机械工程导论三级项目报告-_变频家用空调的技术现状与发展前_景

'机械工程导论三级项目报告变频家用空调的技术现状与发展前景班级：机自16--13完成人员：张钧勇（160101010341） 摘要在能源枯竭和环境污染的国际背景之下，变频技术在家用空调中的应用无疑是符合时代发展需要的，即变频空调不仅具有节能环保的特征，还可提高室内舒适度。据此，笔者结合相关理论知识，浅析变频技术在家用空调中的运用。一、变频空调的特征变频空调的特征：变频空调是在常规空调的结构上增加了一个变频器。压缩机是空调的心脏，其转速直接影响到空调的使用效率，变频器就是用来控制和调整压缩机转速的控制系统，使之始终处于最佳的转速状态，从而提高能效比 （一）温度调节有效。以制冷调节为例。室内温度每下降0.5℃，变频空调的运转频率便下降1档；室内温度每上升0.5℃，变频空调的运转频率便上升1档。换而言之，室内温度与变频空调的运转频率呈正相关，以实现快速制冷和减小室内温度的波动值。（二）高效节能。家用变频空调在维持室内温度恒定时采用低频，则无需频繁开启压缩机，因此其节电效果非常好，约为普通空调的30%。（三）电压适应面宽。通常情况下，当电压＜180V时，普通家用空调的压缩机无法启动。与此相比，家用变频空调支持低频启动，其中最低启动电压为150V，而运行电压介于160-250V之间。（四）超低温制热。当环境温度为0℃时，普通家用空调实际上毫无制热效果。与此相比，即使在低温环境下，家用变频空调同样支持高频运转，其制热量约为普通空调的3-4倍；当室外温度降至-10--15℃时，其依然可以正常工作。（五）快速制冷制热。在人多时、室内外温差大时或开机时，家用变频空调皆支持高频强劲运转，且仅需3-5min，便可改变室内温度约10℃，耗时约为普通空调的1/3。二、变频空调的组成制冷系统：是空调器制冷降温部分，由制冷压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、电磁换向阀、过滤器和制冷剂等组成一个密封的制冷循环。 　　风路系统：是空调器内促使房间空气加快热交换部分，由离心风机、轴流风机等设备组成。　　电气系统：是空调器内促使压缩机、风机安全运行和温度控制部分，由电动机、温控器、继电器、电容器和加热器等组成。　　箱体与面板：是空调器的框架、各组成部件的支承座和气流的导向部分，由箱体、面板和百叶栅等组成。变频系统：是空调的核心变频器、通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。　　二、变频空调的分类原理变频空调大体可以分为：交流变频和直流变频。交流变频空调采用交流变频压缩机，2次调节电压转换，因为相对于定频压缩机，没有了启动电容，故电路损耗降低，从而达到省电的目的。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，同直流电机类似，去掉了电路中的铜损，故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。 三、变频技术在家用空调中的运用变频技术在家用空调中的运用主要表现在变频控制器上。变频控制器主要由控制回路和主回路组成。主电路通常采用“交-直-交”的电压型方式，其为电力变换部分，主要为调频调压提供电源。主电路主要由整流器、滤波回路和逆变器组成，其中通过整流器可使工频电源转变成直流电源；通过滤波回路可吸收源自逆变电路和整流器的电压脉动；通过逆变器可使直流功率转变成交流功率。控制回路的任务是向主回路提供控制信号，其主要由单片机(MCU)和保护回路、速度检测回路、驱动回路、电压/流检测回路等外围电路组成，详见图1。变频控制器按不同的控制对象分为交流变频控制器和直流变频控制器两种。下文主要介绍两种变频控制器的调制方式。（一）交流变频控制器 流变频控制器采用正弦波脉宽调制（SPWM）。从理论角度来讲，SPWM调制主要通过正弦波来调制三角载波，进而调节输出脉冲的宽度。但在实际应用中，通过数字化控制技术所产生的PWM脉冲根本不存在三角波，其完全被软件所取代。如此一来，不仅可以减少硬件投资，又可提升系统的可靠性。然而，SPWM的电压波形并非标准的正弦波，同时存在多种高次谐波，因此会使压缩机产生噪声。对此，在交流变频控制器设计时，应考虑到如何通过控制高次谐波来实现压缩机降噪，但当载波频率过高时，功率模块的开关损耗会有所增加；当开关频率过高时，控制器的成本也会有所增加。（二）直流变频控制器直流变频控制器采用PWM调制。直流变频控制系统属于闭环控制系统，同时直流无刷电机调速系统的电流换相相序与时间主要由电机转子的适时位置而定，因此直流变频控制器的首要任务是测定转子的适时位置，即通过数字电路测量转子感应反电动势过零点，便可测定转子的适时位置，此时亦可测得转子的实际转速。如此一来，仅需根据实际转速与给定转速之间的差值，便可闭环控制转子的转速。此外，直流变频控制器亦可通过检测总线电流来降低电枢电流受到电网波动的冲击力，以及保护压缩机堵转和过负载。综上，在直流变频控制器设计时，应特别注意下列事项：控制器控制回路的地与主回路的地之间并未隔离开来，因此控制回路定会受到一定的干扰，则应从软硬件方面重视控制器的抗干扰设计。四、展望 随着科学技术的发展，为了满足社会发展的需要，越来越多的新技术被应用到家用变频空调中，比如脉冲幅度调制（PAM）和直接转矩控制。虽然PAM控制要求增设一个开关管，但其在扩宽压缩机调速范围、提升电机运行效率和压缩机制热/冷能效比方面无疑比PWM更优，因此其能为变频技术在家用空调中的运用指明新的发展方向。关于直接转矩控制，其可在一转中均衡压缩机的负载转矩和电磁转矩，进而实现压缩机降噪和减振的目的。目前，上述两种技术均在日本的家用变频空调中得到一定的应用，且应用效果显著。总之，家用变频空调具有普通空调所不可企及的优越性，具有广阔的应用前景。参考文献（1）孟庆春.变频技术在家用空调电气控制系统中的应用和维护（2）卢国贵.基于变频技术在家用空调中的应用（3）李晓平.变频技术在家用空调中的应用（4）李剑锋.借节能新政东风——美的全面推广全直流变频空调（5）苏亮.格力变频技术荣获国家科技进步奖——首倡变频空调两年免费包换（6）百度百科——变频空调、变频系统'