【課件】變頻、變?nèi)荨?shù)碼渦旋性能對比

2004年12月變頻、變?nèi)?、?shù)碼渦旋性能對比（探討小型變能力中央空調(diào)技術(shù)發(fā)展方向）客戶支持部摘自科學(xué)論文變頻、變?nèi)?、?shù)碼渦旋

隨著節(jié)能與舒適性的要求，及國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)變頻多聯(lián)技術(shù)的突破性進展，變能力小型中央空調(diào)的諸多突出優(yōu)點，迫使中央空調(diào)向小型中央空調(diào)發(fā)展的趨勢越來越明顯。小型中央空調(diào)器存在多種形式，誰代表未來技術(shù)的方向，制造商為了推廣自己的產(chǎn)品，八仙過海各顯神通，訴說著自己產(chǎn)品的優(yōu)點。本文試圖以科學(xué)公正的態(tài)度，通過對具有可變冷媒流量能力中央空調(diào)技術(shù)的對比，認為永磁電機變頻系統(tǒng)的變負荷平均效率高于其它系統(tǒng)，將是未來技術(shù)的發(fā)展反方向。隨著節(jié)能與舒適性的要求，及國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)變頻1、描述空調(diào)器的指標：

描述中央空調(diào)器的指標有性能指標、可靠性指標、電氣指標和價格指標等。性能指標包括制冷制熱能力、效率(EER、COP)；可靠性指標包括：電氣可靠性（抗干擾、靜電、雷擊等）、機械可靠性（震動、跌落沖擊、溫度循環(huán)等）；電氣指標包括：EMC電磁兼容性等；價格同技術(shù)指標構(gòu)成的性價比決定著產(chǎn)品的生命周期，本文對比變?nèi)?、變頻、ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）的原理、能力、效率、電磁兼容、控制精度、風險分析等特點，探索未來技術(shù)的發(fā)展方向。1、描述空調(diào)器的指標：描述中央空調(diào)器的指標有性能指標1）、能力調(diào)節(jié)原理變頻、變?nèi)?、?shù)碼渦旋都是為了改變制冷劑流量，達到調(diào)節(jié)輸出能力的目的。變頻原理：轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速N=60*f/P；式中N—轉(zhuǎn)速；f—驅(qū)動電源頻率；P—極對數(shù)。從轉(zhuǎn)速公式中可以看出改變驅(qū)動電機的電源頻率即可改變轉(zhuǎn)速，變頻通過變頻器實現(xiàn)。壓縮機容量的改變是通過壓縮機馬達的轉(zhuǎn)速改變來實現(xiàn)的。當室內(nèi)負荷要求提高時壓縮機馬達的頻率隨之增高，從而導(dǎo)致馬達轉(zhuǎn)速更快，容量提高。同樣地，當室內(nèi)負荷要求降低時，壓縮機的頻率變低，容量隨之降低。1）、能力調(diào)節(jié)原理變頻、變?nèi)?、?shù)碼渦旋都是為了改變制冷劑流量變?nèi)菰恚鹤內(nèi)菔峭ㄟ^使用“熱氣旁通”的方法來改變的。采用雙轉(zhuǎn)子壓縮機，短路一缸即可容量降低一半。同樣地，在主排氣管和吸氣管之間，有一個外部旁通電磁閥。當這個電磁閥開啟時，壓縮機的容量又降低一半。這樣5HP壓縮機能分四級變化：25%-50%-75%-100%，變化一級1.25HP.ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）壓縮機容量是通過渦旋盤的周期性嚙合與脫開來改變的。當外部電磁閥關(guān)閉時，數(shù)碼渦旋象標準壓縮機一樣工作，容量達到100％。所以，在一個10秒鐘的循環(huán)中，如果渦旋盤加載2秒鐘，卸載8秒鐘，其平均時間容量就是20％。加載時間占循環(huán)周期的比例可以在10％到100％輸出容量到范圍內(nèi)任意改變。變?nèi)菰恚?）、能力調(diào)節(jié)對比變頻：一般來說，變頻壓縮機頻率可以從15-120Hz連續(xù)變化。變頻壓縮機容量從12.5％-105％連續(xù)改變，空調(diào)系統(tǒng)可精確控制室內(nèi)溫度。