变频技术在空气调节器中的应用分析

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1、-学院电气工程系毕 业 论 文课题名称 变频技术在空气调节器中的应用分析 学生姓名 学 号 班 级 专 业 指导老师 内容摘要变频节能技术是一种较为成熟的技术，人们也早已熟知。在许多领域已得到广泛应用。但该技术应用于家用空调是近几年的事，由于其独特的性能（如明显的节能效果、智能控制和降噪性能）受到人们的欢迎，具有较广阔的发展前景。 空调模糊变频控制的特点是压缩机可以根据室内冷热量的不同，连续地、动态地、适时地按需要输出。一般ON/OFF控制的空调器在实际使用中，由于空调器自身的结构特点，影响了空调器温度控制精度和舒适性的提高，更主要的是导致了电能的浪费，压缩机的重复启动不仅严重影响压缩机的使用

2、寿命，而且也进一步浪费了电能。另外，空调器的实际运行工况千变万化，大多数时间空调器工作在非最佳的状态下。 变频控制技术是解决上述问题的最佳方案。变频控制技术具有特别优越的作用，是发展舒适、节能、低噪音、高智能化空调器技术关键。 变频模糊控制空调器的基本概念是：将传感器测定的实际环境状态与人们所期望的设定状态进行比较，通过模糊逻辑控制技术使空调器控制系统具有自调整的智能特性，从而得出最佳的动态控制参数，并对空调器的变频电源及各执行单元实施控制，使空调器的工作状态随着人们要求的变化和环境状态的变化而自动变化，迅速、准确的达到人们的要求，并使空调器的工作状态保持在最合理的状态下。它的最大优点是提高空

3、调器整机的性能和使用的舒适性，其次是节约用电，比普通空调可节省电费20%30%。其次启动电流小，仅为普通空调的七分之一。可以解除因家庭电表小，启动时易跳闸的因扰。同时克服了室温不稳、噪声大的缺点，制冷制热速度可提高12倍。令使用者更方便、更舒适、更经济。 近些年来，随着现代电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展，家用空调变频应用技术也得到了进一步的发展，新产品及新应用层出不穷。除了人们已经熟悉的普通的变频调速控制技术外，变频技术中还分为交流和直流技术。同时许多不同用途的先进配套控制技术也不断问世，如：模糊数字控制技术、无刷直流风机调速技术、不停机化霜技术、电子膨胀阀节流技术、各种美观新型的显

4、示技术、多种传感器测试技术、空调换新风技术、加湿技术等。它们的工作原理及结构与传统空调技术相比都发生了很大的变化。这些技术的问世和应用，大大提高了空调的综合性能。同时，随着人们生活水平的提高，越来越多的空调新技术在不断地进人寻常百姓的家庭。 但是这些技术有的是较成熟的技术，有的需提高应用水平，有的还待进一步提高和完善，只有对这些技术作深入的了解和分析并进行认真的实验研究，才能正确的选择和使用，才能将先进的技术转换为更为先进的产品。 本文就变频技术和配套技术的应用和实践进行了分析，并着重就实践中如何提高系统应用水平和整机稳定性可靠性进行了分析研究，同时就工作中的体会给出了总结。第2章 ：国内外家

5、用空调中的最新实用变频技术分析2.1 变频技术的分析 目前用于家用空调中的变频技术从类型上分为交流变频和直流变频技术。从技术角度分析这二种技术都是较为成熟的技术，但是从应用角度分析存在不同的差异。交流变频技术： 该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。由于在定频空调控制技术和相关配套技术方面较为成熟，与变频技术相结合即可应用于家用空调变频。其变频技术相应的控制方法有：VVVF法、CVCF法、PWM法、SPWM法、PAM法。其中用于家用变频技术大都用PWM法。其余的控制方法有各自不同的特点和

