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运动控制

欧瑞E2000高性能矢量型变频器在永磁制冷压缩机上的应用

  2021年11月29日  

  摘要:本文主要介绍欧瑞传动E2000系列变频器最新永磁同步机核心软件在永磁同步制冷压缩机上的应用。制冷压缩机是制冷系统的核心和心脏,而永磁同步机则是核心的执行机构。工作过程中,变频器作为制冷压缩机的核心控制机构,主要是根据制冷系统的需要,实时调整永磁同步机输出状态,满足现场需求。

  关键词:欧瑞E2000系列变频器、永磁同步机核心软件、永磁同步制冷压缩机

  前言:

  制冷压缩机是制冷系统的核心和心脏。压缩机的能力和特征决定了制冷系统的能力和特征。某种意义上,制冷系统的设计与匹配就是将压缩机的能力体现出来。因此,世界各国制冷行业无不在制冷压缩机的研究上投入了大量的精力,新的研究方向和研究成果不断出现。压缩机的技术和性能水平日新月异。

  压缩机的种类很多,根据机械结构的不同,制冷压缩机可以分为容积型压缩机、螺杆式压缩机、定排量压缩机和变排量压缩机。

  按照工作原理分类,大体分为容积型压缩机、速度型压缩机。

  按工作的蒸发温度范围分类,对于单级缺位压缩机,一般可按其工作蒸发温度的范围分为高温、中温和低温压缩机三种,但在具体蒸发温度区域的划分上并不统一。

  一般的温度范围为:

  高温制冷压缩机:-10~10;

  中温制冷压缩机:-20~-10;

  低温制冷压缩机:-45~-20.

  按密封结构形式分类:

  开启式压缩机、封闭式压缩机。

  本文我们主要针对的是欧瑞E2000变频器在双螺杆式制冷压缩机上的应用予以介绍。

  二、螺杆式制冷压缩机的组成及工作原理

  2.1 压缩机的分类:

  螺杆式制冷压缩机和活塞式制冷压缩机在气体压缩方式上相同,都属于容积型压缩机,也就是说它们都是靠容积的变化而使气体压缩的。不同点是这两种压缩机实现工作容积变化的方式不同。螺杆式制冷压缩机又分为单螺杆压缩机和双螺杆压缩机。其中双螺杆压缩机是利用置于机体内的两个具有螺旋状齿槽的螺杆相啮合旋转及其与机体内壁和吸、排气端座内壁的配合,造成齿间容积的变化,从而完成气体的吸入、压缩及排出过程。

  螺杆式压缩机可分为无油式和喷油式两种。无油螺杆压缩机在上世纪30年代问世时主要用于压缩空气,50年代才用于制冷装置中。60年代出现了气缸内喷油的螺杆式制冷压缩机,性能得到提高。近年来,随着齿形和其他结构的不断改进,性能又有了很大提高。再加上螺杆式压缩机无余隙容积,效率高,无吸、排气阀装置等易损件。因此,螺杆式制冷压缩机已成为一种先进的制冷压缩机,特别是喷油式螺杆压缩机已是制冷压缩机中主要机种之一,得到了广泛的应用。

  2.2 螺杆式制冷压缩机的基本结构:

  螺杆式制冷压缩机的基本结构主要由转子、机壳(包括中部的气缸体和两端的吸、排气端座等)、轴承、轴封、平衡活塞及能量调节装置组成。两个按一定传动比反向旋转又相互啮合的转子平行地配置在呈“∞”字形的气缸中。转子具有特殊的螺旋齿形,凸齿形的称为阳转子,凹齿形的称为阴转子。一般阳转子为主动转子,阴转子为从动转子。气缸的左右有吸气端座和排气端座,一对转子就支承在左右端座的轴承上。转子之间及转子和气缸、端座间留有很小的间隙。吸气端座和气缸上部设有轴向和径向吸气孔口,排气端座和滑阀上分别设有轴向和径向排气孔口。压缩机的吸、排气孔口是按其工作过程的需要精心设计的,可以根据需要准确地使工作容积和吸、排气腔连通或隔断。如下图:

  2.3 螺杆式制冷压缩机工作原理:

