變頻空調能效計量及諧波檢測整體解決方案
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- 發布時間：2013/10/29 12:25:11
- 作者：AnyWay中國
一變頻空調與定頻空調的區別
空調的作用是將室內溫度調節至相對固定的溫度，比如說26℃，而室外的溫度變化范圍較大，比如說在28～40℃之間。室內外溫差越大，空調需要的需要制冷量越大，反之越小。而空調的制冷量與壓縮機轉速有關，轉速越低，制冷量越少，需要用電量也越少。
定頻空調壓縮機不能改變轉速，輸出制冷量不能隨室內外溫差減小而改變，空調只能以開停機形式穩定室內溫度；而變頻空調可以根據不同溫差改變壓縮機轉速，調節制冷量，基本不停機，提升了壓縮機壽命。
此外，變頻空調與定頻空調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的噪聲，提高了舒適度。
二變頻空調能效計量原理
1引用標準
GB 12021.3-2010 房間空氣調節器能效限定值及能源效率等級
GB 21455-2013 轉速可控型房間空氣調節器能效限定值及能效等級
GB/T 7725 房間空氣調節器
GB/T 17758 單元式空氣調節器
GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應電動機試驗方法
GB 17625.1－2003電磁兼容限值 諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A）
2變頻空調能效比
變頻空調能效比APF是指空調器全年運行期間從室內交換的熱量總和與消耗電量總和之比。變頻空調能效比數值越大，表示空調越節能。
變頻空調能效比SEER是指空調器制冷季節運行期間從室內除去的熱量綜合與消耗電量總和之比。變頻空調能效比數值越大，表示空調越節能。
最新國家強制標準《GB 21455-2013 轉速可控型房間空氣調節器能效限定值及能效等級》對轉速可控型房間空調調節器能效等級分為3級，其中1級能效等級最高，最節能。
單冷式變頻空調各等級實測制冷季節能效比（SEER）應不低于表1的規定。
表1、單冷式變頻空調能效限定值及能效等級
熱泵式變頻空調各等級實測全年能效比（APF）應不低于表2的規定。
表2、熱泵式變頻空調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、變頻空調能效標識、變頻冰箱能效標識。
3變頻空調能效計量主要測試參數
目前變頻空調能效計量主要測試參數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。
如何提高變頻空調的能效比，如何將3級能效的變頻空調能效提高到2級甚至1級，才是變頻空調廠家真正應該關心的事情。
如何提高變頻空調的能效比呢？
變頻空調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換率，另一方面，提高所有耗能設備的運行效率。
就提高耗能設備運行效率而言，仍可采用輸出功率與輸入功率比值判斷耗能設備（主要是變頻器和電機）的能效。根據能量守恒定律，轉換過程中損耗越小，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速，再依據下式（1）計算出功率。
P=πTn/30000 (1)
注：P為機械功率，單位變為kW；T為扭矩，單位為N.m；n為轉速，單位為r/min。
圖2 變頻空調各部件及整機能效計量示意圖
變頻空調的電機與壓縮機之間采用固定連接，無法接入扭矩儀，因此，通常變頻空調廠家都不對該項參數進行測試。
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沒有最優化等原因，上述設備的實際運行能效往往與廠家出具的參數存在較大的差異。尤其是變頻空調的實際運行頻率范圍寬，而廠家提供的數據一般都是額定頻率或有限幾個工作點的參數，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，結合輸入電源端輸入功率P1和變頻器輸出功率P2，即可根據式(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，根據被測電量量程選用兩臺相關型號的DT
數字變送器。
按照“GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應電動機試驗方法”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，根據被測變頻電量量程選用三臺相關型號的DT數字變送器。
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，是本方案的關鍵所在！
本方案采用銀河電氣自主研發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測試參數，結合轉速和溫度等參量，利用專門定制的變頻空調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。詳見銀河電氣官網產品欄目“
TN4000電子式扭矩儀”。
電機轉速測量也是業界的難題，難就難在轉速傳感器的安裝！
本方案采用銀河電氣自主研制的新型感應式轉速計，只需將轉速計擺放在電機附近，即可通過磁場感應測量出電機的準確轉速。詳見銀河電氣官網產品欄目“
DM4022感應式轉速計”。
圖3 變頻空調能效計量整體解決方案
從變頻空調節能原理可知，變頻空調節能主要體現其可更加需要調節制冷量，因此，嚴格考核變頻空調能效，應該在輸出不同制冷量的情況下進行，作為變頻空調研制廠家，建議在變頻空調運行的全頻段范圍內采用上述方案對變頻空調的各部件及整機進行全面的能效評定，繪制相關能效曲線，供研發及市場宣傳用。
四變頻空調諧波發射限值檢測
變頻空調除了滿足國家能效標準的要求外，還應滿足國家強制標準“GB 17625.1－2003電磁兼容限值 諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A”對諧波發射的要求。
第三節所述的變頻空調能效計量整體解決方案中WP4000變頻功率分析儀除了實現能效計量所需的功率測量之外，還可提供標準要求的相關諧波特征值及各次諧波參數。
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，需要采取相關措施進行抑制。抑制諧波得當的話，還可提高變頻器的輸入功率因數，減小電網供電線路損耗，進一步達到節能的目的。
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