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1、电冰箱压缩机的研制随着电力电子技术的发展，IGBT等大功率开关器件价格的不断下降，无刷直流电动机控制技术的逐步成熟，为直流无刷电动机用于可变频冰箱压缩机系统打下了良好的基础。加之市场竞争对冰箱节能、低噪声提出的更高要求， 使得无刷直流电动机应用于冰箱压缩机成为可能。关键词 ; 工作原理压缩基础技术要求压缩效率功率变频压缩机在变频冰箱上的工作原理冰箱工作室通常分为冷藏室和冷冻室。传统冰箱是通过感应冷藏室的温度来控制压缩机的工作状况，当冷藏室温度与设定温度的差值! 小于某一阀值时，压缩机停机系统停止制冷；当大于阀值时，压缩机又通电，工作系统制冷，直至温度下降到设定范围，如此反复。变频冰箱使用了变频
2、压缩机，该种变频压缩机采用了可调速电机。 通过改变电动机的转速来改变压缩机的制冷量。传统压缩机采用单相异步电动机。冰箱的工作原理为：在冰箱工作室的温度与设定温度之差! 较大时，压缩于倾斜毛的影响，也会使本体改变前进方向。 因此本产品上使用可检测万向轮方向的横向传感器，根据此传感器的信息可知道横向偏移，从而修正控制机器以高速运转，以获得快速制冷的效果。随着温度降低，“ 小到一定范围时，压缩机以低速运转。当 “. 减小到一定程度时，压缩机停机。由于压缩机以较低的转速运转，所以压缩机的开停次数较普通压缩机少。另外，一个非常重要的因素，由于机械运转与流体力学的优化，变频压缩机在低转速的效率也很好（但由
3、于润滑的原因， 转速不能太低）。由于下面三点的原因，使得变频冰箱的能耗大幅下降。直流无刷电动机的效率高于传统单相异步电动机。“冰箱低负荷时，输入功率很低。减少开停次数，减少了启动过程的功耗。本论文将一款普通的冰箱改造为变频冰箱，进行的耗电量实验，普通耗电量为34%:使用变频压缩机后耗电量为34%:节能35%。使用变频压缩机后，有明显的节能效果。为普通型的 4小时耗电量测试曲线与变频型的8小时耗电量测试曲线的对比示意。1 国内外现状及发展为了减小的排放量，及由此带来的温室效应，国际上先后对家用电器行业实施节能限制法规，例如美国，在1998年; 2月份实施冰箱节能法规， 新规定要求的耗电量比原来的
4、下降。日本在现行指定有强制性能耗标准的 7 种电器外，增加电冰箱等电器， 并引进第一名标准方式，争取大幅度地改善耗能效率。在我国，有关部门计划在年推出电冰箱节能标志法规， 执行新的冰箱能耗标准。 根据冰箱厂的研究，压缩机值的提高对冰箱的节能有直接的正比关系，是冰箱降低耗电量的主要手段。目前，各冰箱压缩机厂家完成了替代工作后，将主要的研究开发精力投入到压缩机节能化工作上。压缩机提高效率主要在电机、机械系统、气阀效率等方面改进提高。在提高电机效率方面，传统的方法主要为：第一，采用电容运转单相电机；第二，在绕组、冲片上对电机进行优化设计。 但这些方法对电机效率提高是有限的。近年来，随着电机技术的发展
5、， 国外先进压缩机制造商已将一些高性能电动机，如直流无刷电机、单相永磁同步电机运用在冰箱压缩机上。这些技术上的革新，带来的效率上的大幅度提高。尤其是由于目前电力电子技术的飞跃发展以及电子元件的成本日益降低，使得无刷流电动机驱动的冰箱压缩机系统 （又称“变频压缩机” ）不仅具备高效，而且另外一个非常具有优势的特点是转速可调节。控制器根据冰箱各室温度以及开门频率等因素来控制压缩机转速及开停，使得压缩机更加合理、高效的工作。在通常情况下压缩机工作在较低的转速，减开停的次数，这样不仅获得了较低的噪声而且进一步提高整体的效率.从一些资料来看，最终获得的节能可达到65%，从我们的实际测量结果来看，也有 3