變?nèi)荩?HP機分四級容量25％-50％-75％-100％，另加一臺定速5HP壓機組成10HP八級容量控制：12.5%、25%、37.5%、50%、62.5%、75%、87.5%和100%。這就意味著空調(diào)系統(tǒng)無法精確控制室內(nèi)溫度。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：ON/OFF控制的輸出在10％到100％之間。其最小能力取決于電磁閥到速度響應(yīng)，由于控制電磁閥到時間比例即可改變壓縮機輸出，提供了連續(xù)到容量輸出，能夠精確的控制室內(nèi)溫度。2）、能力調(diào)節(jié)對比變頻：3）、效率對比1：全負荷效率變頻：變頻器的損失占輸入功耗的7%∽8％，這樣系統(tǒng)滿負荷的COP比未加入變頻器的定速系統(tǒng)COP降低了7%∽8％。變?nèi)荩?HP機在100％負荷時，10HP機在50％和100％兩點時，COP性能較好，為定速系統(tǒng)的最大COP.ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：ON/OFF控制系統(tǒng)在100％負荷時的COP性能較好，為定速系統(tǒng)的最大COP。3）、效率對比1：全負荷效率變頻：4）、效率對比2：變負荷效率變頻：負荷變化時頻率變化，變頻器功耗始終保持輸入功率的8％，設(shè)定速機滿負荷時的最大COP為COPmax，變頻變負荷時的效率（變頻、變?nèi)?、ON/OFF控制都未考慮變負荷時室內(nèi)機的開機數(shù)量不減，此時相對換熱面積增加引起效率提高的影響）為：COP=Q/(1+8%)W=COPmax/1.08=0.93COPmax即負荷從10%-100%變化時，空調(diào)系統(tǒng)的效率始終保持最大效率的93%,為恒定值。變?nèi)荩篊OP僅在50％和100％兩點時性能較好，但在變負荷時由于大馬達拉小車的因素，電機效率下降。空調(diào)系統(tǒng)的效率除電機效率下降外，還存在排氣短路的損失，低負荷下降30%，則變?nèi)輭嚎s機系統(tǒng)的COP從70%COPmax至100COPmax之間變化。4）、效率對比2：變負荷效率變頻：ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：根據(jù)數(shù)碼渦旋資料介紹，卸載狀態(tài)下，壓縮機電機無負載空轉(zhuǎn)消耗功率大約為滿負荷功率的10％。以此計算其10％負荷時的COP,10％負荷時壓機滿載工作1秒鐘,空轉(zhuǎn)9秒鐘,其10秒周期內(nèi)的實際平均功耗:W=(1*Wmax+9*10%Wmax)/10=19%Wmax實際平均輸出能力:Q=10%(Qmax)其中Wmax、Qmax為100％負荷時的功耗與輸出能力。則10％負荷時的效率為：COP=Q/W=10%*(Qmax)/19%Wmax=10/19*COPmax=0.5*COPmax計算結(jié)果說明10％負荷時的COP是滿負荷時的50％。從10％負荷到100％負荷變化時COP的變化從50％COPmax到100%COPmax變化。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：5）、效率對比3：效率波動變頻：變頻系統(tǒng)需求能力恒定時，頻率恒定。系統(tǒng)內(nèi)制冷劑流動穩(wěn)定，壓力溫度無波動，極易實現(xiàn)系統(tǒng)到過熱度優(yōu)化控制，使系統(tǒng)效率保持穩(wěn)定高效。變?nèi)荩鹤內(nèi)葸\行穩(wěn)定，同變頻。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：以10秒為周期到加載卸載，存在10秒周期的制冷劑壓力、溫度波動，過熱度不穩(wěn)定難使系統(tǒng)效率更高。5）、效率對比3：效率波動變頻：6）、電機效率人類追求高效、節(jié)能與環(huán)保的歷史，決定了人類的文明歷史。BLDCM（無刷直流電機）與PMSM（永磁同步電機）電機的起動力矩大，效率比AC異步電機高4％-13％，功率因數(shù)比異步電機高5％-20％，尺寸小，節(jié)約成本，隨著驅(qū)動控制技術(shù)的突破，永磁電機開始在家電中大量應(yīng)用如：永磁直流無刷風機、直流無刷電機壓機、永磁同步PMSM壓機。