变频空调论文

1、变频空调技术的研究发展摘要:随着能源稀缺、生态环境恶化等问题的日益突出，以及空调行业的大力发展，较传统定频空调具有较好节能功能的变频空调成为了空调市场的主角。“变频”采用了比较先进的技术，它是通过变频器改变电源频率，从而改变压缩机的运转转速的一种技术。而在变频空调的发展方向上，直流变频和无氟是其必然趋势.关键词：变频空调；直流变频；无氟变频；交流变频；中央空调变频中图分类号：TB66 文献标识码：A0 引言20世纪90年代后半期，家用电器依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求控制性能好、小型轻量、大容量、高舒适感、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。在空调器中，变频技术是一项新兴的技术

2、，它是通过变频器改变电源频率，从而改变压缩机的运转转速的一种技术。变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度并在低转速、低能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果，由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制冷制热需求。如今，变频空调已成为高效节能空调市场的发展方向和趋势，1 变频空调技术的发展过程变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、

3、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业

4、的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此人们又研究出矢量控制变频调速。矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的

5、坐标反变换，实现对异步电动机的控制。VVVF变频、矢量控制变频都是交直交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。近年来，新式的空调器已采用无刷直流电动机实现变频调速，其节能效果较交流异步电动机变频又

6、提高约1015。为了进一步提高装置的效能，近年来，日本的空调器又逐步从单纯的PWM控制改为PWM十PAM混合控制方式。即较低速时采用PWM控制，保持Uf为一定；当转速大于一定值时，将调制度固定在最大值附近，通过改变直流斩波器的导通占空LL，提高逆变器输入直流电压值，从而保持变频器输出电压和转速成比例，这一区域称为PAM区。采用混合控制方式后，变频器的输入功率因数、电机效率、装置综合效率都比单独PWA4控制时有较大幅度的提高。2 变频空调的发展前景与研究2.1 变频空调的发展前景虽然在中国，变频空调由于种种原因，还没有完全发展成熟，但据数据调查，目前在日本和欧美等发达国变频空调已经成为空调行业的

7、技术平台，98%左右的空调均为变频空调。以目前的国家宏观调控以及空调厂商等方面看来，今后中国的变频空调必然成为一种趋势。“变频空调”采用了比较先进的技术，启动时电压较小，可在低电压和低温条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况，有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制热要求。不过，“变频空调”的价位通常较“定频空调”高出几百元。根据目前的变频技术的发展主要表现在以下两个方面：（1）机的驱动方式从交流变频到直流调速；（2）制技术VVVF变频技术，PWM脉宽调速控制技术，矢量控制技术。变频技术的优点：（1）制冷或制热速度快（2）较好

8、的舒适性。（3）变频空调启动时对电路没有大、的电流冲击。2.2 直流变频与交流变频变频空调通过采用变频技术来实现调节压缩机的转速，依靠压缩机转速的快慢变化来控制输出功率(即制冷制热量)的大小，从而达到控制室温的目的。分为交流变频和直流变频。交流变频：采用交流变频压缩机，2次调节电压转换，从而达到省电的目的。直流变频：采用直流数字变转速压缩机，只经过一次电压转换，相对于交流变频能节省18-40%的电能，从而体现出直流变频技术的优越性。变频空调为实现其功能在定频空调的原理的基础上，换装了变频压缩机，加装了变频控制器系统，并将毛细管换为电子膨胀阀。辅件部分是：除霜阀，双毛细管。但目前变频空调容易产生

9、以次代优的情况出现，即用低价构件代替进口优质构件。由于其主要部件成本高，销售价格过高，所以导致维修时成本也居高不下。变频空调由于电路系统比定频复杂，在使用时系统可靠性比定频空调低、比定频机容易出故障：维修难度大，费用高。在调速过程中产生的高频电磁波比定速空调高，对人体有害，长期受此影响会导致脑癌的发生率高于常人。变频空调的室外机有微电脑控制的变频器，其印刷电路板在高温及潮湿的情况下较容易损坏。变频空调通常是高端空调的代名词，但现在市面上出现了很多低价变频空调，低价变频空调的缺陷在哪些方面？主要是偷工减料，如：购买国产的低价变频压缩机取代优质变频压缩机。用毛细管代替电子膨胀阀来获得高额利润。是把

10、小匹数变频压缩机用于大匹数功率的机器上。生产单冷变频机，减少使用四通阀来提高利润。直流电的两个电极的极性是固定不变的，电流只有一个流向，不会发生交变，根本无频率可言，谈何变频？目前市场上宣传的所谓“直流变频空调”实际上是直流调速空调，它所采用的直流调速技术要远远优于调频技术。直流调速只经过一次电压转换，所以能源损耗比调频调速要小。另外，由于这种直流电机的定子是永磁的，又省却了三相交流异步电机的定子电流消耗，所以，它从电网电源到电动机这一段的电效率要比调频调速方式高，节省了一定的能量。节不节能主要取决于制冷系统的设计与配置，视其系统制冷系数的大小而定。将恒速空调机改进成调速空调机主要就是为了改善

11、其自动调节的方式，以提高机器的品质，而不是以节能为目标。但调速只不过是改善空调机运行品质的一个基础，而真正的改善还有赖于制冷系统的匹配。调节系统制冷量的关键部件是节流减压元件，如果不将其从恒阻尼的毛细管改成与调速范围相适应的、可调阻尼的电子减压阀（膨胀阀），那么，这种调速空调机就没有多大意义，甚至还要多余消耗内部转换所需的电能。现今空调的效能比一般在.之间，极少有超出.的。2.3 无氟变频空调目前，日本无氟变频空调普及率已高达95%以上、欧洲市场销售的空调中也有90%以上采用的是R410a新冷媒的无氟环保空调、北美地区的相关政策也宣布2010年将全面禁用R22冷媒；在09年末召开的哥本哈根会议

