一、前言 在當(dāng)代社會(huì)，隨著制冷工業(yè)的發(fā)展，制冷的應(yīng)用也日益廣泛，現(xiàn)已滲透到人們的生活、生產(chǎn)、科學(xué)研究活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，并在改善人類的生活質(zhì)量方面發(fā)揮著巨大的作用，從日常的衣、食、住、行，到尖端科學(xué)技術(shù)都離不開制冷。 二、螺桿式制冷壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié) 螺桿式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)如上圖。螺桿式制冷壓縮機(jī)，是指用帶有螺旋槽的一個(gè)或兩個(gè)轉(zhuǎn)子（螺桿）在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)使氣體壓縮的制冷壓縮機(jī)，屬于工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積型壓縮機(jī)。 螺桿式制冷壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)方法主要有吸入節(jié)流調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)停調(diào)節(jié)、變頻調(diào)節(jié)、滑閥調(diào)節(jié)、柱塞閥調(diào)節(jié)等。目前普遍采用的能量調(diào)節(jié)方式是滑閥調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方法是在螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體上，安裝一調(diào)節(jié)滑閥，成為壓縮機(jī)機(jī)體的一部分。它是通過滑閥的移動(dòng)使壓縮機(jī)陰、陽轉(zhuǎn)子的齒間基元容積在齒面接觸線從吸氣端向排氣端移動(dòng)的前一段時(shí)間內(nèi)，通過滑閥回流孔仍與吸氣孔口相通，并使部分氣體回流到吸氣孔口，即改變轉(zhuǎn)子的有效工作長(zhǎng)度，來達(dá)到能量調(diào)節(jié)的目的。調(diào)節(jié)范圍一般是10%～100%內(nèi)的無級(jí)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過程中，功率與輸氣量在50%以上的負(fù)荷運(yùn)行時(shí)幾乎是成正比關(guān)系 ，但在50%以下是，性能系數(shù)則相應(yīng)會(huì)大幅度下降，顯得經(jīng)濟(jì)性較差。螺桿式制冷壓縮機(jī)的電機(jī)功率一般都在100kw以上，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速并未改變，造成在滑閥調(diào)節(jié)過程中，耗電功率較大，所以冷庫存在著比較嚴(yán)重的“大馬拉小車”現(xiàn)象。 三、螺桿式制冷壓縮機(jī)的變頻調(diào)節(jié) 食品的冷凍、冷藏要使用冷凍機(jī)，因而在食品行業(yè)，制冷機(jī)的使用非常普及，其制冷機(jī)機(jī)的控制正越來越多地采用變頻器。 1.變頻器使用的目的 對(duì)制冷機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)采用變頻控制（壓縮機(jī)能力可變控制），可以使制冷機(jī)對(duì)于冷凍負(fù)載的變動(dòng)始終以接近設(shè)計(jì)條件的高效率進(jìn)行運(yùn)行。這就是將變頻器應(yīng)用于冷凍壓縮機(jī)的主要目的。變頻器控制制冷機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1）節(jié)能：相應(yīng)于冷卻負(fù)載的變化改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使其始終運(yùn)行在最佳點(diǎn)。從而減少所需動(dòng)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(duì)于臨時(shí)的冷卻負(fù)載增加，也可以依靠加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(jī)直接連接的壓縮機(jī)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。 2.設(shè)備的組成 舉例：變頻器控制黃河啤酒廠1號(hào)制冷機(jī)的例子。在該例中，變頻器選用科姆龍KV2000-G2000-4T變頻器，制冷機(jī)為大連冷凍機(jī)廠生產(chǎn)，電機(jī)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(fù)載變化控制制冷機(jī)轉(zhuǎn)速的方法中，我們的目的是想控制制冷機(jī)吸入口的溫度，由于現(xiàn)場(chǎng)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(duì)應(yīng)關(guān)系，且在現(xiàn)場(chǎng)管道上安裝壓力變送器更容易些，因而在本系統(tǒng)中，我們采用壓力傳感器檢測(cè)壓縮機(jī)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(shí)考慮到制冷機(jī)工作時(shí)的安全要求，我們將該制冷機(jī)原有的溫度保護(hù)、油壓保護(hù)等通過中繼接入變頻器，保證有溫度保護(hù)或油壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，變頻器能立即自動(dòng)停機(jī)，防止機(jī)械設(shè)備的損壞。另外該制冷機(jī)原為兩地控制，采用變頻后我們?nèi)员３衷械膬傻乜刂?，這樣，對(duì)操作人員來說，更易于操作。 對(duì)制冷機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)采用變頻控制（壓縮機(jī)能力可變控制），可以使制冷機(jī)對(duì)于冷凍負(fù)載的變動(dòng)始終以接近設(shè)計(jì)條件的高效率進(jìn)行運(yùn)行。這就是將變頻器應(yīng)用于冷凍壓縮機(jī)的主要目的。 四、制冷機(jī)的變頻運(yùn)行模式 　制冷機(jī)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(jī)結(jié)合實(shí)際機(jī)的使用范圍廣，一般都與電機(jī)的設(shè)計(jì)條件不完全一致。在運(yùn)行條件上電壓也需要改變，最終仍需要實(shí)驗(yàn)確定最佳V/F模式。另外，為了改善加速時(shí)的效率雖然可以改用變頻器專用電機(jī)，但作為變頻器故障時(shí)的備用，變頻專用電機(jī)很難直接用工頻電源進(jìn)行運(yùn)行。而且改用變頻電機(jī)的費(fèi)用會(huì)大幅增加，因此我們?nèi)圆捎迷械碾姍C(jī)及機(jī)械設(shè)備，只是將原有的自耦降壓?jiǎn)?dòng)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，科姆龍無感矢量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(fù)極性。也即當(dāng)吸入口壓力增大時(shí)，變頻器的輸出頻率也隨之增大，當(dāng)吸入口壓力減小時(shí)，輸出頻率也隨之減小。 　為了防止變頻器輸出頻率低時(shí)，制冷機(jī)散熱差及總體效率的降低，在變頻器上設(shè)定最低運(yùn)行頻率為30Hz。 五 節(jié)能效果 壓縮機(jī)負(fù)載基本上是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電機(jī)的輸出功率P的一般表達(dá)式為P∝T＊N表達(dá)式中，T：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 N：電機(jī)轉(zhuǎn)速 這就是說，即使是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用變頻器等使電機(jī)速度下降，電機(jī)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(dá)式中，PIN：變頻器輸入功率 ηINV：變頻器效率 η m ：電機(jī)的效率 由上式，假設(shè)總效率（ηINV＊η m）對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速為一定。則顯然電機(jī)轉(zhuǎn)速下降將引起電機(jī)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(jī)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(jī)、鼠籠電機(jī)的定子電壓控制等從前的調(diào)速電機(jī)，轉(zhuǎn)速下降時(shí)，總效率將大幅度降低，因而基本上得不到低速時(shí)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。一般節(jié)電率在10%以上。 　　變頻器方式由于除電力變換損耗外還有約1％的損耗，這個(gè)損耗基本與變頻器功率無關(guān)，因而電機(jī)功率越大，這個(gè)損耗所點(diǎn)的比例也越小，節(jié)能效果越顯著。同時(shí)變頻器方式具有耐夏季短時(shí)高峰負(fù)載（依靠增速）和精細(xì)溫度控制等優(yōu)點(diǎn)。