家用空調(diào)中變頻技術(shù)的運(yùn)用

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摘要：在能源枯竭和環(huán)境污染的國(guó)際背景之下，變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的應(yīng)用無(wú)疑是符合時(shí)展需要的，即變頻空調(diào)不僅具有節(jié)能環(huán)保的特征，還可提高室內(nèi)舒適度。據(jù)此，筆者結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)，淺析變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：家用空調(diào)；變偶空調(diào)；變頻控制器

引言

變頻技術(shù)包括直-交變頻、交-直變頻、交-交變頻和直-直變頻四大類，而運(yùn)用于家用空調(diào)的變頻技術(shù)主要為直流變頻和交流變頻，其中直流變頻空調(diào)選用直流數(shù)字變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)；交流變頻空調(diào)選用交流變頻壓縮機(jī)，兩者的區(qū)別在于前者僅需一次電壓轉(zhuǎn)換，因此相對(duì)于后者的二次電壓轉(zhuǎn)換，其省電率更高，約為18-40%?？傊?，變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的運(yùn)用具有節(jié)能、降噪、調(diào)溫和保持室溫恒定的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)此，下文首先介紹變頻空調(diào)的特征，并在此基礎(chǔ)上，討論變頻控制器，最后再展望家用變頻空調(diào)的發(fā)展。

一、變頻空調(diào)的特征

變頻空調(diào)的特征主要表現(xiàn)在運(yùn)行效率、運(yùn)行功用和節(jié)能環(huán)保等方面：

（一）溫度調(diào)節(jié)有效。以制冷調(diào)節(jié)為例。室內(nèi)溫度每下降0.5℃，變頻空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率便下降1檔；室內(nèi)溫度每上升0.5℃，變頻空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率便上升1檔。換而言之，室內(nèi)溫度與變頻空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率呈正相關(guān)，以實(shí)現(xiàn)快速制冷和減小室內(nèi)溫度的波動(dòng)值。

（二）高效節(jié)能。家用變頻空調(diào)在維持室內(nèi)溫度恒定時(shí)采用低頻，則無(wú)需頻繁開(kāi)啟壓縮機(jī)，因此其節(jié)電效果非常好，約為普通空調(diào)的30%。需要強(qiáng)調(diào)的是，在節(jié)能方面，家用變頻空調(diào)通常與熱負(fù)荷、制冷量等參數(shù)有關(guān)，即當(dāng)壓縮機(jī)長(zhǎng)期在高頻狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，家用變頻空調(diào)的耗電量將超過(guò)普通家用空調(diào)，因此應(yīng)選擇正確的容量。

（三）電壓適應(yīng)面寬。通常情況下，當(dāng)電壓＜180V時(shí)，普通家用空調(diào)的壓縮機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。與此相比，家用變頻空調(diào)支持低頻啟動(dòng)，其中最低啟動(dòng)電壓為150V，而運(yùn)行電壓介于160-250V之間。

（四）超低溫制熱。當(dāng)環(huán)境溫度為0℃時(shí)，普通家用空調(diào)實(shí)際上毫無(wú)制熱效果。與此相比，即使在低溫環(huán)境下，家用變頻空調(diào)同樣支持高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，其制熱量約為普通空調(diào)的3-4倍；當(dāng)室外溫度降至-10--15℃時(shí)，其依然可以正常工作。

（五）快速制冷制熱。在人多時(shí)、室內(nèi)外溫差大時(shí)或開(kāi)機(jī)時(shí)，家用變頻空調(diào)皆支持高頻強(qiáng)勁運(yùn)轉(zhuǎn)，且僅需3-5min，便可改變室內(nèi)溫度約10℃，耗時(shí)約為普通空調(diào)的1/3。除上述幾個(gè)方面以外，家用變頻空調(diào)的特征還表現(xiàn)在適應(yīng)負(fù)荷能力強(qiáng)、啟動(dòng)電流小、除霜/濕功能好、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低等方面?？傊c普通家用空調(diào)相比，家用變頻空調(diào)的綜合性能更高、更優(yōu)，完全符合時(shí)展的需要，值得推廣應(yīng)用。