圖1為永磁電機與交流電機銅損、鐵損對比，圖2為BLDCM與ACM系統(tǒng)的效率對比EFF:EfficiencyBL:BrushlessIM:Inductionmotor(conventionaltype)Wfs:FerrouswattagelossWcos:Copperwattageloss圖1ComparisonoflossinBLwithIM6）、電機效率人類追求高效、節(jié)能與環(huán)保的歷史，決定了圖1圖2采用永磁PMSM電機壓機與BLDCM電機風機的全直流變頻中央空調(diào)系統(tǒng)的功耗比交流系統(tǒng)減少20％，經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化，COP=3.5。根據(jù)其效率變化隨負荷變化的特點，其負荷變化10％至100％時的COP=3.5不變。其綜合效率遠高于其他能力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖1圖2采用永磁PMSM電機壓機與BLDCM電機風機的全直流圖3為三種系統(tǒng)的變負荷效率對比圖3圖37）、控制精度對比變頻：負荷穩(wěn)定時，頻率穩(wěn)定，室溫控制優(yōu)良。負荷要求變化時，變頻器迅速跟蹤，滿足要求。變?nèi)荩贺摵煞€(wěn)定時，由于只有八級調(diào)節(jié)，室內(nèi)溫度控制不精確。負荷要求變化時，能迅速跟蹤，滿足要求。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：同變頻。7）、控制精度對比變頻：8）、電磁兼容對比變頻系統(tǒng)由于整流及變頻的轉(zhuǎn)換，其干擾高于其它系統(tǒng)，但變頻、變?nèi)荨?shù)碼渦旋執(zhí)行相同的電磁兼容性標準，都符合EMC電磁兼容的要求。9）、可靠性與風險對比變頻：20多年的實踐檢驗，各項技術(shù)成熟可靠，無未來的未知風險。變?nèi)荩夯赜屠щy，使用雙轉(zhuǎn)子壓縮機，旁通時單轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)振動大.ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：由于長期運行存在每10秒周期的加載卸載，電流波動大。大批集中使用時，例如1000臺集中使用，由于啟動時間不是零，按照概率，即使平均計算每8）、電磁兼容對比秒鐘有100臺同時啟動，實際上肯定有更多臺，甚至是數(shù)百臺，在同一秒鐘內(nèi)同時啟動，巨大的啟動電流對供電系統(tǒng)帶來的影響如何，尚無實驗證明，未來風險不確定。10）、啟動電流對比變頻：變頻低壓啟動電流小。變?nèi)荩憾ㄋ賳与娏鞔?，僅第一次啟動時有。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：定速啟動電流大，10秒內(nèi)周期重復(fù)。結(jié)論：

永磁電機的變頻變速系統(tǒng)，啟動電流小，滿足電磁兼容要求，具有較高的平均效率，無未知的風險，是未來節(jié)能發(fā)展的方向，其他系統(tǒng)可能是過渡性產(chǎn)品，但由于控制簡單，目前還是有一定的市場需要。秒鐘有100臺同時啟動，實際上肯定有更多臺，甚至是數(shù)百臺，在謝謝!謝謝!2004年12月變頻、變?nèi)荨?shù)碼渦旋性能對比（探討小型變能力中央空調(diào)技術(shù)發(fā)展方向）客戶支持部摘自科學(xué)論文變頻、變?nèi)?、?shù)碼渦旋

隨著節(jié)能與舒適性的要求，及國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)變頻多聯(lián)技術(shù)的突破性進展，變能力小型中央空調(diào)的諸多突出優(yōu)點，迫使中央空調(diào)向小型中央空調(diào)發(fā)展的趨勢越來越明顯。小型中央空調(diào)器存在多種形式，誰代表未來技術(shù)的方向，制造商為了推廣自己的產(chǎn)品，八仙過海各顯神通，訴說著自己產(chǎn)品的優(yōu)點。本文試圖以科學(xué)公正的態(tài)度，通過對具有可變冷媒流量能力中央空調(diào)技術(shù)的對比，認為永磁電機變頻系統(tǒng)的變負荷平均效率高于其它系統(tǒng)，將是未來技術(shù)的發(fā)展反方向。隨著節(jié)能與舒適性的要求，及國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)變頻1、描述空調(diào)器的指標：

