变频技术在家电领域中的应用

变频技术在家电领域中的应用

频效机技术是通过控制电机的输入频率，改变电机转速的技术。“变频空调”是一种比较传统“定频空调”的概念。众所周知,我国的电网电压为220V、50Hz,在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变,传统的定频空调的压缩机转速基本不变,依靠其不断地“开、关”压缩机来调整室内温度,其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热,并消耗较多电能。而“变频空调”是通过变频器改变压缩机供电频率,调节压缩机转速,依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的,室温波动小、电能消耗少,其舒适度有了较大的提高。显然运用变频控制技术的变频空调,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温度,并在低转速、低能耗状态下有较小的温差波动,实现了快速、节能和舒适控温效果,与固定速度的空气压缩机空调相比,变频空调从启动到预置温度的时间缩短了约1/3,温度稳定性更高,功耗也有所下降。随着世界范围内能源危机的到来,传统空调器由于其运行效率低下正在逐渐退出市场,变频空调器因为具有节能效果明显的特点而大受市场的关注。为了让消费者更好和更全面地了解变频空调,本文从变频技术应用的必要性及现状、变频空调的发展方向及如何理性认识多功能变频空调等方面做具体介绍。变频技术应用的必要性家用电器在21世纪初期的发展方向将是节能化、环保化、智能化、信息化和个性化。从世界空调业的发展与节能效果来看,变频化、环保化、节能化是大势所趋,变频空调在节能、环保上的优越性将让消费者真正体会到其带来的舒适的室内环境。变频技术的应用是家用电器实现技术革新的必要途径,变频技术在家用电器未来的发展中将扮演着越来越重要的角色。我国空调业研究变频技术始于1994年,首先在春兰和海尔,后来有美的、海信、科龙和格力等,各大公司都十分重视变频技术的研究和开发。它们引进日本的变频技术的同时,积极开发和研制国产变频空调器。变频空调的核心是它的变频器,变频器通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节,把50Hz的固定电网频率改为30~130Hz的变化频率,由于变频压缩机转速的变化与频率成正比,因此通过变频控制器变化频率后,电机转速随之变化,从而制冷(热)能力也发生变化。同时,由于采用了比较先进的变频技术,所以启动时电压波动较小,可以在低电压和低温条件下启动,使电源电压适用范围达到142~270V,彻底解决了由于电网电压的不稳定而造成空调器不能工作或难以启动的难题。另外,由于实现了压缩机的无级变速,变频空调可以适应更大面积的制冷、制热需求,即制冷或制热量较普通空调大得多。变频空调每次开始使用时,通常是让空调以最大功率、最大风量进行制热或制冷,迅速接近所设定的温度,随后压缩机便以低频率、低转速、低能耗状态运转,仅以所需的功率维持设定的温度,柔和送风、低噪音运转、保持房间安静、温度稳定。这样不但温度稳定,还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对寿命的衰减,而且耗电量大大下降,实现了高效节能,且用户不容易患上“空调病”。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式,增大了在低温时的制热能力,最大制热量可达到同品牌、同级别空调器的1.5倍。此外,一般的分体机只有四挡风速可供调节,而变频空调器的室内风机自动运行时,转速会随压缩机的工作频率在12挡风速范围内变化,由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理,从而实现了低噪音的宁静运行。