二、變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的運(yùn)用

變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的運(yùn)用主要表現(xiàn)在變頻控制器上。變頻控制器主要由控制回路和主回路組成。主電路通常采用“交-直-交”的電壓型方式，其為電力變換部分，主要為調(diào)頻調(diào)壓提供電源。主電路主要由整流器、濾波回路和逆變器組成，其中通過(guò)整流器可使工頻電源轉(zhuǎn)變成直流電源；通過(guò)濾波回路可吸收源自逆變電路和整流器的電壓脈動(dòng)；通過(guò)逆變器可使直流功率轉(zhuǎn)變成交流功率?？刂苹芈返娜蝿?wù)是向主回路提供控制信號(hào)，其主要由單片機(jī)(MCU)和保護(hù)回路、速度檢測(cè)回路、驅(qū)動(dòng)回路、電壓/流檢測(cè)回路等外圍電路組成，詳見(jiàn)圖1。變頻控制器按不同的控制對(duì)象分為交流變頻控制器和直流變頻控制器兩種。下文主要介紹兩種變頻控制器的調(diào)制方式。

（一）交流變頻控制器

流變頻控制器采用正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）。從理論角度來(lái)講，SPWM調(diào)制主要通過(guò)正弦波來(lái)調(diào)制三角載波，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出脈沖的寬度。但在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)數(shù)字化控制技術(shù)所產(chǎn)生的PWM脈沖根本不存在三角波，其完全被軟件所取代。如此一來(lái)，不僅可以減少硬件投資，又可提升系統(tǒng)的可靠性。然而，SPWM的電壓波形并非標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，同時(shí)存在多種高次諧波，因此會(huì)使壓縮機(jī)產(chǎn)生噪聲。對(duì)此，在交流變頻控制器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到如何通過(guò)控制高次諧波來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)降噪，但當(dāng)載波頻率過(guò)高時(shí)，功率模塊的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)有所增加；當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高時(shí)，控制器的成本也會(huì)有所增加。

（二）直流變頻控制器

直流變頻控制器采用PWM調(diào)制。直流變頻控制系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)直流無(wú)刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電流換相相序與時(shí)間主要由電機(jī)轉(zhuǎn)子的適時(shí)位置而定，因此直流變頻控制器的首要任務(wù)是測(cè)定轉(zhuǎn)子的適時(shí)位置，即通過(guò)數(shù)字電路測(cè)量轉(zhuǎn)子感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，便可測(cè)定轉(zhuǎn)子的適時(shí)位置，此時(shí)亦可測(cè)得轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速。如此一來(lái)，僅需根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速之間的差值，便可閉環(huán)控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。此外，直流變頻控制器亦可通過(guò)檢測(cè)總線電流來(lái)降低電樞電流受到電網(wǎng)波動(dòng)的沖擊力，以及保護(hù)壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)和過(guò)負(fù)載。綜上，在直流變頻控制器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意下列事項(xiàng)：控制器控制回路的地與主回路的地之間并未隔離開(kāi)來(lái)，因此控制回路定會(huì)受到一定的干擾，則應(yīng)從軟硬件方面重視控制器的抗干擾設(shè)計(jì)。

三、展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了滿足社會(huì)發(fā)展的需要，越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用到家用變頻空調(diào)中，比如脈沖幅度調(diào)制（PAM）和直接轉(zhuǎn)矩控制。雖然PAM控制要求增設(shè)一個(gè)開(kāi)關(guān)管，但其在擴(kuò)寬壓縮機(jī)調(diào)速范圍、提升電機(jī)運(yùn)行效率和壓縮機(jī)制熱/冷能效比方面無(wú)疑比PWM更優(yōu)，因此其能為變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的運(yùn)用指明新的發(fā)展方向。關(guān)于直接轉(zhuǎn)矩控制，其可在一轉(zhuǎn)中均衡壓縮機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)降噪和減振的目的。目前，上述兩種技術(shù)均在日本的家用變頻空調(diào)中得到一定的應(yīng)用，且應(yīng)用效果顯著?？傊?，家用變頻空調(diào)具有普通空調(diào)所不可企及的優(yōu)越性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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作者:伍璇祁 單位:TCL空調(diào)器（中山）有限公司