减少， PLC控制从先启动的泵开始切除，同时根据PID调节参数 使系统平稳运行，始终保持管网压力。
且随着阀门的不断关小，阀门的摩擦阻力不断变大， 管阻特性曲线上移，运行工况点也随之上移，导致被 浪费的功率随之增加。
根据水泵变速运行的相似定律，变速前、后的流
量Q、扬程H、功率P与转速N之间的关系为:
式中：Q1、H1、P1为变速前的流量、扬程、功率； Q2、H2、P2为变速后的流量、扬程、功率。
由上面公式可知，与阀门控制方式相比，调速控制 方式的供水功率要小得多，节能效果显著。
式中：P1为出水压力；P2为回水压力；PD压差。
(3) 在50/60Hz地区产生较大差别。 (4) 压缩机在启动时有很大的冲击电流，因此需要比 连续运行时更大的电源容量。 (5) 由于压缩机转速恒定，外面温度变化会引起冷暖 空调能力的变化(特别在暖气运行时，外面气温下降会 导致暖气效果下降)。
8.2.2 变频器解决方案 将变频器应用于房间空调可连续地控制笼型电动机
8.2 变频器在家用空调中的应用
8.2.1 家用空调概述 家用空调分为移动式、窗式和分体式。过去一般房
间的空调是采用ON/OFF控制方式，用笼型电动机带动 压缩机来调节冷暖气，但它存在着下述问题。
(1) 根据地区气候、房屋的朝向等估计一年中最大负 载，从而选择恰当的空调机比较困难。
(2) 由于是ON/OFF方式运行，室内温度和湿度会发生 波动，引起不舒适感。
流大而对电网产生冲击，所以在允许的范围内时间T必
须尽可能小。
2．上、下限频率持续时间TH和TL
变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，本系 统以变频运行的频率是否达到上限(下限)，并保持一 定的时间来判断是否加、减泵，这个判断时间就是
TH(TL)，如果设定值过大，系统就不能迅速地对管网
用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水 量变化时就很可能引起频繁的加、减喔泵工作。
图8.5 中央空调系统的组成
2．外部热交换系统
1．冷冻主机与冷却水塔 1) 冷冻主机 2）冷却水塔
2．外部热交换系统 外部热交换系Leabharlann Baidu由以下几个系统组成。 1) 冷冻水循环系统 2) 冷却水循环系统 3) 冷却风机 (1) 盘管风机。安装于所有需要降温的房间内，用于
将由冷冻水盘管冷却了的空气吹入房间，加速房间内 的热交换。
(1) 利用变频器控制节能。 (2) 压缩机ON/OFF损耗减少。 (3) 舒适性改善。 (4) 消除50/60Hz的地区的能力差。 (5) 启动电流减小。
8.3 中央空调的变频调速 8.3.1 中央空调的构成
中央空调的结构如图8.5所示，中央空调系统主要由 冷冻主机和冷却水塔、外部热交换系统等部分组成。
当采用调速控制时，若采用恒压(H0)变速泵(n2)供 水，管阻特性曲线为b2，扬程特性变为曲线n2，工作点 从E点移到D点。此时水泵输出功率用图形表示为(0，Q2 ，D，H0)围成的矩形面积，其值为:
改用调速控制可节约的能耗为由(H0，D，F，H1)
围成的矩形面积，其值为:
可见，当采用阀门控制流量时有ΔP功率被浪费，
(2) 冷却塔风机。用于降低冷却浴中的水温，加速将 “回水”带回的热量散发到大气中去。
8.3.2 循环水系统的特点 1．循环水的特点
如图8.6所示，在水循环系统中，所用的水是并不 消耗的。
图8.6 循环水系统
2．调速特点 在循环水系统中，当通过改变转速来调节流量时
，有以下两个特点。 (1) 水在封闭的管路中具有连续性，即使水泵的转
的转速，可解决上述问题，变频器控制框图如图8.4所 示。
图8.4 变频器控制框图
室内部分以室内控制部为中心，由遥控、传感器、 显示器和风机电动机驱动回路组成。温度和湿度数据 及运行模式等设定以序列信号的形式送往室外部分。 室外部分以系统控制部为中心，由整流单元、逆变单 元、电流传感器、室外风机电动机及阀门控制部分组 成。使用变频器控制空调可以达到以下效果。