调速技术在房间用空调压缩机上的应用

刘钢

【摘 要】伴随着时代的发展，空调逐渐普及到家家户户，而空调对能源的消耗和环境的污染也随之增加，也已引起了广泛的关注，因此世界已将目光投向研究更加节能更加环保的新型空调的相关技术。本文将从多方面对该项新技术展开论述。

【关键词】空调；调速技术；应用

0 前言

当下能源紧缺问题和环境污染问题的日益严重，世界各国都在使用各种手段来制止这种现象，就科技领域来说，以空调作为例子，这种现状也迫使人类在产品的节能性环保性上下足功夫，更新更加优异的技术理论。下面笔者从空调的调速技术上介绍更为节能的新技术，希望对大家有所启示。

1 功率因素校正技术

1.1 基本原理

对于传统的单相电源系统功率因素可以将其定义为实际负载消耗的平均功率和实际测量到的视在功率比值。在一个线性周期中电压的瞬时值和电流的瞬时值乘积对有效时间的积分就是有功功率的定义，或者称之为平均功率。为了传输的电能不受损耗或者尽可能减少损耗，那么就必须保证输入电流及电压具备相同的相位和比例，就相当于将负载看成一个等效纯电阻电路。如果两者存在相位差，也可以通过利用电容的领先电压相位特性将电容安置在电源内来弥补这种输入电流及电压的波形相位差。在根据空调调速技术中的功率因素校正技术所设计的电路运行过程中，当开关管on的时候，负载呈感性，反过来负载就只有容感，且呈容性。该电路中通常使用放电效率慢的大电容，其目的就在于让负载跨接稳定的直流电压。综合上述，当功率开关管为on的时候，电感就会开始充电，输入电流就会相应增大，相反输入电压会由于电容放电而降低；当功率开关管接通off时候，电感释放能量，输入电流显然就会跟着降低，但是另一方面给电容充电而使其电压升高，还会给负载供电。

1.2 具体特征

该技术以空调的调速技术为基础，通过使用最新的控制芯片来开发功率因素校正电路的硬件和软件，这项技术的基础是根据嵌入式微控制器空调控制系统研制而来的。该技术使用了电流控制算法和占空比预测控制算法，通过使用双端脉冲控制方案对空调系统进行必要的功率因素校正进一步缩小了空调的硬件电路长度。还通过抑制谐波改善功率因素，设计出了具备输入电流为正弦波、谐波含量较低和功率因素高的高性能功率因素变化器。

2 矩阵变换器的研究

2.1 原理概述

矩阵变换器相当于永磁同步电机的电源，直接给其提供定子电流。该系统电路有三相输入和三相输出，并且每一相输入与任意一相输出之间都可以通过双向开关来连接。矩阵变换器是由九个双向开关组成的，可以分为三种接通方式。第一个可以用三个输出端和一个输入端相连接，对于这种连接方式，显然各相输出线电压之间不存在电压差，输入电流和线电压数值上均为零，各自成为零电流矢量和零电压矢量。当开关这样组合时，显然矩阵变换器有三种零矢量状态。第二种开关组合是两个输出端与一个输入端相连接，这类组合形式共有十八中情况，例如输入端a相一同接入输出端的两相，而这输出端的两相又可以进行排列组合，以此类推可得这十八种连接方式。第三类组合就是不同输出端和任意的输入端连接，按前述排列组合的方式也可以得到六种连接方式。综上可知矩阵变换器共有二十七中开关组合，这些开关组合方式就是调速技术的某一项原理。

2.2 工作特点

矩阵变换器是基于矢量控制策略而构建的一种新型空调调速技术形式。该技术的应用使得空调在刚开机时处于低频工作状态，而后经过较短时间的热身频率逐渐升高到所要求的状态，此时压缩机高速运行。并且当室内温度达到设定值之后压缩机还保持工作状态，这种控制方式的优势就在于压缩机不需要反反复复的开停机，在节能方面和室内舒适度方面都做到了很好的效果。

