變頻技術(shù)在空調(diào)器節(jié)能

1、變頻技術(shù)在空調(diào)器節(jié)能中的應(yīng)用【關(guān)鍵詞】空調(diào)器,變頻調(diào)速 模塊化設(shè)計(jì)【論文摘要】本文從空調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)著手分析了變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)器中的使用，介紹了變頻空調(diào)器及其控制系統(tǒng)。通過(guò)本文的分析可看出變頻式空調(diào)器具有節(jié)能、高效、舒適的優(yōu)勢(shì),而且控制簡(jiǎn)單、能效比高, 今后變頻式空調(diào)器尤其是在現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電控制技術(shù)結(jié)合方面有廣闊地發(fā)展前景。1.引言隨著全球氣候日益變暖,人們對(duì)空調(diào)的需求越來(lái)越大,如何使空調(diào)系統(tǒng)在提高舒適性的同時(shí)又達(dá)到節(jié)能的目的已經(jīng)成為一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題。變頻調(diào)速技術(shù)引用進(jìn)空調(diào)控制系統(tǒng)中就是解決這個(gè)問(wèn)題的一種途徑, 這樣不僅提高了空調(diào)房間的舒適程度、減少了噪聲,而且最重要一點(diǎn)就是能

2、夠達(dá)到節(jié)能的目的。2.空調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)空調(diào)系統(tǒng)中的控制對(duì)象多屬于熱工對(duì)象, 從控制的角度分析具有以下特點(diǎn):(1) 多干擾性例如:通過(guò)窗戶進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱是時(shí)間的函數(shù),也受氣象條件的影響;室外空氣溫度通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)室溫產(chǎn)生的影響;為了換氣所采用的新風(fēng),其溫度變化對(duì)室溫有直接的影響;此外室內(nèi)人員的變動(dòng), 照明、機(jī)電設(shè)備的啟停, 電加熱器電源電壓的波動(dòng)以及熱水加熱器熱水壓力、溫度的變化, 均隨著建筑的構(gòu)造、用途的不同而異, 更與空調(diào)本身有關(guān)。如果不采用變頻調(diào)速技術(shù),那唯一的方法就是利用最大的耗能來(lái)?yè)Q取理想的控制狀態(tài),這就會(huì)帶來(lái)干擾變動(dòng)時(shí)控制的不理想以及能源浪費(fèi)的問(wèn)題。(2) 多工況性空調(diào)系統(tǒng)中對(duì)空

3、氣的處理過(guò)程具有很強(qiáng)的季節(jié)性,一年中,至少要分為冬季, 過(guò)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全相同, 因此空調(diào)對(duì)空氣的處理過(guò)程也具有多變性。多工況性的特點(diǎn)就決定了空調(diào)的運(yùn)行不能設(shè)定在某一不變的參數(shù),而這就要求空調(diào)的控制系統(tǒng)必須要靈活的動(dòng)作來(lái)適應(yīng)變化的工況。3.變頻調(diào)速技術(shù)在空調(diào)器中的使用針對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)的特點(diǎn), 再加上電力電子技術(shù)及微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,變頻器的應(yīng)用日益廣泛,因此在空調(diào)控制系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)也是不可避免的。這就給我們提供了一種既能達(dá)到控制要求又能節(jié)約能源的方法?？照{(diào)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(gòu)成。其基本組成如圖1所示。圖1

4、 空調(diào)變頻控制器的基本組成在空調(diào)控制系統(tǒng)中使用變頻技術(shù), 與普通空調(diào)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):(1) 節(jié)能省電、電壓適應(yīng)性強(qiáng)變頻空調(diào)器采用模糊控制技術(shù)調(diào)節(jié)制冷(熱) 能力, 壓縮機(jī)由于不停機(jī)而減少頻繁啟停造成的損失。同時(shí)壓縮機(jī)剛啟動(dòng)時(shí),采用低頻啟動(dòng),一般在2030HZ之間,從而降低了啟動(dòng)電流, 減少了功率消耗, 然后很快在低頻狀態(tài)轉(zhuǎn)入高頻狀態(tài),在很短的時(shí)間里達(dá)到室內(nèi)設(shè)定溫度,然后壓縮機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間處于低頻工作范圍內(nèi),機(jī)組的功率降到最小,以保持室溫。另外變頻空調(diào)還可以根據(jù)外界環(huán)境負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到控制要求, 這就避免了運(yùn)行參數(shù)的單一化而帶來(lái)能源的浪費(fèi)。因此變頻空調(diào)節(jié)能效果明顯,比普通空調(diào)

5、節(jié)電20 %30 %。變頻空調(diào)的電壓適應(yīng)性很強(qiáng),工作電壓在187 242V 之間,這一點(diǎn)更適合在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的地區(qū)使用。這是由于變頻空調(diào)器采用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)壓縮機(jī)輸入電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整, 所以當(dāng)電網(wǎng)電壓偏高或偏低時(shí)機(jī)組仍能正常工作。(2) 制冷快速、舒適性好變頻空調(diào)器開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),機(jī)組經(jīng)低頻低速啟動(dòng), 然后很快進(jìn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn), 轉(zhuǎn)速可達(dá)到正常轉(zhuǎn)速的2 3 倍, 故比定速空調(diào)能更快達(dá)到設(shè)定溫度。當(dāng)室溫接近設(shè)定溫度時(shí),機(jī)組在不停止壓縮機(jī)工作狀態(tài)下,通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)室溫,這樣就可以創(chuàng)造出溫度變化不大的舒適環(huán)境。(3) 超低溫制熱、快速除霜一般空調(diào)器, 當(dāng)室外氣溫低于0 時(shí),制熱能力大幅度下降,