描述中央空調(diào)器的指標有性能指標、可靠性指標、電氣指標和價格指標等。性能指標包括制冷制熱能力、效率(EER、COP)；可靠性指標包括：電氣可靠性（抗干擾、靜電、雷擊等）、機械可靠性（震動、跌落沖擊、溫度循環(huán)等）；電氣指標包括：EMC電磁兼容性等；價格同技術(shù)指標構(gòu)成的性價比決定著產(chǎn)品的生命周期，本文對比變?nèi)?、變頻、ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）的原理、能力、效率、電磁兼容、控制精度、風險分析等特點，探索未來技術(shù)的發(fā)展方向。1、描述空調(diào)器的指標：描述中央空調(diào)器的指標有性能指標1）、能力調(diào)節(jié)原理變頻、變?nèi)?、?shù)碼渦旋都是為了改變制冷劑流量，達到調(diào)節(jié)輸出能力的目的。變頻原理：轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速N=60*f/P；式中N—轉(zhuǎn)速；f—驅(qū)動電源頻率；P—極對數(shù)。從轉(zhuǎn)速公式中可以看出改變驅(qū)動電機的電源頻率即可改變轉(zhuǎn)速，變頻通過變頻器實現(xiàn)。壓縮機容量的改變是通過壓縮機馬達的轉(zhuǎn)速改變來實現(xiàn)的。當室內(nèi)負荷要求提高時壓縮機馬達的頻率隨之增高，從而導(dǎo)致馬達轉(zhuǎn)速更快，容量提高。同樣地，當室內(nèi)負荷要求降低時，壓縮機的頻率變低，容量隨之降低。1）、能力調(diào)節(jié)原理變頻、變?nèi)荨?shù)碼渦旋都是為了改變制冷劑流量變?nèi)菰恚鹤內(nèi)菔峭ㄟ^使用“熱氣旁通”的方法來改變的。采用雙轉(zhuǎn)子壓縮機，短路一缸即可容量降低一半。同樣地，在主排氣管和吸氣管之間，有一個外部旁通電磁閥。當這個電磁閥開啟時，壓縮機的容量又降低一半。這樣5HP壓縮機能分四級變化：25%-50%-75%-100%，變化一級1.25HP.ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）壓縮機容量是通過渦旋盤的周期性嚙合與脫開來改變的。當外部電磁閥關(guān)閉時，數(shù)碼渦旋象標準壓縮機一樣工作，容量達到100％。所以，在一個10秒鐘的循環(huán)中，如果渦旋盤加載2秒鐘，卸載8秒鐘，其平均時間容量就是20％。加載時間占循環(huán)周期的比例可以在10％到100％輸出容量到范圍內(nèi)任意改變。變?nèi)菰恚?）、能力調(diào)節(jié)對比變頻：一般來說，變頻壓縮機頻率可以從15-120Hz連續(xù)變化。變頻壓縮機容量從12.5％-105％連續(xù)改變，空調(diào)系統(tǒng)可精確控制室內(nèi)溫度。變?nèi)荩?HP機分四級容量25％-50％-75％-100％，另加一臺定速5HP壓機組成10HP八級容量控制：12.5%、25%、37.5%、50%、62.5%、75%、87.5%和100%。這就意味著空調(diào)系統(tǒng)無法精確控制室內(nèi)溫度。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：ON/OFF控制的輸出在10％到100％之間。其最小能力取決于電磁閥到速度響應(yīng)，由于控制電磁閥到時間比例即可改變壓縮機輸出，提供了連續(xù)到容量輸出，能夠精確的控制室內(nèi)溫度。2）、能力調(diào)節(jié)對比變頻：3）、效率對比1：全負荷效率變頻：變頻器的損失占輸入功耗的7%∽8％，這樣系統(tǒng)滿負荷的COP比未加入變頻器的定速系統(tǒng)COP降低了7%∽8％。