1、    變頻技術在空調器節能中的應用            作者：安大偉時間：2007-11-24 14:13:00                     摘要：本文從空調控制系統的特點著手分析了變頻調速技術在空調器中的使用，介紹了變頻空

2、調器及其控制系統。通過本文的分析可看出變頻式空調器具有節能、高效、舒適的優勢,而且控制簡單、能效比高, 今后變頻式空調器尤其是在現代電力電子技術和微電控制技術結合方面有廣闊地發展前景。 關鍵詞：空調器 變頻調速 模塊化設計 1.引言隨著全球氣候日益變暖,人們對空調的需求越來越大,如何使空調系統在提高舒適性的同時又達到節能的目的已經成為一個越來越重要的問題。變頻調速技術引用進空調控制系統中就是解決這個問題的一種途徑, 這樣不僅提高了空調房間的舒適程度、減少了噪聲,而且最重要一點就是能夠達到節能的目的。2.空調控制系統的特點空調系統中的控制對象多屬于熱工對象, 從控制的角度分析具有以下特點:(1)

3、 多干擾性例如:通過窗戶進入的太陽輻射熱是時間的函數,也受氣象條件的影響;室外空氣溫度通過圍護結構對室溫產生的影響;為了換氣所采用的新風,其溫度變化對室溫有直接的影響;此外室內人員的變動, 照明、機電設備的啟停, 電加熱器電源電壓的波動以及熱水加熱器熱水壓力、溫度的變化, 均隨著建筑的構造、用途的不同而異, 更與空調本身有關。如果不采用變頻調速技術,那唯一的方法就是利用最大的耗能來換取理想的控制狀態,這就會帶來干擾變動時控制的不理想以及能源浪費的問題。(2) 多工況性空調系統中對空氣的處理過程具有很強的季節性,一年中,至少要分為冬季, 過渡季和夏季。另外在同一天中, 夜晚和白天的空氣工況也不完

4、全相同, 因此空調對空氣的處理過程也具有多變性。多工況性的特點就決定了空調的運行不能設定在某一不變的參數,而這就要求空調的控制系統必須要靈活的動作來適應變化的工況。3.變頻調速技術在空調器中的使用針對空調控制系統的特點, 再加上電力電子技術及微機控制技術的發展,變頻器的應用日益廣泛,因此在空調控制系統中采用變頻技術也是不可避免的。這就給我們提供了一種既能達到控制要求又能節約能源的方法?？照{交流變頻控制器主要由直流變換電路、濾波電路、變頻電路、控制電路構成。其基本組成如圖1所示。圖1 空調變頻控制器的基本組成在空調控制系統中使用變頻技術, 與普通空調相比具有如下優點:(1) 節能省電、電壓適應性

5、強變頻空調器采用模糊控制技術調節制冷(熱) 能力, 壓縮機由于不停機而減少頻繁啟停造成的損失。同時壓縮機剛啟動時,采用低頻啟動,一般在20 - 30HZ之間,從而降低了啟動電流, 減少了功率消耗, 然后很快在低頻狀態轉入高頻狀態,在很短的時間里達到室內設定溫度,然后壓縮機在長時間處于低頻工作范圍內,機組的功率降到最小,以保持室溫。另外變頻空調還可以根據外界環境負荷的變化相應的調節壓縮機的轉速來達到控制要求, 這就避免了運行參數的單一化而帶來能源的浪費。因此變頻空調節能效果明顯,比普通空調節電20 % - 30 %。變頻空調的電壓適應性很強,工作電壓在187 - 242V 之間,這一點更適合在電

6、網電壓不穩定的地區使用。這是由于變頻空調器采用自動控制技術對壓縮機輸入電壓進行自動調整, 所以當電網電壓偏高或偏低時機組仍能正常工作。(2) 制冷快速、舒適性好變頻空調器開始運轉時,機組經低頻低速啟動, 然后很快進入高速運轉, 轉速可達到正常轉速的2- 3 倍, 故比定速空調能更快達到設定溫度。當室溫接近設定溫度時,機組在不停止壓縮機工作狀態下,通過調整壓縮機的轉速調節室溫,這樣就可以創造出溫度變化不大的舒適環境。(3) 超低溫制熱、快速除霜一般空調器, 當室外氣溫低于0 時,制熱能力大幅度下降, 在- 12 時出力只有額定值的35 % 左右。但變頻空調則可根據室外溫度的變化自動改變壓縮機轉速