6、在- 12 時(shí)出力只有額定值的35 % 左右。但變頻空調(diào)則可根據(jù)室外溫度的變化自動(dòng)改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速, 在室外溫度低的情況下, 通過(guò)提高運(yùn)轉(zhuǎn)頻率, 達(dá)到提高制熱能力的效果,在-12 時(shí)出力可達(dá)到額定值的70 % 左右。在低溫的情況下,一般空調(diào)器室外機(jī)除霜停機(jī)需5 15 分鐘,在此期間室內(nèi)機(jī)停止供熱。而變頻空調(diào)器則利用微處理器控制電子膨脹閥,除霜時(shí),電子膨脹閥全開(kāi),壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn),利用壓縮機(jī)排氣的溫?zé)岢?從而實(shí)現(xiàn)不間斷供熱快速除霜。(4) 噪聲低,除濕功能合理變頻空調(diào)器采用變頻雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)和變頻直流電機(jī),使壓縮機(jī)從低速到高速都能平衡地運(yùn)轉(zhuǎn),加之長(zhǎng)時(shí)間的低頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使室外機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。室內(nèi)機(jī)也沒(méi)有

7、頻繁啟停的聲音, 同時(shí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著壓縮機(jī)的工作頻率可在多檔范圍內(nèi)變化,從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)的低噪聲運(yùn)行。變頻空調(diào)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(jù)房間的濕度要求設(shè)定濕度值。除濕時(shí)機(jī)組相當(dāng)于制冷時(shí)的1/ 3 頻率運(yùn)轉(zhuǎn),以較小的輸入功率達(dá)到除濕效果,不僅經(jīng)濟(jì)合理而且還提高了舒適性。4.變頻空調(diào)器及其控制系統(tǒng)變頻空調(diào)主要指的是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中室外的壓縮機(jī)而言的,其功率從1 5hp 不等,因主機(jī)功率大, 這樣變頻后效果顯著。對(duì)室內(nèi)排風(fēng)扇, 由于功率30 40W, 只進(jìn)行人工調(diào)風(fēng)量, 但近年來(lái)也有雙變頻機(jī)型或全變頻機(jī)型對(duì)排風(fēng)扇或所有電機(jī)進(jìn)行變頻控制。變頻空調(diào)器的類型主要由變頻方式和主要

8、零部件壓縮機(jī)、節(jié)流機(jī)構(gòu)、室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)、室外風(fēng)扇電機(jī)來(lái)決定的。因此,不同的變頻方式和零部件也就組成了不同類型的變頻空調(diào)器, 這種組合可以多達(dá)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(diào)器采用交流變頻, 制冷劑流量調(diào)節(jié)方式采用毛細(xì)管,壓縮機(jī)采用單轉(zhuǎn)子交流變頻壓縮機(jī)。這種空調(diào)器基本能體現(xiàn)變頻空調(diào)器各種優(yōu)點(diǎn),而且可靠性好,缺點(diǎn)是節(jié)能效果較低,噪聲和震動(dòng)也較大。第二類變頻空調(diào)器同樣也是采用交流變頻, 不同的是壓縮機(jī)采用雙轉(zhuǎn)子交流變頻壓縮機(jī), 制冷劑流量調(diào)節(jié)方式采用電子膨脹閥。此類空調(diào)器變頻范圍更寬, 噪聲和震動(dòng)有所降低, 節(jié)能效果明顯。第三類是直流變頻空調(diào)器, 采用直流變頻壓縮機(jī)和直流

9、風(fēng)扇電機(jī), 調(diào)節(jié)方式是電子膨脹閥。此類空調(diào)器節(jié)能效果更高, 噪聲和震動(dòng)達(dá)到了最低的水平,同時(shí)還沒(méi)有交流變頻的電磁干擾,是當(dāng)前最先進(jìn)的變頻空調(diào)器。以下就直流變頻分體式空調(diào)器的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)作個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。分體式空調(diào)器的控制器分為室外和室內(nèi)兩大部份。室內(nèi)機(jī)主要完成紅外線遙控接收, 并根據(jù)設(shè)定進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的切換, 調(diào)節(jié)室內(nèi)風(fēng)速及壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài), 使其達(dá)到設(shè)定要求。收到信號(hào)后, 根據(jù)要求由模糊算法得到目前最佳的工作狀態(tài),并通過(guò)串行通信與室外機(jī)交換信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制,其基本電路框圖見(jiàn)圖2。圖2 室內(nèi)機(jī)基本電路圖室外機(jī)主要是根據(jù)室內(nèi)機(jī)的信息, 進(jìn)行壓縮機(jī)的變頻控制及風(fēng)速調(diào)節(jié),同時(shí)在制熱時(shí)還要

10、完成除霜等功能。其基本電路框圖如圖3 所示。變頻調(diào)速自控系統(tǒng)中采用交流調(diào)速系統(tǒng)23, 主要有逆變器、SPWM控制器及一些保護(hù)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(tǒng)中還設(shè)計(jì)了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓和過(guò)熱等保護(hù)功能。交流調(diào)速系統(tǒng)的波形處理可采用不等幅PWM（是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)）方式,脈寬調(diào)制SPWM(正玄波脈寬調(diào)制)電壓型控制器可由單片微機(jī)系統(tǒng)和大規(guī)模集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外空調(diào)器控制系統(tǒng)中軟件可采用模塊化設(shè)計(jì)。其中主控模塊負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)及運(yùn)行控制;另有故障診斷服務(wù)模塊、鍵盤管理和顯示模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、變頻調(diào)壓控制模塊等。圖3 室外機(jī)基本電路圖5.結(jié)論通過(guò)以上分析