變頻空調(diào)能效計量及諧波檢測整體解決方案
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- 發(fā)布時間：2013/10/29 12:25:11
- 作者：AnyWay中國
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)至相對固定的溫度，比如說26℃，而室外的溫度變化范圍較大，比如說在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)只能以開停機形式穩(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轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)制冷量，基本不停機，提升了壓縮機壽命。
此外，變頻空調(diào)與定頻空調(diào)相比還有一個很大的好處就是沒有開停機之間的溫差，可基本維持溫度的恒定，不需要或減少開停機也降低了空調(diào)的噪聲，提高了舒適度。
二變頻空調(diào)能效計量原理
1引用標準
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
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
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)電動機試驗方法
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。
最新國家強制標準《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》對轉(zhuǎn)速可控型房間空調(diào)調(diào)節(jié)器能效等級分為3級，其中1級能效等級最高，最節(jié)能。
單冷式變頻空調(diào)各等級實測制冷季節(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
熱泵式變頻空調(diào)各等級實測全年能效比（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
下圖為變頻家電的能效標識：
圖1 變頻洗衣機能效標識、變頻空調(diào)能效標識、變頻冰箱能效標識。
3變頻空調(diào)能效計量主要測試參數(shù)
目前變頻空調(diào)能效計量主要測試參數(shù)為固定制冷量時的輸入有功功率及待機運行時的待機功率。
上述方法只能獲取變頻空調(diào)的能效比，卻無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級能效的變頻空調(diào)能效提高到2級甚至1級，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、電機的能效及壓縮機的能效。
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，加大壓縮機輸出機械功率與制冷量的轉(zhuǎn)換率，另一方面，提高所有耗能設(shè)備的運行效率。
就提高耗能設(shè)備運行效率而言，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）的能效。根據(jù)能量守恒定律，轉(zhuǎn)換過程中損耗越小，效率越高，但損耗必然存在，能效必然小于1。
如圖2所示，測量出P1和P2，即可計算出變頻器的能效，而計算電機的能效，還需要測量P3，P3為機械功率，通常做法是采用扭矩儀測量出扭矩和轉(zhuǎn)速，再依據(jù)下式（1）計算出功率。
P=πTn/30000 (1)
注：P為機械功率，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)各部件及整機能效計量示意圖
變頻空調(diào)的電機與壓縮機之間采用固定連接，無法接入扭矩儀，因此，通常變頻空調(diào)廠家都不對該項參數(shù)進行測試。
事實上，由于變頻器和電機及壓縮機通常由不同的廠家提供，由于匹配不當或控制方式?jīng)]有最優(yōu)化等原因，上述設(shè)備的實際運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)的實際運行頻率范圍寬，而廠家提供的數(shù)據(jù)一般都是額定頻率或有限幾個工作點的參數(shù)，不能準確反映全頻段的運行效率。因此，對電機和壓縮機的實際效率進行評定是非常有必要的。
由于變頻器運行在設(shè)定的制冷量下，輸出功率P4已知。只要知道電機的輸出功率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)對變頻器、電機、壓縮機及整機進行全面的能效評定。
η1=P2/P1 (2)
η2=P3/P2 (3)
SEER′=P4/P3 (4)
SEER=P4/P1 (5)
三變頻空調(diào)能效計量整體解決方案
如圖3所示，采用WP4000
變頻功率分析儀測量電源端輸入功率P1、變頻器輸出功率P2。
電源端輸入功率P1可以采用二瓦計法測量，根據(jù)被測電量量程選用兩臺相關(guān)型號的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)電動機試驗方法”的要求，變頻器輸出功率也就是電機的輸入功率P2推薦采用三瓦計法測量，根據(jù)被測變頻電量量程選用三臺相關(guān)型號的DT數(shù)字變送器。
本文不推薦采用WP3000變頻功率分析儀，是因為考慮到變頻空調(diào)的基波頻率可能較低，比如說1Hz。
如何準確測量電機的輸出功率及壓縮機的輸入功率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)的新型電機軸功率測量儀器——TN4000
電子式扭矩儀的測量原理，通過WP4000變頻功率分析儀的相關(guān)測試參數(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)速和溫度等參量，利用專門定制的變頻空調(diào)能效計量檢測軟件可準確計算出電機的輸出軸功率P3。從而對變頻空調(diào)各部件及整機的能效進行全面的測試評估。詳見銀河電氣官網(wǎng)產(chǎn)品欄目“
TN4000電子式扭矩儀”。
電機轉(zhuǎn)速測量也是業(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，只需將轉(zhuǎn)速計擺放在電機附近，即可通過磁場感應(yīng)測量出電機的準確轉(zhuǎn)速。詳見銀河電氣官網(wǎng)產(chǎn)品欄目“
DM4022感應(yīng)式轉(zhuǎn)速計”。
圖3 變頻空調(diào)能效計量整體解決方案
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行，作為變頻空調(diào)研制廠家，建議在變頻空調(diào)運行的全頻段范圍內(nèi)采用上述方案對變頻空調(diào)的各部件及整機進行全面的能效評定，繪制相關(guān)能效曲線，供研發(fā)及市場宣傳用。
四變頻空調(diào)諧波發(fā)射限值檢測
變頻空調(diào)除了滿足國家能效標準的要求外，還應(yīng)滿足國家強制標準“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”對諧波發(fā)射的要求。
第三節(jié)所述的變頻空調(diào)能效計量整體解決方案中WP4000變頻功率分析儀除了實現(xiàn)能效計量所需的功率測量之外，還可提供標準要求的相關(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)措施進行抑制。抑制諧波得當?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，進一步達到節(jié)能的目的。
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