3 SVPWM算法的研究应用

SVPWM算法拥有快速运算和处理数据的能力，为了达到容量控制的目的，可以通过改变电源频率来使得空调压缩机电机转速变化来实现。脉宽调制技术在电气传动领域有着广泛应用。该算法控制技术通过三相对称正弦波电压进行供电，作为基准用的是三相对称电机定子的理想磁链圆，并且用于追踪基准磁链圆的是三相逆变器不同模式的实际磁链矢量。当逆变器适当适时的切换开关时，就会形成三相对称正弦PWM波。这种技术通过建模演示发现实施起来很简单很实用，及其便于微控制器实时控制。在分析该技术的PWM波形时，利用的是任何一个六边形区域参考电压矢量都可以通过相邻思量或者零矢量来合成的空间矢量调制思想。该调速技术的优点有很多，例如转矩脉动小、噪声低和电压利用率极高等诸多优势。

4 矢量控制技术

4.1 原理阐释

矢量控制技术在空调行业主要应用于永磁同步电动机上，这种驱动技术在当下有着广泛的研究。矢量控制技术在这种类型空调压缩机上借助电动机维持制冷剂在制冷系统内部循环，压缩机充当一种交换冷热源的工具。压缩机分为传统的定速压缩机和新型矢量控制技术应用的变频压缩机。传统型的压缩机局限很多，不仅噪声大、冲击电流高，而且耗能极厉害。而新型技术下的变频压缩机又分为两类，其中一类就是往复活塞式压缩机。其作用原理就是根据矢量理论计算三相逆变器的开关时间，从而产生三相马鞍形波作为高频载波而获得开关信号，接着来控制逆变器驱动电机产生实际磁通来无限逼近基准磁链圆。并且气缸内气体容积在活塞运动时做往复运动。

4.2 工作特点

该技术应用特点明显，通过原理分析建立数学模型，可以看出该系统能够平稳运行，静态和动态特性明显。系统的控制功能更加精确健全，能有效的控制空调的变频，达到更高水平的舒适度，在节能减排上面也具备无与伦比的优势。

5 初始模糊控制和压缩机转矩补偿技术研究

变频空调的模糊控制器的性能的好还是由模糊语言的规则的优劣所决定的，直接影响着整个控制系统的性能优良。合理优秀的模糊语言和科学的推力是确保模糊控制器工作高效的必要途径。为了减少在系统参数和控制程序规范的认证工程中大量的物质浪费和研究时间，这就是要求模糊控制器的标准可以进行参数修改来适应不同的环境和控制对象。

对于压缩机的转矩补偿在空调领域的应用，是解决传统压缩机在低频运转时由于转子不稳定而导致的连接压缩机盘管剧烈震颤问题的有效方式。通过矢量算法控制，在转速比较缓慢时，调节达到预设转矩电流。稳定下来的时候，在预设转矩补偿前先算出负载转矩等相关参数值。还要通过施加和空调压缩机转速相同的转矩作为补偿，来响应转矩电流的变化。这两种技术都是目前受到广泛推广，在传统空调调速技术上做出了大胆革新，使得国民生活生产因此而变得更加舒适便捷。以上所有相关空调调速技术简要介绍希望能够对研究者有启示作用。

6 结语

伴随着科技的发展，社会的进步，社会对于高耗能高排放有了愈加充分的认识，在节能减排工作上也是越来越重视。而对于国民生产生活中的高耗能高排放的家用电器空调来说，新型技术的开发研究势在必行。而在空调的耗能上最主要的构建就是变速压缩机，目前国内外对于压缩机和变速技术的研究相当广泛，并且不断有新技术新产品诞生，新产品在成本上更加优惠便宜。由此可见，今后的更加先进的空调压缩机驱动技术一定会朝着更加智能更加环保节能的方向迈进。

【参考文献】

[1]李家朋，郑存义.新型变频空调器的研究和实验制冷[J].1993（2）：1-7.

[2]于景晖.当今空调的发展趋势[J].中国科技信息，2009，24：86.

[责任编辑：王楠]