VFD（逆变器）在HVAC（中央供暖通风和空调）系统中的优势

变频空调（VFD）是迄今为止应用于建筑HVAC系统的最成功的能源管理工具之一. 20多年来，VFD已成功安装在各种可变负载应用中的风扇和泵电机上. 与传统的恒速应用相比，节能范围为35％至50％，投资回收期为6个月至两年.

尽管基于电动机的功率限制了适用于早期驱动器的应用数量，但如今的驱动器几乎可以安装在商业和公共机构建筑的任何HVAC应用中. 该系统可以在比上一代更高的电压下运行，为高达500马力的电动机提供了现成的系统.

早期系统还遭受低功率因数的困扰. 低功率因数将破坏配电能力设施，并可能导致电力公司施加成本处罚. 当今的系统在电动机的整个转速范围内都以几乎恒定的功率因数运行.

当今系统已解决的另一个问题是运行噪音. 当驱动器的输出频率响应于负载而降低时，由电动机叠片中的振动产生的噪声很容易通过电动机传递到建筑物的内部. 当今的驱动器以更高的频率工作hvac变频器，导致相关的噪声高于可听范围.

VFD继续发展. 从许多系统优势到越来越多的可用应用程序，VFD被证明是更加有用和强大的.

VFD的核心

大多数传统的建筑物HVAC应用程序都设计为以恒定速度运行风扇和水泵. 但是，建筑物上的负载是恒定的. 在传统系统中，可以使用某种形式的机械节流来减少系统中水或空气的流量. 但是，无论系统的加热或冷却负载如何，驱动马达都将以几乎相同的能量继续全速运行. 尽管机械节流可以提供良好的控制水平，但效率不高. VFD提供了一种有效的替代方法.

三个因素共同提高了VFD的运行效率:

1. 在满负荷下运行. 建筑系统的大小适合峰值负载条件. 在典型应用中，峰值负载情况发生在年度运行时间的1％至5％之间. 这意味着泵和风扇电机消耗的能量超过其运行时间的95％至99％.

2. 超大型系统设计. 设计峰值负载会使系统对于大多数工作时间来说过大. 系统设计过大的做法进一步加剧了这种情况，以允许低估和意外的负载以及将来如何使用建筑空间可能导致的负载.

3. 电机能耗是速度的函数. 建筑HVAC系统中最常用的电动机是感应电动机. 对于感应电动机，电动机消耗的功率随电动机速度的三次方而变化. 这意味着，如果电动机可以将其正常运行速度降低25％，则其能耗将降低近60％. 速度降低了50％，能耗降低了近90％.

在HVAC应用中安装VFD解决了前两个因素带来的低效率，同时产生了第三个因素带来的节能效果. VFD通过将60条循环线路电流转换为直流电，然后根据系统负载输出电压和频率变化来实现此目的. 随着系统负载的减少，VFD控制器将降低电动机的运行速度，以使流经系统的流量达到但不超过负载要求.

VFD的好处

使用VFD的最重要好处是节能. 通过将系统容量与全年的实际负载进行匹配，可以节省系统电机的能源.

这些设备的另一个好处是减少了电机磨损. 当感应电动机启动时，它将消耗比正常运行期间更高的电流. 浪涌电流可能是电动机满载工作电流的三到十倍，从而在电动机绕组和其他组件中产生热量和应力. 在频繁启动和停止的电动机中，这可能会导致早期电动机故障.

相反，当启动连接到VFD的电动机时，VFD会向电动机施加极低的频率和低电压. 两者都以可控的速率逐渐增加到正常运行条件，从而延长了电动机的使用寿命.

VFD还提供了更精确的应用程序控制级别. 例如，高层建筑物在生活用水上使用增压泵系统，以在建筑物内的各个位置维持足够的水压. 在这种类型的应用中，常规的泵控制可以将压力保持在一定范围内，但是基于VFD的系统可以在更宽的流量范围内保持更精确的控制，同时减少能耗和泵的磨损.

在建筑物HVAC应用中最常用的电动机是三相感应电动机，尽管某些较小的应用可能使用单相感应电动机. VFD可以同时应用于两者.

尽管VFD控制器可用于多种应用，但那些产生最大收益的是那些需要变速操作的控制器. 例如，通过使用VFD更改流速，可以将用于构建HVAC系统的泵所产生的流速与建筑物负载相匹配. 同样，在无论流量如何都需要恒定压力的系统中，例如在家用热水和冷水系统中，由压力设定点控制的VFD可以将压力维持在大多数需求水平.

大多数商业和公共HVAC系统都使用可变容量的风扇系统来分配经过调节的空气. 大多数由风扇系统中的可变进气叶片系统和可变风量箱控制. 随着系统负载的降低，可变风量箱将关闭，从而增加系统中的静压. 风扇控制器检测到这种增加并关闭其入口叶片. 尽管使用这种类型的控制系统可以减少系统风扇的能源需求，但它不如基于VFD的系统高效或准确.

VFD使用的另一种选择是可变制冷剂流量系统. 可变制冷剂流量系统将一个或多个压缩机连接到为多个蒸发器供气的公共制冷剂供应系统. 通过管道输送制冷剂而不是使用空气管道，大大降低了能量分配需求. 由于压缩机上的负载根据蒸发器的需求不断变化，因此VFD可用于控制压缩机的运行速度以匹配负载，从而降低了部分负载条件下的能源需求.

其他VFD应用程序

尽管这两个VFD应用程序的主要优点是节能，但VFD非常适合其他将节能放在第二位的应用程序. 例如，VFD在某些商业应用中可以提供精确的速度或转矩控制.

某些专门的应用程序使用双风扇或泵. VFD具有精确的速度控制，可以确保两个单元以所需的速度运行，并且最终不会相互竞争，或者一个单元承担的负载超过其设计负荷水平.

技术进步增加了设备可驱动的负载数量. 如今，该设备的额定电压和电流可以与建筑物中的大多数三相感应电动机相匹配. 有500马力或更高的设备，设施经理将它们安装在大容量离心式制冷机上，可以达到很大的节能效果.

最近发生的最重要的变化之一是，随着各种设备的广泛接受以及对能源和维护好处的认可，制造商在许多应用中将VFD控制作为其系统的一部分. 例如，离心式冷水机组的制造商提供VFD控制作为其多台设备的选件. 同样，家用增压泵系统的制造商也将控制作为其系统的一部分，从而为用户提供了更好的控制策略，同时降低了能源和维护成本.

一些笔记

在评估VFD安装时，设施经理应考虑许多与应用程序详细信息有关的因素. 例如，大多数VFD发出一系列快速开关脉冲. 这些脉冲可以从电动机端子反射回连接至VFD和电动机的电缆. 在电动机与VFD之间的距离较长的应用中，这些反射脉冲会产生超过线路电压的电压，从而在电缆和电动机绕组中产生应力，从而导致绝缘故障. 尽管在工作电压为230伏或更低的电动机中这种效果不是很明显hvac变频器，但对于工作电压为480伏或更高的电动机却是一个问题. 对于这些应用，请尽量减小VFD与电机之间的距离，并使用专门为VFD设计的电缆，

要考虑的另一个因素是VFD对电机轴承的可能影响. VFD产生的脉冲会在电机轴与其外壳之间产生电压差. 如果此电压足够高，则会在轴承中产生火花，腐蚀其表面. 使用专门为VFD设计的电缆也可以避免这种情况

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