6、5%左右的提高。无刷直流的电动机研究早在二十世纪五十年代开始起步， 随着电力电子技术的快速发展，永磁材料的不断发展，无刷直流动机被广泛应用于工业生产中，如计算机磁盘驱动、数控精密机床上、航空航天方面。九十年代开始， 由于对冰箱压缩机高效率、低噪声的追求，外国先进压缩机制造商纷纷开展无刷直流电动机应用于冰箱压缩机上的研究工作，变频冰箱压缩机技术已经逐步成熟。 尤其是九十年代后期，各家制造厂商逐渐形成商业化生产能力。国外的EF0、GFHIJJK、DF.JIJLF 等公司已经有相关的产品在中国市场上销售。尤其是日本的一些制造厂商， 以DFJIJLK.F 为代表，利用自身在电子产品方面的优势，最早进行
7、该课题的研究开发工作，它将压缩机驱动与冰箱控制作为一个整体来进行设计，其技术在各方面都比较成熟。由于国内无刷直流电动机的研究起步较晚，国内压缩机厂在新技术的研究开发一直滞后于国际先进水平，加上各厂在电力电子技术方面的欠缺，国内压缩机制造商在变频压缩机的研究开发上只是近两年展开，它们依靠国内大学的研发能力以及一些电子产品生产商的支持开始相关产品的研究以及市场化的工作。例如广州冷机股份有限公司在2007年承担了国家经贸委技术创新“冰箱用变频压缩机”，开始这方面的研究工作2 变频压缩机系统的结构变频压缩机基本结构变频压缩机系统由使用无刷直流电动机（M10D）的压缩机本体和电子控制器两部分组成。 位置
8、检测分为有位置检测和无位置检测，由于在冰箱压缩机封闭式结构中，电机工作在高温、制冷剂及润滑油的环境中，如果使用有位置传感器，可靠性势必会降低，还有增加了系统的成本。 随着无刷直流电动机控制技术的发展，无位置检测方法的提出使运用于冰箱压缩机成为现实。本论文采用端电压检测法来进行转子位置的检测。3无刷直流电动机的结构无刷直流电机（ RNNC）具有直流有刷电机的线形速度和力矩的特性，但它是由电子控制代替电刷。RNNC具有三相多磁极结构，而不是普通的单相（或两相）鼠笼式异步电机。转子装配有永久磁铁，而不是传统的铝条鼠笼式转子. 4 无刷直流电动机的设计4.1结构参数本项目设计的电动机的名称为ADV72
9、 ，设计功率为 120W其结构和设计参数如下：相数：3 定子槽数： 24) 转子极对数： 2“转子磁路结构：铁氧体表面安装式， 为该种电机的结构示意。绕组：电枢绕组为单层分布式短距绕组，三相绕组星形连接。S永磁体参数 : 永磁体选用 YK227，主要数据如下：剩磁密 Br=395-415mT 矫顽力 1:;AK=370-315KA/M 内禀矫顽力 Hjc=310-335KA/M 最大磁能积 BH)max=22.5-30.5KJ/M 4.2 直流无刷电机的电磁计算采用等效磁路的方法对电动机进行分析计算。计算数据与实验数据进行了比较， 结果显示计算结果具有足够的精度，能够满足工程设计要求。 电机的
10、测试结果为实际测试得到的不同转速时电机的转矩2效率曲线。实际测试的结果与计算结果基本一致。该曲线显示电机在低转，低负载时也保持着较高的效率。所设计的变频冰箱的压缩机长期运行在该转速和负载点附近， 在电机的设计上也是尽可能提高该点的效率。“ 无刷直流电动机控制器由于变频冰箱的控制通常采用转负反馈控制技术， 通过检测转子位置由获得电机转速。用该转速与设定转速相比较，控制输出电压，使实际转速趋近设定转速。以下为无位置传感器无刷直流电动机的控制器设计的几个要点：位置检测 : 采用端电压检测法来检测转子位置。对一个无刷直流电动机驱动系统来说，在任何时候只有两相导通，而另外一相为关断相，处于关断相的绕组正
