變頻技術(shù)在交流變頻空調(diào)中的應(yīng)用

汪金卡 王眾毅

摘 要：本文介紹了變頻器的基本機(jī)構(gòu)及工作原理，結(jié)合變頻空調(diào)器的技術(shù)現(xiàn)狀，以交流變頻空調(diào)器變頻基本原理對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻空調(diào)的優(yōu)越性進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：變頻器；交流變頻空調(diào)器；變頻調(diào)速系統(tǒng)；優(yōu)越性

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻器越來越多的應(yīng)用在生產(chǎn)和生活中。近年來，變頻空調(diào)器由于其舒適性與節(jié)能性，受到了許多消費(fèi)者的青睞，空調(diào)生產(chǎn)廠家投入大量的人力物力研發(fā)性能更好的變頻空調(diào)器，如何選擇性能好的變頻器應(yīng)用到空調(diào)器中，是專業(yè)技術(shù)人員共同追求的目標(biāo)。下面結(jié)合生產(chǎn)生活中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)談?wù)劷涣髯冾l器的工作原理和控制方式以及變頻空調(diào)器的控制結(jié)構(gòu)原理。

1 變頻器的結(jié)構(gòu)

變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器，它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后用電子元件把直流電逆變成電壓和頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。

1. 整流電路

整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊.

2. 平波電路

平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有脈動(dòng)電壓，逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓產(chǎn)生波動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。

3. 控制電路

現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機(jī)或DSP為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝臵。提供控制信號(hào)的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成：頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。

4.逆變電路

逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓。常見的低壓變頻器通常由IGBT （逆變管）組成逆變橋，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，把整流所得的直流電再逆變成頻率可調(diào)的交流電，這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的具體執(zhí)行環(huán)節(jié)，也是變頻器的核心部分。

2 交流變頻空調(diào)器的基本機(jī)構(gòu)及原理

變頻空調(diào)的基本結(jié)構(gòu)和制冷原理與普通空調(diào)是幾乎是相同的。其主要是由壓縮機(jī)、室內(nèi)換熱器、室外換熱器及膨脹閥等構(gòu)成的。其不同之處是變頻空調(diào)在普通空調(diào)的基礎(chǔ)上選用了變頻專用壓縮機(jī)，增加了變頻控制系統(tǒng)。變頻空調(diào)主機(jī)在一定程度上能自動(dòng)進(jìn)行無級(jí)變速，其可以以房間的冷熱狀況自動(dòng)提供所需冷熱量。如果室內(nèi)溫度達(dá)到一定數(shù)值后，其空調(diào)主機(jī)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使空調(diào)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而使環(huán)境溫度能始終穩(wěn)定。

對(duì)于交流變頻空調(diào)來說，其壓縮機(jī)利用三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)頻的，這種電磁轉(zhuǎn)矩在定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用中形成的。具體來說當(dāng)交流電經(jīng)過整流濾波的時(shí)候，就會(huì)得到相應(yīng)直流電，在變頻模塊的作用下，直流電逆轉(zhuǎn)成交流電，并成為驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)的變頻電源，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而對(duì)變頻模塊的控制是通過傳感器將室內(nèi)溫度信息傳遞給微電腦，輸出一定頻率變化的波形，控制變頻模塊的輸出頻率。當(dāng)室內(nèi)急速降溫或急速升溫時(shí)，室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷加大，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速加快，制冷量按比例增加，相反，當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷減少時(shí)，壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或減速。

3 交流變頻空調(diào)器的優(yōu)越性

1.節(jié)能效果好

除開機(jī)階段和室內(nèi)負(fù)荷特別大的極少數(shù)情況以外，室內(nèi)負(fù)荷一般都較小。對(duì)于定速空調(diào)而言，此時(shí)壓縮機(jī)只能通過啟 / 停控制，來調(diào)節(jié)空調(diào)器的輸出能力，而壓縮機(jī)啟 / 停過程中有很大的能量損失（研究表明，壓縮機(jī)啟 / 停過程中的能量損失達(dá)到 10%-15%）；而對(duì)于變頻空調(diào)而言，除特小負(fù)荷條件下，可能會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)啟 / 停控制外，大部分時(shí)間工作于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，改善了壓縮機(jī)的工作條件，空調(diào)器的效率高，制取相同冷量時(shí)，壓縮機(jī)耗電減少。

2. 舒適性好

（1）快速制冷 / 熱能力：對(duì)于采用轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)節(jié)的變頻空調(diào)而言，在開機(jī)階段或當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷很大時(shí)，壓縮機(jī)高速運(yùn)行，可以快速地達(dá)到設(shè)定室溫，也有助于舒適性的提高。

（2）噪音低：由于房間空調(diào)器大部分時(shí)間運(yùn)行于部分負(fù)荷下，變頻壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，振動(dòng)和噪音都會(huì)減小。

（3）室溫波動(dòng)小：定速空調(diào)只能通過啟 / 停方式來調(diào)節(jié)室溫，故當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷很大時(shí)，不能達(dá)到設(shè)定室溫，而負(fù)荷小時(shí)，啟 / 停方式控制室溫造成室內(nèi)的溫度波動(dòng)較大，舒適性得不到很好地保障。而變頻空調(diào)器根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使室內(nèi)溫度很好地穩(wěn)定在設(shè)定室溫狀態(tài)，故舒適性得到良好的保障。

4 結(jié)束語

隨著人們生活水平的不斷的提高，其需求也在不斷的變化。就目前來看，原有的定頻空調(diào)就不能更好的滿足其需求，而變頻空調(diào)卻能更好的滿足其需求。在這種情況下，就應(yīng)該對(duì)變頻空調(diào)的結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在滿足現(xiàn)實(shí)需求的同時(shí)，也能為以后空調(diào)的發(fā)展提供相應(yīng)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

⑴張燕賓主編.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

⑵李長軍主編.變頻技術(shù).北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2012

⑶何超主編.交流變頻調(diào)速技術(shù).北京：北京航空航天出版社，2006