變?nèi)荩?HP機在100％負荷時，10HP機在50％和100％兩點時，COP性能較好，為定速系統(tǒng)的最大COP.ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：ON/OFF控制系統(tǒng)在100％負荷時的COP性能較好，為定速系統(tǒng)的最大COP。3）、效率對比1：全負荷效率變頻：4）、效率對比2：變負荷效率變頻：負荷變化時頻率變化，變頻器功耗始終保持輸入功率的8％，設(shè)定速機滿負荷時的最大COP為COPmax，變頻變負荷時的效率（變頻、變?nèi)荨N/OFF控制都未考慮變負荷時室內(nèi)機的開機數(shù)量不減，此時相對換熱面積增加引起效率提高的影響）為：COP=Q/(1+8%)W=COPmax/1.08=0.93COPmax即負荷從10%-100%變化時，空調(diào)系統(tǒng)的效率始終保持最大效率的93%,為恒定值。變?nèi)荩篊OP僅在50％和100％兩點時性能較好，但在變負荷時由于大馬達拉小車的因素，電機效率下降。空調(diào)系統(tǒng)的效率除電機效率下降外，還存在排氣短路的損失，低負荷下降30%，則變?nèi)輭嚎s機系統(tǒng)的COP從70%COPmax至100COPmax之間變化。4）、效率對比2：變負荷效率變頻：ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：根據(jù)數(shù)碼渦旋資料介紹，卸載狀態(tài)下，壓縮機電機無負載空轉(zhuǎn)消耗功率大約為滿負荷功率的10％。以此計算其10％負荷時的COP,10％負荷時壓機滿載工作1秒鐘,空轉(zhuǎn)9秒鐘,其10秒周期內(nèi)的實際平均功耗:W=(1*Wmax+9*10%Wmax)/10=19%Wmax實際平均輸出能力:Q=10%(Qmax)其中Wmax、Qmax為100％負荷時的功耗與輸出能力。則10％負荷時的效率為：COP=Q/W=10%*(Qmax)/19%Wmax=10/19*COPmax=0.5*COPmax計算結(jié)果說明10％負荷時的COP是滿負荷時的50％。從10％負荷到100％負荷變化時COP的變化從50％COPmax到100%COPmax變化。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：5）、效率對比3：效率波動變頻：變頻系統(tǒng)需求能力恒定時，頻率恒定。系統(tǒng)內(nèi)制冷劑流動穩(wěn)定，壓力溫度無波動，極易實現(xiàn)系統(tǒng)到過熱度優(yōu)化控制，使系統(tǒng)效率保持穩(wěn)定高效。變?nèi)荩鹤內(nèi)葸\行穩(wěn)定，同變頻。ON/OFF控制（數(shù)碼渦旋）：以10秒為周期到加載卸載，存在10秒周期的制冷劑壓力、溫度波動，過熱度不穩(wěn)定難使系統(tǒng)效率更高。5）、效率對比3：效率波動變頻：6）、電機效率人類追求高效、節(jié)能與環(huán)保的歷史，決定了人類的文明歷史。BLDCM（無刷直流電機）與PMSM（永磁同步電機）電機的起動力矩大，效率比AC異步電機高4％-13％，功率因數(shù)比異步電機高5％-20％，尺寸小，節(jié)約成本，隨著驅(qū)動控制技術(shù)的突破，永磁電機開始在家電中大量應(yīng)用如：永磁直流無刷風機、直流無刷電機壓機、永磁同步PMSM壓機。圖1為永磁電機與交流電機銅損、鐵損對比，圖2為BLDCM與ACM系統(tǒng)的效率對比EFF:EfficiencyBL:BrushlessIM:Inductionmotor(conventionaltype)Wfs:FerrouswattagelossWcos:Copperwattageloss圖1ComparisonoflossinBLwithIM6）、電機效率人類追求高效、節(jié)能與環(huán)保的歷史，決定了圖1圖2采用永磁PMSM電機壓機與BLDCM電機風機的全直流變頻中央空調(diào)系統(tǒng)的功耗比交流系統(tǒng)減少20％，經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化，COP=3.5。根據(jù)其效率變化隨負荷變化的特點，其負荷變化