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基于PLC控制的船舶水源热泵空调系统

作　者: 张德孝
导　师: 胡庆
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 水源热泵空调节能 PLC控制能效比性能系数
分类号: U664.86
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文主要分析和研究船舶热泵系统的工作原理、PLC控制系统的设计方法。热泵的工作原理是基于逆卡诺循环,采用电能驱动,从低温热源中吸取热量,并将其传输给高温热源以供使用,传输到高温热源中的热量不仅大于所消耗的能量,而且大于从低温热源中吸收的能量,从而达到节能的目的。压缩机属于泵类负载,经分析可以发现,不改变压缩机转速,只改变循环系统的阀门开度时,其消耗的能量很大;而在保证循环系统的阀门开度不变时,通过变频只改变压缩机转速,其消耗的能量很低,是一种能够显著节约能源的方法。使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,系统中的cosφ≈1,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,大大降低了压缩机电动机因频繁起动而造成的能量损耗。本文给出了PLC电气控制原理图,变频器的原理及选用,船舶热泵系统数学模型的建立方法与仿真方法。结果表明:通过上述设计,可以验证船舶水源热泵空调可以达到能效比(性能系数)为3.0～5.7的目标,该方法对于千吨以上、吃水较深的大型船舶效果会更好。对于空气源热泵空调系统的能效比(性能系数)为2.2～3.8来说,意味着可以节省30～40%的能源,潜力巨大。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究船舶空调的背景  11
  1.2 国内外研究情况  11-14
    1.2.1 国外研究现状  12
    1.2.2 国内研究现状  12-14
  1.3 课题的研究意义  14-16
  1.4 课题研究的内容  16
  1.5 小结  16-17
第二章热泵技术综述  17-23
  2.1 热泵系统的工作原理  17-20
    2.1.1 热泵的定义  17
    2.1.2 热泵系统的工作原理  17-19
    2.1.3 热泵节能原理  19-20
  2.2 热泵系统的分类  20-22
    2.2.1 空气源热泵系统  21
    2.2.2 土壤源热泵系统  21
    2.2.3 水源热泵系统  21-22
  2.3 水源热泵系统的特点  22
    2.3.1 属可再生能源利用技术  22
    2.3.2 属经济有效的节能技术  22
    2.3.3 环境效益显著  22
  2.4 小结  22-23
第三章泵类负载的变频节能原理  23-31
  3.1 变频器概述  23-28
    3.1.1 变频空调与普通空调的比较  23
    3.1.2 变频空调的控制特点  23-26
    3.1.3 变频器基本结构  26
    3.1.4 变频器的分类  26
    3.1.5 变频器的控制方式  26-28
  3.2 变频节能原理  28-30
    3.2.1 泵类负载变频节能  28-29
    3.2.2 功率因数补偿节能  29-30
    3.2.3 软启动节能  30
  3.3 小结  30-31
第四章 PLC控制船舶水源热泵空调系统设计  31-46
  4.1 PLC可编程控制器概述  31
  4.2 系统总原理框图设计  31-32
  4.3 电气控制部分的设计  32-33
  4.4 PLC控制部分设计  33-41
    4.4.1 PLC控制部分原理图  33-35
    4.4.2 PLC选型及I/O功能表  35-36
    4.4.3 PLC控制系统工作流程图  36-37
    4.4.4 PLC控制系统梯形图  37-39
    4.4.5 PLC控制系统语句表  39-41
  4.5 变频器与西门子S7-200的通讯  41-45
    4.5.1 变频器的选型及特点  41
    4.5.2 变频器HOLIP与西门子S7-200的通讯  41-45
  4.6 小结  45-46
第五章船舶热泵系统数学模型与仿真  46-55
  5.1 冬夏季与海水(河水)换热量计算  46
  5.2 船舶舱底热交换器设计  46-47
  5.3 压缩机的数学模型  47-50
    5.3.1 压缩机的理论工况数学模型  47-49
    5.3.2 压缩机的实际工况数学模型  49-50
  5.4 冷凝器、蒸发器的数学模型  50-51
    5.4.1 冷凝器的数学模型  50-51
    5.4.2 蒸发器的数学模型  51
  5.5 水源热泵机组的数学模型与仿真  51-54
    5.5.1 水源热泵机组的数学模型  51-53
    5.5.2 水源热泵机组的运行仿真结果  53-54
  5.6 小结  54-55
第六章结论  55-56
参考文献  56-58
在学研究成果  58-59
致谢  59

基于PLC控制的船舶水源热泵空调系统

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