• 1673
  • 47 مرتبه
کاربرد اینورتر در سیستم های HVAC

کاربرد اینورتر در سیستم های HVAC

11 دی 1400

HVAC مخفف Heating, Ventilation, and Air Conditioning و به معنای گرمایش، تبادل هوا و تهویه مطبوع است.

این سیستم گرمایش و سرمایش ساختمان های مسکونی و تجاری را تامین می کند. این سیستم‌ها که در ساخت‌ و سازهای جدید محبوب‌ تر می‌شوند، از هوای تازه بیرون استفاده می‌کنند تا کیفیت هوای داخل خانه را بالا ببرند. V در HVAC یا تهویه، فرآیند جایگزینی یا تبادل هوا در یک فضا است.

این امر کیفیت بهتری از هوای داخل خانه را فراهم می کند و شامل حذف رطوبت، دود، بو، گرما، گرد و غبار، باکتری های موجود در هوا، دی اکسید کربن و سایر گازها و همچنین کنترل دما و تامین اکسیژن می شود.

اینورتر

کاربرد اینورتر ها در سیستم های HVAC

درایوهای فرکانس متغیر (VFD) بیش از 40 سال است که برای سیستم های HVAC در ساختمان ها استفاده می شود. اما تنها در سال‌ های اخیر، با توجه به ویژگی‌های پیشرفته صرفه‌جویی در انرژی، درایوهای فرکانس متغیر در تعداد فزاینده‌ای از سیستم‌های HVAC در داخل ساختمان نصب شده‌اند.

استفاده سنتی از درایو فرکانس متغیر در یک سیستم HVAC بر مدولاسیون ظرفیت متمرکز شده است. در سال‌های اخیر، درایوهای فرکانس متغیر برای سیستم‌های متعادل‌سازی فن و پمپ، نظارت بر شبکه تجهیزات، مدولاسیون موتورهای متعدد با یک VFD، و اوج تراشیدن مصرف انرژی تجهیزات اعمال شده‌اند.

گسترش برنامه های کاربردی درایو فرکانس متغیر، مدیران تعمیر و نگهداری و مهندسی را به چالش کشیده است تا هم در مشخصات محصول و هم در کاربردها متبحر شوند.

فناوری درایو فرکانس متغیر در سال های اخیر به سرعت پیشرفت کرده است و درک گزینه های مختلف برای سیستم های HVAC می تواند گیج کننده باشد.

برای تعیین صحیح درایو فرکانس متغیر، موتور و سیستم های قدرت آن و همچنین برای به حداکثر رساندن سرمایه گذاری در فناوری درایو فرکانس متغیر، خریداران باید به موارد کلیدی مانند مشخصات موتور، عملکرد بای پس، ارتباطات، هارمونیک ها، شفت زمین و انواع محفظه توجه زیادی داشته باشند.

کاربرد اینورتر

داخل درایوهای فرکانس متغیر

از مبانی درایو فرکانس متغیر، ما می دانیم که فناوری درایو فرکانس متغیر مبتنی بر کنترل دامنه موج سینوسی و فرکانس توان جریان متناوب (AC) است که بر روی موتور اعمال می شود.

VFD هایی که امروزه برای کاربردهای HVAC استفاده می شوند، معمولاً AC هستند و از فناوری به نام مدولاسیون عرض پالس (PWM) استفاده می کنند.

درایو فرکانس متغیر با استفاده از یکسو کننده هایی که به عنوان دروازه های یک طرفه برای جریان عمل می کنند، توان AC را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند. ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) برق DC را به برق AC تبدیل می کنند.

IGBT ها روشن و خاموش می شوند و پالس هایی برای تقریب موج سینوسی برق AC ایجاد می کنند. هرچه یک VFD پالس های بیشتری داشته باشد، ولتاژ خروجی نزدیکتر یک موج سینوسی را منعکس می کند. بازه زمانی یا عرض پالس فرکانس توان خروجی را تعیین می کند.

درایوهای فرکانس متغیر معمولی برای برنامه های HVAC دارای 12 پالس با گزینه های شش یا 18 هستند. سازنده درایو فرکانس متغیر می تواند به تعیین تعداد بهینه پالس ها کمک کند.

کاربرد اینورتر در سیستم

پیشرفت های جدید در فناوری درایو فرکانس متغیر شامل الکترونیک پیشرفته، کاهش اندازه و هزینه VFD و پیشرفت های برنامه نویسی است.

کنترل گشتاور فعال، قابل برنامه‌ریزی در درایو فرکانس متغیر است که اجازه می‌دهد ولتاژ داده شده به موتور کاهش یابد در حالی که فرکانس برای کنترل سرعت موتور ثابت بماند.

یک موتور برای اینکه حداکثر گشتاور خود را تولید کند به بالاترین ولتاژ نامی خود نیاز دارد و معمولاً هنگام راه اندازی و بار کامل مورد نیاز است. هنگامی که فرکانس درایو بالا می رود، گشتاور مورد نیاز کاهش می یابد.