此外,我们知道热泵型空调器在冬天难以制暖,变频技术的出现和应用,是改善热泵型空调器制热性能差较为有效的办法之一。实验证实,变频空调器在制热运行时,尽管其制热能力也会随室外气温的下降而衰减,但这一幅度毕竟小得多。当然,变频空调在采用变频控制元件和变频压缩机的同时,若同步采用电子膨胀阀作为节流装置,可有效根据需要实时调节空调器的制冷剂流量,使空调始终发挥最佳效能。尤其在冬季低温制热性能的优势就能更充分地体现出来了。另外,化霜时房间温度向下波动的问题在变频空调器上也可得到避免和解决。采用电子膨胀阀节流的变频空调器已能做到在不停止室内机供热的情况下进行室外机的化霜运行。变频空调可以在较低的转速下连续运行,由于低速小冷量运行时,冷凝器的换热面积有较大的富余,充分的换热条件使冷凝压力下降,减少了压缩机的功耗,从而能提高制冷系数COR值,因而可以达到省电的目的。但同时蒸发器的换热面积同样也有较大的富余,过度的换热使制冷剂蒸汽的过热度加大,进而降低了压缩机的容积效率。两者正负抵消,也就谈不上低速运行能提高效率了。变频空调真正能省电的地方在于它的连续运行,节省了定速空调频繁启动时的启动电流。这个优势只有在连续运行一段时间内,才能体现出来。变频技术应用的现状与发展方向空调器的变频调速技术主要由变频器、微控制器、PWM的生成以及变频压缩机的电机等四个方面的关键技术组成。从第一台变频空调器诞生至今,变频空调技术得到了充分的发展。变频技术在空调领域的应用,按压缩机是采用交流还是直流马达驱动方式来划分,变频空调经过了交流变频空调和直流变频空调到全直流数字变频空调等三个过程。其中交流方式的变频控制过程是:50/60Hz交流电→直流电→交流电(30~120Hz)→交流压缩机。交流变频技术用于家用变频空调中是较为成熟的技术,由于变频压缩机实际上也是以电动机方式工作的,与工业电动机变频无明显差异,因此,空调变频是工业变频的延续。直流方式变频控制过程是:50/60Hz交流电→直流电→直流压缩机。这两种方式比较起来,直流方式更先进,表现在更省电、运转更宁静和更强劲的制热效果等而成为变频空调采用数字技术发展的方向。全直流数字变频空调是在直流变频的基础上,采用了先进的数字变频控制技术,实现了快速运算和高精度控制,改善了电流波形,运转更平稳,噪音更低,效率更高(比交流变频空调高出10%)。变频空调的发展按压缩机的自身结构演变来划分,经历了“单转子变频”、“双转子变频”、数码全直流变频(无级调速数码直流变频)以及数字直流变频空调等四个阶段。变频空调诞生于20世纪80年代,由于当时采用的是单转子压缩机,所以又称单转子时代,单转子压缩机只有一个腔,所以只能有一个转子,同时还要靠平衡块来维持运转时的平衡,由于平衡块只能在一个转速下维持平衡,不可覆盖所有变频范围,所以变频范围受到一定限制。海尔于1993年从日本引进了国内第一台双转子变频空调,这是变频空调发展的第二阶段。“双转子变频”空调与“单转子变频”的主要区别在于压缩机的不同。双转子变频空调是在单转子变频空调的基础上发展起来的高效空调产品,双转子变频压缩机主体部分是由沿轴对称分布的两个完全平衡的动转子组成,两个转子运行时,无论动静平衡都更加容易实现;并且摩擦和冲击力较小,与运转频率没有很大的关系,目前正被广泛地应用。作为我国较早研发双转子变频空调的专业化生产企业的海信,目前已开发出了“小康变频”、“经典变频”、“金领变频”三大系列100多种双转子变频空调以满足市场多元化的消费需求,众多型号及款式都因采用了国际进口的双转子高效变频压缩机而广得推崇;由于产品性能大大提高、噪音更低、制冷(热)速度更快、更加省电而引起了市场的广泛关注。从1999年开始,通过对“双转子变频”空调技术的开发和最新数码技术的利用,海尔成功开发出了全直流变频空调与无级调速数码直流变频空调,与过去的交流变频空调相比,全直流变频技术更加精确,也更加省电。进入2000年后,海尔又将直流变频技术与PAM(脉冲振幅控制)技术或与DSP(数字信号处理器)结合,推出了全直流数字变频空调,使变频空调进入了第四阶段也就是目前的最高领域,这种空调采用了数字直流压缩机。