一、前言 在當代社會，隨著制冷工業(yè)的發(fā)展，制冷的應用也日益廣泛，現(xiàn)已滲透到人們的生活、生產(chǎn)、科學研究活動的各個領域，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，到尖端科學技術(shù)都離不開制冷。 二、螺桿式制冷壓縮機的能量調(diào)節(jié) 螺桿式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)如上圖。螺桿式制冷壓縮機，是指用帶有螺旋槽的一個或兩個轉(zhuǎn)子（螺桿）在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)使氣體壓縮的制冷壓縮機，屬于工作容積作回轉(zhuǎn)運動的容積型壓縮機。 螺桿式制冷壓縮機的能量調(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的機體上，安裝一調(diào)節(jié)滑閥，成為壓縮機機體的一部分。它是通過滑閥的移動使壓縮機陰、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的前一段時間內(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)子的有效工作長度，來達到能量調(diào)節(jié)的目的。調(diào)節(jié)范圍一般是10%～100%內(nèi)的無級調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過程中，功率與輸氣量在50%以上的負荷運行時幾乎是成正比關(guān)系 ，但在50%以下是，性能系數(shù)則相應會大幅度下降，顯得經(jīng)濟性較差。螺桿式制冷壓縮機的電機功率一般都在100kw以上，由于電機轉(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重的“大馬拉小車”現(xiàn)象。 三、螺桿式制冷壓縮機的變頻調(diào)節(jié) 食品的冷凍、冷藏要使用冷凍機，因而在食品行業(yè)，制冷機的使用非常普及，其制冷機機的控制正越來越多地采用變頻器。 1.變頻器使用的目的 對制冷機內(nèi)的壓縮機采用變頻控制（壓縮機能力可變控制），可以使制冷機對于冷凍負載的變動始終以接近設計條件的高效率進行運行。這就是將變頻器應用于冷凍壓縮機的主要目的。變頻器控制制冷機的主要優(yōu)點如下： 1）節(jié)能：相應于冷卻負載的變化改變壓縮機轉(zhuǎn)速，使其始終運行在最佳點。從而減少所需動力。 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，即使對于臨時的冷卻負載增加，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：密閉式電機直接連接的壓縮機在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.設備的組成 舉例：變頻器控制黃河啤酒廠1號制冷機的例子。在該例中，變頻器選用科姆龍KV2000-G2000-4T變頻器，制冷機為大連冷凍機廠生產(chǎn)，電機功率為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)負載變化控制制冷機轉(zhuǎn)速的方法中，我們的目的是想控制制冷機吸入口的溫度，由于現(xiàn)場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應關(guān)系，且在現(xiàn)場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壓縮機的吸入壓，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。同時考慮到制冷機工作時的安全要求，我們將該制冷機原有的溫度保護、油壓保護等通過中繼接入變頻器，保證有溫度保護或油壓保護動作時，變頻器能立即自動停機，防止機械設備的損壞。另外該制冷機原為兩地控制，采用變頻后我們?nèi)员３衷械膬傻乜刂疲@樣，對操作人員來說，更易于操作。 對制冷機內(nèi)的壓縮機采用變頻控制（壓縮機能力可變控制），可以使制冷機對于冷凍負載的變動始終以接近設計條件的高效率進行運行。這就是將變頻器應用于冷凍壓縮機的主要目的。 四、制冷機的變頻運行模式 　制冷機基本上是恒轉(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。但是制冷機結(jié)合實際機的使用范圍廣，一般都與電機的設計條件不完全一致。在運行條件上電壓也需要改變，最終仍需要實驗確定最佳V/F模式。另外，為了改善加速時的效率雖然可以改用變頻器專用電機，但作為變頻器故障時的備用，變頻專用電機很難直接用工頻電源進行運行。而且改用變頻電機的費用會大幅增加，因此我們?nèi)圆捎迷械碾姍C及機械設備，只是將原有的自耦降壓啟動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，反饋增益極性為負極性。也即當吸入口壓力增大時，變頻器的輸出頻率也隨之增大，當吸入口壓力減小時，輸出頻率也隨之減小。 　為了防止變頻器輸出頻率低時，制冷機散熱差及總體效率的降低，在變頻器上設定最低運行頻率為30Hz。 五 節(jié)能效果 壓縮機負載基本上是恒轉(zhuǎn)矩負載，對恒轉(zhuǎn)矩負載，電機的輸出功率P的一般表達式為P∝T＊N表達式中，T：負載轉(zhuǎn)矩 N：電機轉(zhuǎn)速 這就是說，即使是恒轉(zhuǎn)矩負載，采用變頻器等使電機速度下降，電機的輸出功率將減小。變頻器輸入功率PIN可用下式表示： 　PIN=P/（ηINV＊η m） 　表達式中，PIN：變頻器輸入功率 ηINV：變頻器效率 η m ：電機的效率 由上式，假設總效率（ηINV＊η m）對于電機的轉(zhuǎn)速為一定。則顯然電機轉(zhuǎn)速下降將引起電機輸出功率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、鼠籠電機的定子電壓控制等從前的調(diào)速電機，轉(zhuǎn)速下降時，總效率將大幅度降低，因而基本上得不到低速時的節(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，這個損耗基本與變頻器功率無關(guān)，因而電機功率越大，這個損耗所點的比例也越小，節(jié)能效果越顯著。同時變頻器方式具有耐夏季短時高峰負載（依靠增速）和精細溫度控制等優(yōu)點。