درایوهای فرکانس متغیر استاندارد از یک منحنی تنظیم شده ولتاژ / فرکانس، خطی یا درجه دوم استفاده می کنند که سرعت و گشتاور موتور را ثابت می کند. منحنی تنظیم شده ممکن است ولتاژ بیشتری نسبت به گشتاور مورد نیاز در سرعت معین فراهم کند.

کنترل گشتاور فعال، منحنی تنظیم شده را حذف می کند و امکان کاهش ولتاژ را در فرکانس های تنظیم شده به منظور برآورده کردن سرعت و گشتاور مورد نیاز و صرفه جویی در انرژی فراهم می کند.

برنامه‌نویسی پارامتر نام‌ های مختلفی دارد که در تولیدکنندگان مختلف متفاوت است، بنابراین خریداران اینورتر باید با متصدی مربوطه صحبت کنند تا برنامه‌نویسی را به درستی مشخص کنند.

موتور مناسب اینورتر

برای اطمینان از عمر طولانی درایو فرکانس متغیر، خریداران باید از مشخصات منحصر به فرد موتور و سیم کشی صحیح استفاده کنند. موتورها باید از نظر قابلیت کار با اینورتر درجه بندی شوند، که الزامات مورد نیاز را مطابق با استاندارد NEMA MG1 قسمت 31 برآورده می کنند.

موتورهای مناسب اینورتر دارای عایق درجه بندی شده برای ولتاژ بالاتر هستند تا بتوانند اسپایک (لبه) های پیوسته ناشی از درایوهای فرکانس متغیر را کنترل کنند.

اگر موتور دارای رتبه بندی اینورتر نباشد و قابل تعویض نباشد، سازنده اینورتر می تواند تنظیمات فیلتراسیون برق را برای کمک به کاهش اثر اسپایک ها توصیه کند.

فاصله بین اینورتر و موتور تعیین کننده نوع فیلتر خروجی و کارایی آن خواهد بود. فیلتر dV/dt، راکتور (چوک) خروجی یا فیلتر موج سینوسی گزینه‌هایی برای تهویه (فیلتر) نیرو هستند.

در کنار مسائل مربوط به مسافت سیم کشی، نوع سیم کشی و محل عبور آن ملاحظات مهمی هستند و ممکن است منشا برخی مشکلات باشند.

نگرانی‌های اساسی شامل تداخل ایجاد نویز بین سیم‌کشی برق و تأثیرگذاری بر تجهیزات کنترلی مهم اطراف، همراه با خرابی عایق کابل است. خریداران باید در مورد شیوه های نصب سیم کشی دفترچه راهنمای سازنده درایو را مطالعه و یا با یک مهندس مشاور صحبت کنند تا احتمال بروز مشکلات کاهش یابد.

Redundancy and Uptime (افزونگی و زمان کارکرد)

Redundancy یا افزونگی برای اطمینان از عدم قطع شدن یه سیستم به کار میرود. در واقع با وجود افزونگی یا Redundancy با قطع شدن یا از کار افتادن یک دستگاه در سیستم شما میتوانید این اطمینان را داشته باشید که کارایی سیستم شما قطع نخواهد شد.

نوع فضا و همچنین ماهیت بحرانی اقلام مشروط به تجهیزات، افزونگی و زمان کارکرد سیستم را تعیین می کند. خرابی درایو فرکانس متغیر بسیار نادر است، اما اتفاق می افتد، و تعمیرات معمولاً نیاز دارد که تجهیزات متصل برای مدتی آفلاین باشند. عملیات تهویه مطبوع معمولی نیازی به همیشه در دسترس بودن ندارد، اما مراکز داده، بیمارستان ها و آزمایشگاه ها نمونه هایی از برنامه های کاربردی با نیاز به کار هستند.

نگرانی های خریدار در مورد درآمد از دست رفته و شکایات مستاجر نیز ممکن است نیازمندی های Uptime یا زمان کار را افزایش دهد. تکنسین ها ممکن است از یک بای پس برای حفظ عملکرد در هنگام خرابی اینورتر استفاده کنند. بای پس به برق اجازه می دهد تا اینورتر را دور بزند و توان کامل را به تجهیزات متصل اعمال کند.

توجه به این نکته ضروری است که تجهیزات متصل در هنگام بای پس با سرعت کامل کار خواهند کرد. اگر کنترلر‌های سیستم تهویه مطبوع نتوانند سرعت کامل را کنترل کنند، ممکن است بای پس کردن ارزشی نداشته باشد.

انواع بای پس

هنگامی که خرابی درایو فرکانس متغیر رخ می دهد، خریداران می توانند دو نوع بای پس را مشخص کنند:

  1. بای پس های داخلی در اینورتر قرار دارند و به تجهیزات اجازه می دهند تا زمانی که تکنسین ها بتوانند زمان توقف را برای تعویض یا تعمیر برنامه ریزی کنند، کار کند.
  2. بای پس های خارجی که به تکنسین ها اجازه می دهد تا درایو فرکانس متغیر را برای تعویض یا تعمیر از سیستم خارج کنند.