其独特优点在于它摒弃了普通变频空调压缩机原有的“交流电压-直流电压-交流电压-变转速方式交流电机”的循环工作方式,采用先进的“交流电压-直流电压-变转速方式数字电机”控制技术,减少电流在工作中的转变次数,使电能转化效率大大提高,使用寿命更长,能完全实现超静音运转,更加节能。全直流数字变频空调,作为全直流数字变频空调的心脏—直流无刷电机压缩机具有显著的节能、低噪音和优良的调速性能等特点。由于传统的直流电机压缩机需用转子位置检测控制器给定绕组供电的逆变器换相,这对降低家用电器的成本、缩小装置的体积、提高空调运行可靠性均是不利的,需要无位置传感器的直流无刷控制系统。现在,有些空调企业已经推出用于电机调速的DSP数字信号处理芯片,以其结构紧凑、使用简便、可靠性高、功能强和成本低等优势而被空调企业所采用。例如美的推出的“数智星”、“变频双子星”等系列全直流数字变频空调就是采用了DSP变频控温技术与先进的AVPWM(空间矢量脉冲宽度调节)控制技术,在全面提升整机控制反应速度与功率因素的基础上,精确控制温度波动的大小,另外室外机采用了电压补偿,能使系统在150~250V的超宽电压和超宽温度范围内运行自如;室内风机、压缩机转速采用PI闭环控制,使系统运行平稳,振动小、噪音低,有效地避免了普通空调忽冷忽热的不适感,充分享受恒温的舒适,使空调营造房间贴近自然的仿生环境。随着多种品牌的全直流数字变频空调批量步入社会,标志着我国家电企业的空调产品真正步入数字化技术新时代。全直流数字变频空调由于实现了压缩机的无级变速与先进的数字处理技术,更适应较大面积的制冷、制热需求,因此智能变频集中式中央空调,也受到了大型宾馆、商厦及政府机关办公场所的青睐,成为商用建筑的首选。其实,智能变频集中式空调目前在西方发达国家已被普遍采用,它集中了家用空调和中央空调的优点,在节能方面较前两者有很大的突破。目前,全直流数字变频技术在全世界也是最先进的空调技术,海尔、格力、美的在这方面无疑均走在时代和行业的前列。为了实现国产变频空调的升级换代与发展,采用PAM控制方式、PAM加PWM(脉冲宽度控制)方式、SVPWM(空间矢量脉冲宽度调节)方式及模糊控制技术的数字直流变频空调器将成为近期变频空调的发展主流,以提高空调器变频驱动系统的运行性能、变频空调器的能效比、优化变频控制器的参数以及变频空调的信息化作为变频技术应用的发展方向,最终研制出信息化的家用空调器。客观、理性地认识多功能变频空调近些年来,家用空调的生产厂家为了在激烈竞争的市场上站稳脚跟,都使出了浑身解数,在变频空调器上附加了多种功能,如干燥防霉、智能抽湿、多重过滤、吸附异味、杀灭细菌、甲醛克星除臭、产生有利于健康的负离子、低温等离子消烟除尘、HEAP酶杀菌,还有光触媒和冷触媒等。其中:HEAP酶杀菌技术,对于0.3微米或以上的粉尘(烟雾、花粉、灰尘等)吸附率可达99.9%,对枯草菌、结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力,一般细菌24小时死亡率高达99.99%。对霉菌的生长也有很强的抑制作用。冷触媒技术,是采用一种低温低吸附的材料LTG-M2触媒,根据吸附-催化原理,在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水,清除室内甲醛等有害物质,还能杀菌、抗菌及抑制微生物的繁殖生长。这种触媒不需要再生,也不需要更换,使用寿命长达十年以上。光触媒技术,是采用光触媒(主要成分是活性碳、酸化酞、陶瓷纤维等组成的一种催化剂,以静电纤维纸浆做成的网为载体)吸附空气中由绝缘材料、胶合板、地毯、油漆、粘合剂等挥发出的甲醛、苯、酮、氨、二氧化硫等有害气体,并能清除室内的香烟雾、饭菜味、体臭等异味。这种物质使用一段时间后,需要在强烈的紫外线照射下,将吸附在触媒网上的有害物质彻底分解成二氧化碳和水,从而恢复其吸附性。体感温度控制技术,是通过装在遥控器上的感温元件,感知室内人们活动范围的温度,并将信息发射到主机接收器上,使主机随时调整运行状态,实现真正的体感温度控制。