11、好在关断期间反电动势过零，该反电动势的过零点也就是转子位置的信息。 端电压信号通过的滤波电路得到所需要的转子位置信号送到微机控制系统。 电机的起动控制功率器件控制信号的形状，而是作为斩波的功能，来控制施加到电机上的电压。过电流欠电压、过电压保护用直流母线上的采样电阻 检测直流母线的电流，当逆变器发生过流或短路时，管脚因检测到的电流过大而产生保护信号，关闭逆变器，实现对逆变器的保护。通过分压电阻检测直流端的电压，该测量值由模拟输入端口#* 读入，以实现欠 . 过电压护。过热保护除上述保护外，还需对压缩机进行过热保护。我们在控制器电源端串联一过热保护器， 该保护器紧贴在压缩机外壳上。当压缩机壳体温
12、度超过保护器的跳开温度时，保护器会切断电源； 当压缩机壳体温度低于保护器的复位温度时，保护器复位使电源导通. 5变频压缩机的性能使用直流无刷电机的压缩机性能大幅提高。对AD425 型压缩机（使用FGHH 工质）可以达到 85%，对比使用单相异步电机的压缩机65% 提高20%。在不同转速下压缩机性能, 从实验数据可以得出结论：第一，转速低于 1345r/min 时，压缩机 ,P值骤减。通过模拟试验，我们发现在电机转速高于1345 r/min时，压缩机上油润滑系统不能有效工作。第二，压缩机在低转速时， 虽然电机效率低，但由于压缩机传统的测温方式是进行高效率生产的瓶颈问题。例如，温度计、手持或固定式
13、红外测温等都是只记录降温过程的最后一点，对于冰箱的制冷性能难以全面掌握， 也就难以提出改进质量水平的方法；采用较为先进的静态温度采集箱虽然可以得到全面的温度数据，但是由于其静态的特点，也无法提高生产效率。 这样，采用动态测量技术以及与之匹配的先进模式识别技术就成了解决这类问题首选，并成为! 理念成功推广实施的理论和技术保障。 以前常用传统的模式识别技术： 在时域内，通过对温度信号的提取， 借助于一些识别准则， 获得对机器状态的正确识别，这些方法在很多具体的产品检测中收到了良好的效果。但是，这样的方法有着不可避免的缺陷： 信息提取不充分和不具备动态学习功能。随着人工神经网络技术的发展，神经网络被
14、广泛的应用于信号处理、模式识别的各个领域。神经网络是一个动力学非线性系统，网络的特性由网络的拓扑结构、 作用函数以及学习规则来决定。神经网络能够充分利用数据中的信息，并能够做出自适应的动态调整。前向网络中的网络和径向基函数网络都经常用来作为模式识别的网络。虽然网络广泛的应用于一些分类问题， 但是， 由于其采用反向传播算法，不可避免的存在训练时间长、 有局部极值的缺点， 这也使得很多应用受到限制。网络不仅具有良好的推广能力，而且计算量少，学习速率也比较快。所以，本文采用了网络应用于冰箱制冷性能质量检测中，试验效果令人满意。神经网络及其学习算法网络的拓扑结构, 此网络共三层。它具有很制冷性能质量检
15、测中，试验效果令人满意. 网络的拓扑结构，此网络共三层。 它具有很强的生物学背景，在人的大脑皮层区域中，局部调节及交叠的感受是人脑的反应的特点。基于感受野的摩擦功率小，压缩容积效率提高，所以整体效率下降很少。第三，在转速范围内， 压缩机存在一系列的共振点， 当压缩机运行在这些共振点时，振动会明显加大， 并且振动的加大会影响压缩机的效率。所以应该找出压缩机的共振点， 并在设计上避免压缩机运行在这些共振点上及其附近。在设计压缩机运行转速时，必须考虑润滑、共振和效率等诸多因素。6 结论实验结果显示，在使用无刷直流电动机驱动的变频冰箱压缩机比使用单相异步电动机驱动的冰箱压缩机效率提高1233r/min左右，在冰箱实际运行中，由于低转速运行减少压缩机开停次数即减少了压缩机启动带来的功耗，冰箱耗电量降低25%左右，节能效果明显。我国具有丰富的铁氧体资源，直流无刷电机控制和制造的渐趋成熟，人们对能效的重视，这些都为无刷直流电机驱动的冰箱压缩机的应用提供了有利条件。
