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)境污染的國際背景之下，變頻技術(shù)在家用空調(diào)中的應(yīng)用無疑是符合時(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，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，因此相對于后者的二次電壓轉(zhuǎn)換，其省電率更高，約為18-40%。總之，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，則無需頻繁開啟壓縮機(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)無法啟動。與此相比，家用變頻空調(diào)支持低頻啟動，其中最低啟動電壓為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)、啟動電流小、除霜/濕功能好、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低等方面。總之，與普通家用空調(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，其中通過整流器可使工頻電源轉(zhuǎn)變成直流電源；通過濾波回路可吸收源自逆變電路和整流器的電壓脈動；通過逆變器可使直流功率轉(zhuǎn)變成交流功率。控制回路的任務(wù)是向主回路提供控制信號，其主要由單片機(jī)(MCU)和保護(hù)回路、速度檢測回路、驅(qū)動回路、電壓/流檢測回路等外圍電路組成，詳見圖1。變頻控制器按不同的控制對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）。從理論角度來講，SPWM調(diào)制主要通過正弦波來調(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，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，因此會使壓縮機(jī)產(chǎn)生噪聲。對此，在交流變頻控制器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到如何通過控制高次諧波來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)降噪，但當(dāng)載波頻率過高時(shí)，功率模塊的開關(guān)損耗會有所增加；當(dāng)開關(guān)頻率過高時(shí)，控制器的成本也會有所增加。

（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)是測定轉(zhuǎn)子的適時(shí)位置，即通過數(shù)字電路測量轉(zhuǎn)子感應(yīng)反電動勢過零點(diǎn)，便可測定轉(zhuǎn)子的適時(shí)位置，此時(shí)亦可測得轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速。如此一來，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檢測總線電流來降低電樞電流受到電網(wǎng)波動的沖擊力，以及保護(hù)壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)和過負(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來，因此控制回路定會受到一定的干擾，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，為了滿足社會發(fā)展的需要，越來越多的新技術(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。總之，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