12、也加速了含氟空调淘汰的步伐，以无氟变频技术为主导的空调时代正式开启。对于变频趋势来说，无氟也是其行业的一大热点，不但变频市场份额会有激增，无氟变频空调的时代也将到来，一同大力的开拓变频空调市场。何为无氟？所谓的无氟，其实是说空调在使用这种制冷剂后不会产生对大气臭氧层有破坏力的“氟氯烃”，这样在使用时就会环保健康。目前，卖场上空调常用的两种制冷剂就是R410A制冷剂和R22这两种，R22比较普遍，而R410A制冷剂则在商家重点推荐机型或是以无氟为卖点的空调产品上运用。 其实，早在很久以前，无氟空调就已在一些发达国家普及运用，而对于国内空调市场，由于受生产成本以及国内原有现状影响，无氟空

13、调仅作为广大空调厂商的重点主打产品中在运用，并且相对的使用无氟制冷剂的空调在价格上也偏高，这都是与生产成本以及国内市场走势密不可分。从消费者角度出发，无氟空调不但有着健康环保的使用特性，其高效、更加强劲的产品特点更是提升了空调的关注度，而无氟空调想要大面积普及，不但需要厂商加大对无氟产品的投入力度，同时也需要国家政策给予支持，就像变频空调家电下乡，变频份额得到快速增长，这都得益于国家的正确方针与政策，所以国家的宏观调控与引导，在明年的空调发展年中也将起到潜移默化的作用。跟随市场发展，无氟变频空调将会顺应产品发展方向会在未来几年大面积攻占产品领域，以健康、高效、安全性更高等特性赢得消费者，赢得市

14、场。变频空调的发展对于定频空调来说，这是一种威胁也是一次转机。威胁，定频空调的市场份额会逐步被变频产品所吞噬，虽然目前定频产品以有力地位占据，但从未来的发展前景看，变频必然是主流方向，而定频的天下也有望被取代。从变频多年的发展历程看，近年市场的发展趋势是一次转机，在今年不但变频份额激增，从各大厂商的动态上看，变频产品势不可挡。2.4 变频空调的研究变频的关键是频率变化，频率变化范围越宽，对外界冷量需求变化的适应性越强，性能越好。压缩机结构特点就像我们小时候玩的陀螺，自转的转速越高就越稳定，转速越低也就越不稳定。实现低频运行，必须解决压缩机振动、吸排气管脉动以及压缩机回油等技术难题，所以低频是变

15、频技术难点，也是技术核心。低频与高频空调相比，有两个显著区别，其一是低频运行功率更小，最低可达45w；其二是可以实现更宽的冷(热)量输出，而高频冷(热)量调节范围窄，更容易停机，温度波动大，舒适性差。 在这个概念上而言，变频技术低频稳定运行，意味着更节能舒适，因而低频必然是变频技术必然的发展趋势。目前我国格力的1赫兹变频技术达到世界先进水平，要达到这样技术水平的确有一定的难度，这需要更多的企业积极参与进来，加大自主研发投入，不能在掌握低频变频技术上“一步慢、步步慢”，否者将难以在激烈的市场竞争中占据有利地位。3 中央空调变频3.1 中央空调变频的趋势随着城市建设和经济发展速度的加快，中央空调应

16、用的范围和领域越来越大，在提倡节约性社会的前提下，加强中央空调变频节能的技术研究和开发，将中央空调的能源耗费降到最低程度，成为中央空调行业发展的必然趋势。3.2 中央空调变频节能的工作原理中央空调所采用的技术主要是蒸汽压缩式制冷循环和吸收式制冷循环两种，普遍应用容积型的活塞式压缩机或螺杆式压缩机以及速度型的离心式压缩机。中央变频空调是拥有主机及末段系统的中央空调，采用变频电脑控制技术，利用变频压缩机和可控制的变频器，根据中央空调区域环境温度的变化对变频器的影响，自动选择除湿、制热或者制冷的运转方式，并且保持空调运转转速的稳定，在节约能源，降低能耗的前提下，在最短时间内是周围环境内的温度迅速达到

17、若你们所需要的标准，从而满足人们关于中央空调舒适、节能、快速的要求。3.3 中央空调变频节能的未来发展趋势中央空调变频节能的未来发展的基础是节能减排、保护环境中央空调变频节能的未来发展的基础是节能减排、保护环境是中央空调变频节能的第二个发展方向。人们生活水平的日益提高在经济社会的发展初期往往是以牺牲环境为代价的，对此，人们已经有了深刻的体会，节能减排、保护环境正成为全球经济发展的一致要求，中央空调变频节能的未来发展也必须服务和服从于这个大局，不断提高中央空调系统的自动化控制水平，进一步降低能源耗费，不断减少中央空调系统对大气的污染程度，全面提高中央空调压缩机系统和末段系统的运行的安全性和经济性

18、，促进中央空调变频节能的全面发展。4 结论变频空调成为成为空调制冷行业的主导已是必然趋势,在变频空调的研究方向和发展趋势中,直流调速变频、低频变频、无氟变频又是变频空调发展的必然趋势，因此，在以后的工作学习研究中应多加关注。参考文献：【1】综论变频空调器热点关注之“变频技术”专栏。童杏文2004年10月刊【2】张立，赵永健等现代电力电子技术科学出版社。1992【3】丁斗章编著变频调速技术与系统应用机械工业出版社，2005【4】张燕宾主编变频调速应用实践机械工业出版社，2002【5】吴忠智主编。吴加林编著变频器应用手册机械工业出版社，2003【6】. 刘竞成主编交流调速系统上海交通大学出版社，1

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