6、用途，主要用于工业变频和其它特定的变频控制领域。 从控制思想上，PWM法又可分成四类，即等脉宽PWM法，正弦波PWM法（SPWM），电流跟踪型PWM法和磁链追踪型PWM法（或称空间矢量法）。目前使用最多的是正弦波PWM法（SPWM），其控制变频压缩机的效果较好，其相应的硬件和软件技术较成熟。 但从电动机的角度出发的，应着眼于如何使电动机获得圆磁场。磁链追踪型PWM法（或称空间矢量法）是一种无反馈型工作模式，它是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准，用变频器不同的工作模式所产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，由追踪的结果决定出变频器的开关模式，形成PWM波。当然这样形成的PWM

7、波也必然是三相对称的正弦波。空间矢量法是目前国际上比较先进的变频工作模式，由于其供给电动机的工作是理想磁链圆，因此，电动机工作比其它方式更平稳，噪音更低，同时也提高了电动机的工作效率。这种工作模式国内已有一些厂家推出，国外已普遍采用。与正弦波PWM法相比，具有一定的优势。 电流跟踪型PWM法是一种反馈型磁链圆工作模式，它将电动机定子电流的检测信号与正弦波电流的给定信号用比较器进行比较，如果实际电流大于给定值，则通过变频器的开关动作使之减小，反之使之增大。这样实际正弦波形围绕给定正弦波作锯齿状变化，而且开关器件的开关频率越高，电流波动就越小。使用这种方法，电动机电压数学模型改成电流模型，可使控制

8、简单，动态响应加快，还可防止变频器过电流。是一种更理想的工作模式。理想工作时，其变频压缩机工作平稳性和工作效率不低于直流变频模式。目前，这种工作模式由于控制较复杂，难度较大，在国内未见有其成熟技术推出。据报导，国外在一些领域已有较好的应用。2.2 变频控制技术分析 从变频空调的特点出发，其变频控制的相关技术也较复杂，除定频空调的一些控制技术可沿用外，为了使变频空调工作在稳定可靠的工作状态，必须增加相应的变频控制和保护功能。 变频控制和保护 由于变频空调输出能力的可调性，使空调控制和保护状态大大增加。除定频空调需有的防霜冻功能外，还具有压机过热保护、排气温度过热保护、输出能力最佳效率控制。其余的

9、保护功能有系统过电流保护、压机过电流保护、功率模块过热保护、过压欠压保护。这些功能是变频空调技术所必须的。 可靠的微电脑控制技术 由于变频空调的控制复杂性，为了确保系统工作的稳定可靠性。在微电脑控制技术上除选用高性能的单片机芯片外，满足系统功能和保护要求外，还要可靠的防干扰能力，确保系统按规定的动作正常运转。同时，还需有看门狗技术，确保系统在恶劣的电磁环境下的可靠工作，不死机，不失控运转。确保不烧毁功率模块，不烧毁变频压缩机。2.3 相关的空调新技术 模糊控制技术 随着现代科学技术的发展，为适应人们对生活环境日益提高的要求，许多新型的、具有舒适空气调节效果的变频空调器被相继推向市场，这些空调器

10、引用了许多现代的先进控制技术。 对于变频空调器这种控制对象的数学模型难以确定的系统，最适合采用模糊控制技术。它能将控制专家和熟练操作者的经验，用语言变量的方式来描述，应用模糊推理规则，通过单片计算机实现最佳的控制策略。 在变频空调技术中，由于其应变量、自变量元数较多，若按简单的互控关系输出，既不能完全发挥变频空调的优点，又不能达到舒适控制的目的。在目前国内变频空调中或多或少都使用了一些模糊控制技术，效果也大不一样，如何建立变频空调的模糊控制模型和评价模糊控制技术的合理性是无法用一个定量的规格标准衡量。从自动控制角度来说，一个品质优良的空调器应达到以下要求:A. 具有高的能效比: 即单位功耗制冷

