變頻技術(shù)在空調(diào)器中的應(yīng)用展望

變頻空調(diào)器的核心是變頻壓縮機(jī),變頻壓縮機(jī)的核心是變頻電動(dòng)機(jī),在變頻電源下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱變頻電動(dòng)機(jī)。變頻電動(dòng)機(jī)為三相電動(dòng)機(jī),它克服了單相異步電動(dòng)機(jī)的一些不足。單相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是橢圓形的,對(duì)稱性不如三相電動(dòng)機(jī),且起動(dòng)性能差、電磁噪聲大,體積也比三相電動(dòng)機(jī)大。實(shí)際上,變頻電源已很難驅(qū)動(dòng)單相電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,因?yàn)楫?dāng)頻率發(fā)生變化時(shí),單相電動(dòng)機(jī)的電容(稱為移相電容)值不可能發(fā)生相應(yīng)的變化,使電動(dòng)機(jī)有效運(yùn)行。
壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用的交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速存在一個(gè)轉(zhuǎn)差,同步轉(zhuǎn)速變化時(shí),轉(zhuǎn)差也有變化,這對(duì)精確控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不利。然而異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉,是目前市場(chǎng)上大部分變頻空調(diào)器所采用的,這種空調(diào)器稱為交流變頻空調(diào)器。
變頻技術(shù)發(fā)展至今雖然只有短短20多年歷史,但變頻技術(shù)在空調(diào)器中的應(yīng)用使得空調(diào)器在控制方面如虎添翼。1978在松下電器技術(shù)展上,變頻空調(diào)器的雛形首次亮相。1981年東芝在世界上首次成功地將變頻器應(yīng)用于熱泵空調(diào)中。從此,揭開了空調(diào)發(fā)展的新紀(jì)元。
目前在家用空調(diào)中應(yīng)用廣泛且技術(shù)比較成熟的是交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速形式。采用脈寬調(diào)制PWM(Pulse Width Modulation)技術(shù)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),在性能上已經(jīng)接近直流調(diào)速系統(tǒng),在產(chǎn)品價(jià)格和穩(wěn)定性方面,交流電動(dòng)機(jī)具有明顯的優(yōu)勢(shì),因而交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仍然是當(dāng)今變頻壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的主流。而交流變頻調(diào)速技術(shù)的核心是PWM控制技術(shù)。PWM控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新不斷完善的過程。目前得到應(yīng)用的方案不下十種,且仍有新的方案不斷被提出。
在日本和美國等發(fā)達(dá)國家,變頻技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)的研究已經(jīng)有很長時(shí)間,技術(shù)應(yīng)用水平相對(duì)比較成熟。特別是近年來,隨著各種性能優(yōu)良的新型電力半導(dǎo)體器件如IGBT(In-sulate Gate Bipolar Transistor)、有驅(qū)動(dòng)電路和各種保護(hù)電路的智能型功率模塊IPM(Intel-ligent Power Module)的推廣應(yīng)用和變頻空調(diào)專用CPU超大規(guī)模集成電路的問世,以及建立在電機(jī)統(tǒng)一理論的人工智能模糊變頻控制算法等控制方案的出現(xiàn),使變頻技術(shù)應(yīng)用于家 用空調(diào)得到極大的發(fā)展。尤其在日本,由于其國內(nèi)資源比較缺乏,大部分能源需要進(jìn)口,從而對(duì)于節(jié)能和有效利用能源提出了很高的要求,大大刺激了變頻技術(shù)的發(fā)展,最大程度地利 用了變頻的節(jié)能效用。由于其起步早、發(fā)展快,從元件生產(chǎn)到技術(shù)基礎(chǔ)都比較完善,具有較高的水平。
在我國,1996年開始日本夏普、東芝、松下、日立等公司相繼在中國市場(chǎng)推出變頻空調(diào)器,引發(fā)了更高技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng),國內(nèi)對(duì)變頻空調(diào)器消費(fèi)的要求也越來越高,國內(nèi)房間空調(diào)業(yè)面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。于是國內(nèi)眾多廠家為在空調(diào)市場(chǎng)上搶占先機(jī)紛紛開發(fā)自己的變頻產(chǎn)品。2007年7 000多萬臺(tái)的空調(diào)器總產(chǎn)量中變頻空調(diào)器占了5%左右的份額,一些大的空調(diào)器廠商都有自己的家用變頻空調(diào)器產(chǎn)品。
國內(nèi)對(duì)于變頻控制器的自主設(shè)計(jì)開發(fā)是近幾年才開始的,然而從設(shè)計(jì)變頻器到設(shè)計(jì)變 頻控制器還有一定距離,因?yàn)樽冾l調(diào)速技術(shù)只是變頻控制器的一個(gè)方面,只能解決頻率變化 的問題,而頻率、風(fēng)速等主要參數(shù)如何控制,如何與主機(jī)最佳匹配以最大限度提高空調(diào)器性能都是變頻空調(diào)控制器需要解決的主要問題。
目前,國家高度重視節(jié)能工作,變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)已列入重點(diǎn)組織實(shí)施的資源節(jié)約綜合 利用技術(shù)改造示范工程之一。在“十一五”期間及今后的發(fā)展中,我國的變頻器技術(shù)及變頻器行業(yè)一定會(huì)有長足的進(jìn)步。

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