人感控制技术,是利用双红外感应器探测人的方位,自动调节送风方向(左送风、中送风、右送风或全方位送风),风随人行。客观地讲,变频空调中的这么多附加功能,只能对室内空气的清洁与室内空气品质的提高起到不同程度的改善作用,而绝非像广告宣传中讲的那样神奇。但这些附加技术若能在空调器产品中真实运用,必将会提高产品性能,满足人们对健康舒适的要求。客观评价变频空调器的优势1.制冷(制热)迅速变频空调器可根据房间内温度情况及人体需求,开机后高频率运转,制温速度快,运用独特的“高效”功能,达到设定温度的时间约为同功率定速空调的1/3。2.控温精确,温度恒定——控温精度是定速空调的4倍左右变频空调运行的频率连续可调,可精确地控制房间内的温度,房间内温度可控制在±0.5℃以内,温度波动小,使人体舒适;定速空调器控温原理是(制冷为例):当到达设定值时,压缩机会停机,当温度又上升到一定程度时,压缩机再开机运转,压缩机时开时停,会造成房间温度的剧烈波动,房间内温度可控制在±2℃以内,忽冷忽热,这也是传统空调造成空调病的一个主要原因。3.适应范围宽变频空调的压缩机在高转速和低转速下都能正常工作,所以压缩机性能优异,适应范围宽。特别是低温制热性能,变频空调可以提高运行频率而从室外吸热,一般在低温-15℃可以启动制热,有的甚至可以达到-18℃(如海信KFR-4001GW/ZBP),制热效果与正常效果相比下降约20%~30%,但低温启动的特点对于冬天寒冷的地区还是实用的;而定速空调一般在-8℃以下压缩机就难以启动,并且即使可以启动,制热效果也很差。另外,由于变频空调软启动,不需要频繁启动,对启动电压要求不高,适应电压范围大,一般在150~250V,这对电力相对较为紧张的地区,变频空调的优势是明显的。而定速空调一般适应于187~242V的环境,适应范围只是相当于变频机的1/2(不同空调数据可能存在差异)。4.强力除湿变频空调由于能自动调节,可以自动在合适的功率和风速下工作,正好符合除湿的工作要求,除湿能力极强,约为同功率定速机的1.5倍。变频机的除湿原理为控制器控制压缩机以适合的频率运转,充分使房间内的水蒸汽凝结成水排出房间,并能维持房间内的温度,温度波动性小;而定速机的除湿原理主要是依靠压缩机的间歇运转,空调器蒸发器的温度变化剧烈,除湿的效率低,并且除湿的有效时间少。5.可靠性高,寿命长变频空调器,一旦开机,可长期低功率平稳运转,没有频繁起停对压缩机和系统造成的影响,延长了压缩机及系统的寿命。6.节能变频空调器的节能分两个方面,第一是降低了开关损耗,普通空调器每次开关维持房间温度的损耗,每一次压缩器的开关就造成一分钟满功率的能量损耗,消耗是非常大的。变频空调不存在正常的开关,所以大大节省了开关的损耗。第二,变频空调器低频的高效。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。至于是否省电,要视使用时间长短而定。如果空调长时间开启使用,相对于同样时间使用定频空调的耗电量是要小很多。变频空调在刚开机时内由于室温与设定温度温差较大,以较大功率高频运转快速进行调节制冷,因此刚开机的一段时间,耗电量较大;所以对开空调的时间不长或断断续续开机的用户来说变频空调是不省电的。挑选变频空调注意的问题目前我国的空调市场已全面进入了变频消费时代,但是受核心技术和企业实力的限制,市场上真正的变频空调仅有少数几个品牌。因此,消费者在选购变频空调的时候,切莫被厂家铺天盖地的广告宣传所迷惑,更不要被它们华丽的技术概念、夸大其辞的销量、促销员的完美说辞冲昏头脑,拿不定主意时可向有关部门及专家请教,以确保精心挑选的变频空调能够在省电、降噪、环保、舒适性方面实现真正意义上的“变频”革命。挑选时要注意以下四个问题:1.是不是成熟的变频产品目前国内市场上的变频空调技术差距甚远,工艺制造水平参差不齐,这就决定了空调品质的优劣。根据国内变频空调发展的特点和各企业的实际运行状态来看,挑选变频空调首先看它是不是一件成熟的产品,即是不是解决了变频压缩