  螺杆式压缩机的工作是依靠啮合运动着的一个阳转子与一个阴转子,并借助于包围这一对转子四周的机壳内壁的空间完成的。当转子转动时,转子的齿、齿槽与机壳内壁所构成的呈“V”字形的一对齿间容积称为基元容积,其容积大小会发生周期性的变化,同时它还会沿着转子的轴向由吸气口侧向排气口侧移动,将制冷剂气体吸入并压缩至一定的压力后排出。随着转子的连续旋转,吸气、压缩、排气过程循环进行,各基元容积依次陆续工作,构成了螺杆式制冷压缩机的工作循环。由上可知,两转子转向相迎合的一面,气体受压缩,称为高压力区;另一面,转子彼此脱离,齿间基元容积吸入气体,称为低压力区。高压力区与低压力区由两个转子齿面间的接触线所隔开。另外,由于吸气基元容积的气体随着转子回转,由吸气端向排气端作螺旋运动。因此,螺杆式制冷压缩机的吸、排气孔口都是呈对角线方式布置的。制冷工作原理系统图如下:

  三、欧瑞E2000系列变频器现场控制方案:

  制冷压缩机系统根据工况需求,采用定频控制模式或线性控制模式,即变频器执行固定频率运行或系统PID控制模式运行。

  3.1现场电气控制示意图:

  3.2系统控制简介:

  3.2.1 操作台:

  文本屏

  电源指示灯

  变频器启动/停止旋钮

  变频器报警蜂鸣器

  紧急停机按钮

  故障复位按钮。

  3.2.2欧瑞变频器:E2000-0900T3C6U1F2A601

  3.2.3压缩机永磁同步电机:

  额定功率95KW,额定电流156A,额定转速4500R,额定频率300HZ,8级无感永磁同步机。

  系统由操控台就地控制,触摸屏通过通讯读取显示变频给定数据、运行状态数据,制冷系统各个流程的运行状态,根据工艺需求更改变频器的控制模式,定频模式即给定固定转速运行,达到设定温度后自行休眠。线性控制模式即根据系统PID运算PLC给出运行频率实时调整运行状态。系统根据工艺需要,判断风机化霜等模式进行自动控制启停。

  3.3 调试过程:

  制冷压缩机控制系统中,压缩机的工作响应是否高效、平稳运行,能否合理利用电机输出功率是保证最大工作效率是关键。本文介绍的是采用的两种控制方案:定频模式或线性(PID)模式控制,变频器均是执行模拟量0-10V调速运行。定频模式即采用PLC给定固定转速运行,满足系统平稳运行;线性(PID)模式则是PLC给出系统实时响应频率,变频器执行实时调整运行频率,快速响应系统控制需求,精准控制压缩机满足制冷循环系统需求。首先是根据永磁同步电机详细信息设置相应F800区电机参数,进行静态自学习。需要注意的是,学习前必须将变频器控制模式改为PMSM无速度传感矢量控制模式,再进行相应的控制功能参数设置,具体参数如下:

  通过现场调试,欧瑞E2000系列变频器满足永磁同步制冷压缩机重载直接启动、稳速运行需求,满足运行过程突然加载的工况需求,充分发挥了永磁同步机的高效节能模式,自动辨识负载情况,将无功功率降至最低。

  3.4 欧瑞E2000变频器在永磁同步制冷压缩机应用的优点:

  3.4.1 效永磁核心软件,低频大扭矩,0.5HZ即可达到200%转矩输出;高速运行平稳,满足负载突变工况需求,超高的转速响应速度及精度,保证了永磁同步压缩机在制冷系统高效模式。

  3.4.2 永磁同步机的应用,有利于改善电网的功率因数,增加电网容量,改善了工厂冷库等工况用电环境。

  3.4.3 即便因工厂其他设备冲击造成的电网波动,变频器仍可自动调整励磁控制,保证同步机在高效模式下工作,提高运行稳定性。

  3.4.4 响应迅速,在低转速、低能耗状态下,以较小的温差波动,实现了快速、节能和舒适控温效果,高效节能。

  3.4.5 大大降低压缩机运行噪音,满足温控的情况下,压缩机会在低转速、低耗能状态下运行,设备运行噪音大大降低。

  3.4.6 避免工频运行模式下的频繁加卸载情况,降低了机械冲击,同时减少了机械损坏,延长设备使用寿命。

  四、结束语

  欧瑞传动E2000系列变频器,最新永磁同步机核心软件在永磁同步制冷压缩机上的应用,解决了系统工频模式下频繁加卸载冲击,迅速及时响应,减小系统波动,增强系统控制稳定性,让温控效果更加舒适节能高效。大大降低系统运行噪音,减少机械损耗,延长设备使用寿命。

  匹配无感永磁同步机控制,发挥了永磁同步机的超强过载能力,保证了压缩机的重载启动需求,重载低频运行需求,运行过程中超高的转速响应速度及精度,完全可以满足现场工况要求。欧瑞传动E2000系列变频器以超高的控制性能,优异的品质,匹配无感永磁同步机高效节能模式稳定运行,被越来越多的制冷压缩机、空气压缩机设备厂家所信赖,被更多的行业客户大力推广应用。

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