بای پس های خارجی به طور قابل توجهی بیشتر از بای پس های داخلی هزینه دارند و به فضای دیوار بیشتری نیاز دارند. خریداران باید نیاز به یک بای پس را در مقابل هزینه و محدودیت های زمان واقعی ارزیابی کنند.

در بسیاری از مواقع، یک اینورتر ممکن است محل خرابی در سیستم HVAC نباشد و یکی دیگر از تجهیزات کمتر قابل اعتماد ممکن است بیشترین زمان خرابی را ایجاد کند.

تعیین پارامترهای کلیدی در شبکه سازی و توابع کنترل درایو فرکانس متغیر

برای استفاده از توابع شبکه و کنترل درایوهای فرکانس متغیر برای نظارت و عیب یابی، خریداران باید چندین پارامتر کلیدی را مشخص کنند. اولین مورد، کارت رابط ارتباطی برای سیستم های اتوماسیون ساختمان است.

کارت های ارتباطی می توانند BACnet، Modbus، LonWorks یا سایر شبکه های اختصاصی باشند. کارت صحیح باید همراه با VFD باشد.

پارامتر دیگر محل نقاط کنترل ورودی و خروجی سیستم است.

آیا سنسورها به سیستم اتوماسیون ساختمان متصل هستند یا مستقیماً به درایو فرکانس متغیر؟

سیستم اتوماسیون ساختمان می تواند نقاط کنترل را به درایو فرکانس متغیر ارسال کند یا می تواند از درایو فرکانس متغیر بخواند. تصمیم کلیدی در مورد راه اندازی به قابلیت اطمینان زیرساخت شبکه سیستم اتوماسیون ساختمان مربوط می شود.

درایوهای فرکانس متغیر با ورودی سیمی مستقیم به آنها می توانند به عنوان کنترل کننده های مستقل و تک حلقه ای عمل کنند که برای مدت زمان طولانی نیازی به ورودی سیستم اتوماسیون ساختمان ندارند.

اگر خریداران از درایو فرکانس متغیر به عنوان کنترل مستقل استفاده می کنند، باید مقدار ماژول های ورودی/خروجی (I/O) را بررسی کنند. ماژول های اضافی می توانند در صورت نیاز به درایو فرکانس متغیر متصل شوند.

یکی از مشکلات احتمالی درایوهای فرکانس متغیر مربوط به هارمونیک های سیستم قدرت است که جریان یا ولتاژهایی با فرکانس های حامل هستند که مضربی صحیح از فرکانس توان هستند.

آن ها با استفاده از بارهای غیر خطی مانند درایوهای فرکانس متغیر، رایانه ها، چاپگرهای لیزری و تلویزیون های صفحه بزرگ ناشی می شوند. شرکت های سازنده درایو ها معمولاً محدودیت هایی را برای هارمونیک ها در تجهیزات اولیه قائل می شوند.

اینورتر در سیستم اچ وی ای سی

مشکلات هارمونیک

مشکلات رایج هارمونیک ها شامل خرابی تجهیزات حساس، تداخل ارتباطی، تولید گرمای اضافی در ترانسفورماتورها و تابلو ها، و قبوض بالاتر انرژی به دلیل ناکارآمدی است.

هنگامی که بارهای غیر خطی تقریباً 30 درصد یا بیشتر از بار متصل را نشان می دهند، خریداران باید روشی برای حل این هارمونیک ها را در نظر بگیرند. فروشندگان اینورتر، سازندگان و مهندسان مشاور می توانند در تحلیل و کاهش هارمونیک ها در یک سیستم HVAC کمک کنند.

درایوهای فرکانس متغیر تابلو های الکترونیکی هستند که تابع شرایطی هستند که در آن قرار دارند. اغلب اوقات، درایوهای فرکانس متغیر در اتاق ها یا پشت بام ساختمان های HVAC بدون تهویه مطبوع قرار دارند.

نوع فضایی که اینورتر در آن قرار دارد مهم است زیرا بر حفاظت اینورتر تأثیر می گذارد. دماهای بالا، رطوبت و گرد و غبار می توانند راندمان درایو فرکانس متغیر را کاهش دهند و در عملیات آن ها مشکلاتی ایجاد کنند. اکثر سازندگان درایوهای فرکانس متغیر، بسته به محیط و نیاز، چندین حفاظت برای محفظه های دارای رتبه NEMA دارند.

درایوهای فرکانس متغیر بیش از هر زمان دیگری در سیستم های HVAC به موتورها متصل می شوند زیرا می توانند صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی داشته باشند.

تعداد برنامه ها همچنان در حال افزایش است و سازندگان دائماً فناوری جدید را توسعه می دهند. موارد مورد بحث اصول اولیه هستند و درایوهای فرکانس متغیر گزینه های بسیار جذاب تری را ارائه می دهند.

بررسی کامل سیستم و عملکرد آن به خریداران کمک می‌کند تا فقط ویژگی‌هایی را که کاربر‌یشان واقعاً به آن نیاز دارند را مشخص کنند.

ثبت سفارش
تعداد
عنوان