变频调速在空调系统中的应用

2013-09-12屈文斌

电子测试 2013年19期

屈文斌,赵政

（1.陕西工业职业技术学院,陕西咸阳,712000）

（2.中海兴业（西安）有限公司，陕西西安,710054）

0 引言

随着经济的快速发展，人民生活水平有了很大的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，人们希望无论是工作还是居家都能使室内空气清新、冬暖夏凉，这样导致空调的需求越来越大，空调已成为人们生活中不可或缺的家电产品。同时，在经济高速发展的背景下，能源危机也已成为全球热议的焦点，能源的严重短缺使人类认识到节约能源是大家共同的使命。节能技术的推进，能源利用率的提高，已经成为我国甚至全球所追求的目标。在空调控制系统中引入变频调速技术既可以提高生活环境的舒适程度，又可以降低能耗、达到节能的目的，这也是变频空调的主要优势——节能舒适。

1 变频空调的定义与优势

1.1 变频空调的定义

所谓变频空调就是在普通空调的结构上增加变频器，用变频器来控制空调的心脏——压缩机，通过调整压缩机的转速，使之始终处于最佳的运行状态，从而提高能效比和空调的使用效率。

1.2 变频空调的优势

（1）节能

变频空调在控制过程中使用永磁同步电机作为压缩机，根据房间当前温度与预设定所需温度值差距情况，通过智能化控制，自动提供所需的冷热量，当室内温度达到预期设定值后，空调主机则能够准确保持这一温度的恒定转速，实现不停机运转，避免了频繁的开/停压缩机而产生的一次次瞬间大电流，减少了间歇性运行，降低了热量损失，从而达到了节能目的。

（2）舒适

当空调开始运行时，室温与设定温度相差很大，压缩机便以较高的转速运转，使室温快速达到设定温度，到达设定温度后，压缩机工作在低速状态，并保持在设定温度±1℃范围内变化，减少开关时间，增强了人体的舒适感。

（3）起动电流减小

一般定频式空调以固定频率起动压缩机，启动电流均为额定电流的4—7倍，容易造成对电源电网的干扰，由变频器控制的空调在启动压缩机时，选择较低电压及频率启动，并获得所需启动转矩，这样启动的电流小于对电源电网的干扰电流，既不会对电网产生影响，也不会对其他用电设备产生电磁干扰。

（4）环境的适应性强

变频空调对环境温度的适应性强，一般空调当电压低于180V时，压缩机就无法启动，而变频空调如果电压降低，可以采取降频启动，最低启动电压可以达到150V，运行电压范围可在160—250V。普通空调压缩机转速恒定，当温度低于0℃时，制热效果明显变差，变频空调在室外温度为-10∽-15℃时仍可以启动，且制热量是一般空调的3至4倍，与一般空调在制热效果方面相比，变频系统在高转速下运转，制热能力显著提高。

2 空调的变频控制

2.1 变频调速的基本原理

由电动机学可知，异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为

异步电动机的转速为

2.2 压缩机的定子电压与频率的关系

压缩机的定子电压U，可表示为下式

2.3 变频调速在空调中的应用原理

将变频器应用于房间空调可连续地控制笼型电动机的转速，变频器控制压缩机的框图如图1所示。

房间空调由室内和室外两部分组成，室内部分由遥控、传感器、显示器和风机电动机驱动电路组成，以室内控制部为中心。湿度和温度数据及运行模式等设定条件以序列信号的形式送往室外部分。

室外部分由整流单元、逆变单元、电流传感器、室外风机电动机及阀门控制部分组成，以系统控制部为中心。

房间空调的室内部分备有室温传感器，将房间设定温度和运行情况等信息传送给室外部分，室外部分分析这些信息，了解设定温度与当前室温的差别及室温变化的时间信息，然后计算并指定压缩机的工作频率。开始运行时，如果设定温度与当前室温差别较大，采用高频运行，随着温差的减小，频率也随之降低。另外，在室温急剧变化时使频率也大幅变化，室温缓慢变化时频率也慢慢变化，在平衡冷暖气负载与压缩机输出的同时，以最快的速度使室温达到希望的值。

3 国内变频空调发展展望

随着2008年9月1日国家“转速可控性房间空气调节器能效限定值及能源效率等级”标准（GB21455—2008）的实施，变频空调已成为节能空调发展的方向性产品。从2011年空调销售市场来看，变频空调零售量规模约1300万台，占整个市场份额约40%左右，比2010年同期增加了20个百分点，与前几年相比有大幅提升，变频空调已进入快速成长期。主要发展方向为：

（1）智能化、人性化空调。

智能空调可根据室内人员数量，内外温差情况自动调节运行状态，以达到预先设定的值。

（2）双面出风空调。

采用上下双面出风的变频空调改变了长期以来空调单一的送风方式，避免了空调直接对吹人体，阻止了“空调病”，使人身心健康舒适。

（3）一拖多空调。

近年来，随着人们生活水平的提高，人们对住宅环境的舒适性要求有了很大的提高，现在空调已经成为家用电器的必需品，但当今主流户型为一户多室，一台普通的空调不能满足多室要求。安装多台空调既增加了经济负担，又存在安装空间不足，电源容量不够等问题。一拖多空调具有节省空间、节能和降低成本的优点，已经成为消费者的首选产品。