變頻空調(diào)能效計(jì)量及諧波檢測(cè)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(guó)
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(duì)固定的溫度，比如說(shuō)26℃，而室外的溫度變化范圍較大，比如說(shuō)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(kāi)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(méi)有開(kāi)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(kāi)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(jí)
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(jí)
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(guó)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(jí)》對(duì)轉(zhuǎn)速可控型房間空調(diào)調(diào)節(jié)器能效等級(jí)分為3級(jí)，其中1級(jí)能效等級(jí)最高，最節(jié)能。
單冷式變頻空調(diào)各等級(jí)實(shí)測(cè)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(jí)
熱泵式變頻空調(diào)各等級(jí)實(shí)測(cè)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(jí)
下圖為變頻家電的能效標(biāo)識(shí)：
圖1 變頻洗衣機(jī)能效標(biāo)識(shí)、變頻空調(diào)能效標(biāo)識(shí)、變頻冰箱能效標(biāo)識(shí)。
3變頻空調(diào)能效計(jì)量主要測(cè)試參數(shù)
目前變頻空調(diào)能效計(jì)量主要測(cè)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(wú)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(jí)能效的變頻空調(diào)能效提高到2級(jí)甚至1級(jí)，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(guò)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(cè)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(cè)量P3，P3為機(jī)械功率，通常做法是采用扭矩儀測(cè)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(wú)法接入扭矩儀，因此，通常變頻空調(diào)廠家都不對(duì)該項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)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(duì)電機(jī)和壓縮機(jī)的實(shí)際效率進(jìn)行評(píng)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(duì)變頻器、電機(jī)、壓縮機(jī)及整機(jī)進(jìn)行全面的能效評(píng)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(cè)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(cè)量，根據(jù)被測(cè)電量量程選用兩臺(tái)相關(guān)型號(hào)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(cè)量，根據(jù)被測(cè)變頻電量量程選用三臺(tái)相關(guān)型號(hào)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(shuō)1Hz。
注：WP3000變頻功率分析儀可準(zhǔn)確測(cè)量的最低基波頻率為4Hz，WP4000變頻功率分析儀可準(zhǔn)確測(cè)量的最低基波頻率為0.1Hz，詳見(jiàn)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(cè)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(cè)量?jī)x器——TN4000
電子式扭矩儀的測(cè)量原理，通過(guò)WP4000變頻功率分析儀的相關(guān)測(cè)試參數(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)速和溫度等參量，利用專門(mén)定制的變頻空調(diào)能效計(jì)量檢測(cè)軟件可準(zhǔn)確計(jì)算出電機(jī)的輸出軸功率P3。從而對(duì)變頻空調(diào)各部件及整機(jī)的能效進(jìn)行全面的測(cè)試評(píng)估。詳見(jiàn)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(cè)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(guò)磁場(chǎng)感應(yīng)測(cè)量出電機(jī)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)速。詳見(jiàn)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(duì)變頻空調(diào)的各部件及整機(jī)進(jìn)行全面的能效評(píng)定，繪制相關(guān)能效曲線，供研發(fā)及市場(chǎng)宣傳用。
四變頻空調(diào)諧波發(fā)射限值檢測(cè)
變頻空調(diào)除了滿足國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)的要求外，還應(yīng)滿足國(guó)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(duì)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(cè)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(duì)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)脑挘€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。
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