11、量高，这样可节省能源。这里不仅与变频电控器的控制方法和是否用模糊技术有关，而且与压缩机性能和管路系统也有较大的关系。应尽可能采用涡旋式压缩机，配合变频调速系统。B. 具有较高的调节速度: 能很快适应周围环境的变化，调整空调器的工作状态，维持室内温度的相对稳定。C. 室内通风的风速、风向带有自然风的舒适感觉。D. .噪声小。 因此，用使用效果来衡量就有一定的依据，只有在实践工作中不断积累，才能进一步完善模糊控制系统的性能。 无刷直流风机调速技术 无刷直流调速风机在各个领域已得到普遍使用，在空调领域使用无刷直流调速风机是伴随着变频空调技术的引入而逐渐普及起来。无刷直流调速风机的突出优点是工作噪音低

12、，尤其在变频空调室内机使用最多。 变频空调快速除霜技术 空调器在制热运行时，室外机的热交换器工作在蒸发器状态，它吸收周围环境的热量，将管道内的制冷剂蒸发、汽化。当热交换器的表面温度低于被冷却空气的露点温度时，如果周围环境的空气湿度较大，水蒸气将在蒸发器表面结霜。在结霜的初始阶段，冰晶体使传热表面增大，也使传热表面变得粗糙，使传热状况得到改善，但是不断增厚的霜层的导热系数很小，热交换效率降低，间接地使室内装置的制热能力下降。因此，在适当的时候必须除霜。 对于变频空调器，由于其制冷容量可调，就可以实现不间断供热快速除霜。 在室内外热交换器间增设一个电子旁通阀。当需要除霜时，变频压缩机以最高速度运转

13、，电子旁通阀全部打开，四通阀仍处在制热方向，这时压缩机出口的高压高温工质除了在室内热交换器冷凝外，仍有部分工质无阻力地进入室外热交换器，使霜层融化。化霜结束后，仍恢复原来的运行状态。 电子膨胀阀节流技术 毛细管节流技术的变频空调器其优点是结构简单，价格低廉。缺点是当制冷制热工作状态发生变化时，其应变能力差。而电子膨胀阀节流技术的变频空调可以根据设在膨胀阀进口、压缩机吸气管等处的温度传感器收集的信息来控制阀门的开启程度，随时改变工质的流量，主动配合变频压缩机能力的变化（含频率的变化），使变频压缩机始终有最佳的能效比，其优异性能可以得到充分的发挥。 多种传感器测试技术 目前在变频空调中，除通常的室

14、内温度传感器、室外温度传感器、室内盘管温度传感器、室外盘管温度传感器外，还设有压缩机温度传感器、排气温度传感器、室外温度传感器。增设的温度传感器通过得到的温度信息，可更合理低控制变频空调的运转状态，达到最佳运转的目的。 除增设温度传感器外，新型变频空调中还有空气污浊度传感器和湿度传感器。空气污浊度传感器用于探测室内空气的二氧化碳的含量，与空调换新风技术相结合，可保持室内空气的清新。湿度传感器用于探测室内空气的湿度，与空调除湿技术和加湿技术相结合，可达到控制室内湿度的目的。 空调换新风技术 加湿技术2.4 电磁兼容性技术分析 变频空调产品所面临的突出问题之一是电磁兼容性。变频空调产品能否在各种电

15、磁干扰环境下正常安全运行，是衡量变频空调产品成熟的标志。 在日常生活中存在各种干扰源。有来自产品外部的干扰信号，如高频电磁波的辐射和传导、静电放电、各种尖峰脉冲及脉冲群、雷击和电浪涌、电源跌落等；有产品内部产生的干扰信号，如信号间的串扰、开关电流的冲击、电源地线上的噪声、数字电路与模拟电路之间的藕合、外部干扰作用于连接电缆、电网与控制信号之间的藕合等。对这些有危害的干扰，相应制订出了有关对产品的电磁抗干扰性能进行测试和考核的技术标准。例如自1996年1月1日起，凡是进入欧洲市场的电器产品都要经过电磁抗干扰的质量认证。这种质量认证标准也已被其他国家和地区所采用。1999年我国也制定了家用电器电磁兼容性强制标准。所以加强对家电产品特别是电脑控制类电器产品的电磁抗干扰设计已是势在必行。 变频空调由于变频调速的需要，需有PWM脉冲序列控制，强大的脉冲电压和脉冲