7、, 在室外溫度低的情況下, 通過提高運轉頻率, 達到提高制熱能力的效果,在- 12 時出力可達到額定值的70 % 左右。在低溫的情況下,一般空調器室外機除霜停機需5 - 15 分鐘,在此期間室內機停止供熱。而變頻空調器則利用微處理器控制電子膨脹閥,除霜時,電子膨脹閥全開,壓縮機高速運轉,利用壓縮機排氣的溫熱除霜,從而實現不間斷供熱快速除霜。(4) 噪聲低,除濕功能合理變頻空調器采用變頻雙轉子壓縮機和變頻直流電機,使壓縮機從低速到高速都能平衡地運轉,加之長時間的低頻運轉狀態使室外機運轉更加平穩。室內機也沒有頻繁啟停的聲音, 同時風機的轉速隨著壓縮機的工作頻率可在多檔范圍內變化,從而實現整機的低噪

8、聲運行。變頻空調的除濕功能, 主要是除去房間空氣中的含濕量而不降低溫度,可根據房間的濕度要求設定濕度值。除濕時機組相當于制冷時的1/ 3 頻率運轉,以較小的輸入功率達到除濕效果,不僅經濟合理而且還提高了舒適性。4.變頻空調器及其控制系統變頻空調主要指的是對空調系統中室外的壓縮機而言的,其功率從1 5hp 不等,因主機功率大, 這樣變頻后效果顯著。對室內排風扇, 由于功率30 40W, 只進行人工調風量, 但近年來也有雙變頻機型或全變頻機型對排風扇或所有電機進行變頻控制。變頻空調器的類型主要由變頻方式和主要零部件壓縮機、節流機構、室內風扇電機、室外風扇電機來決定的。因此,不同的變頻方式和零部件也

9、就組成了不同類型的變頻空調器, 這種組合可以多達十幾種。在這眾多的組合中基本上可以分為三種類型。第一類變頻空調器采用交流變頻, 制冷劑流量調節方式采用毛細管,壓縮機采用單轉子交流變頻壓縮機。這種空調器基本能體現變頻空調器各種優點,而且可靠性好,缺點是節能效果較低,噪聲和震動也較大。第二類變頻空調器同樣也是采用交流變頻, 不同的是壓縮機采用雙轉子交流變頻壓縮機, 制冷劑流量調節方式采用電子膨脹閥。此類空調器變頻范圍更寬, 噪聲和震動有所降低, 節能效果明顯。第三類是直流變頻空調器, 采用直流變頻壓縮機和直流風扇電機, 調節方式是電子膨脹閥。此類空調器節能效果更高, 噪聲和震動達到了最低的水平,同

10、時還沒有交流變頻的電磁干擾,是當前最先進的變頻空調器。以下就直流變頻分體式空調器的結構及控制系統作個簡要的介紹。分體式空調器的控制器分為室外和室內兩大部份。室內機主要完成紅外線遙控接收, 并根據設定進行運行狀態的切換, 調節室內風速及壓縮機運行狀態, 使其達到設定要求。收到信號后, 根據要求由模糊算法得到目前最佳的工作狀態,并通過串行通信與室外機交換信息,實現對壓縮機運行狀態的控制,其基本電路框圖見圖2。圖2 室內機基本電路圖室外機主要是根據室內機的信息, 進行壓縮機的變頻控制及風速調節,同時在制熱時還要完成除霜等功能。其基本電路框圖如圖3 所示。變頻調速自控系統中采用交流調速系統23, 主要

11、有逆變器、SPWM控制器及一些保護電路線組成。主電路采用交直交變頻方式。功率變換元件采用大功率晶體管,整流部件選用三相不可控整流模塊, 系統中還設計了過流、過壓、欠壓和過熱等保護功能。交流調速系統的波形處理可采用不等幅PWM方式,脈寬調制SPWM電壓型控制器可由單片微機系統和大規模集成電路來實現。另外空調器控制系統中軟件可采用模塊化設計。其中主控模塊負責整個系統狀態及運行控制;另有故障診斷服務模塊、鍵盤管理和顯示模塊、數據采集與處理模塊、變頻調壓控制模塊等。圖3 室外機基本電路圖5.結論通過以上分析可看出變頻式空調器具有節能、高效、舒適的優勢,而且控制簡單、能效比高, 今后變頻式空調器尤其是在現代電力電子技術和微電控制技術結合方面有廣闊地發展前景。在發展中有待深入的工作有:能效比指