《毕业设计（论文）冰箱变频控制器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）冰箱变频控制器设计（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的一项高新技术，它采用新型变频器，将50Hz的固定供电频率转换为30-130Hz的变化频率，实现电动机运转率的自动调节，达到节能和提高效率的目的。近年来，随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展平的提高，变频冰箱也开始成为潮流。PWM(Pulse Width Modulation)脉宽调制就是利用相当于基波分量的信号波对三角载波进行调制，达到调节输出脉冲宽度的一种方法，其PWM的调制方式分为同步调制与异步调制。直线电机驱动的压缩机简称直线压缩机，其主要是利用直线电机驱动技术驱动压缩机活塞作往复直线运动，其主要有以下特点： 1.不需要曲柄连杆机
2、构和机械传动系统，结构非常简单；2.活塞的驱动力始终与其运动方向保持一致，因此活塞不受侧向力作用；3.摩擦小，机械系统的能量损失非常少；4.容易实现无油润滑和气体轴承支撑；5.活塞行程不受机械系统的结构限制，通过变频控制可以使冷冻室的温度控制更加合理。当冷冻室需要制冷量比较大的时候，可以通过变频调控，使电机高速转动，就加强压缩机制冷；同理，当冷冻室制冷量比较小时，则使电机转速慢一些。就降低压缩机制冷。该系统具有控制精度高、性能可靠、省电等特点。关键词：变频；直线电机；脉宽调制ABSTRACTRecent yearsFrequency-conversion Technology bocomes
3、an advanced technology in design and application of household electric appliance in theworldItcantransform50Hz powerfrequency to mutative frequency from 30Hz to 130Hz SO that the movementFrequency of electromotor could be adjusted adaptivelyIn china,Frequency-conversion Technology is popular in air-
4、condition field firstly,Key words：Frequency-conversion；linear motor； Pulse Width ModulationXXXXXX第一章 绪论1.1 变频技术的发展变频技术，简单的说就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是把交流电变成直流电再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电再把交流电变成直流电。总之，这一切都是电能不发生变化，而只是频率发生变化。变频技术随着微电子学、电力电子技术、电子计算机技术、自动控制理论等的不断发展而发展，现已进入一个崭新时代，其应用也越来越普及。从起初的整流、交直流可调电源等已发展至高压直流输
5、电、不同频率电网系统的连接、静止无功功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储存等。在运输业、石油业、家用电器、军事等领域得到了广泛的应用。如超导磁悬浮列车、高速铁路、电动汽车、机器人；采油的调速、超声波驱油；变频空调、交频洗衣机、变频冰箱、变频微波炉；军事通信、导航、雷达、宇宙设备的小型化电源等。变频技术的发展除得益于微电子与电力电子技术以及异步电动机控制理论的发展，另一个巨大的推动力就是市场。一般占工业用电50一60的风机、泵与压缩机等通用机械上使用的变频调速装置，将节电30左右，因此有巨大的市场潜力。交流变频调速装置取代直流调速装置也已成为必然趋势。由于变频控制器销售量不断扩大，生产形成批量
6、，价格下调，相同容量的交流变频器与直流调速装置的价格已经接近，能为用户接受。而且在一些生产机械上使用变频调速已经成为机械更新换代的标志。变频技术的发展，大体可以从如下三个方面综述。(1)电力电子器件的更新变频控制器从采用晶闸半控器件到采用功率晶体管GTR全控器件，其输出波形从交流方波发展为脉宽调制PWM波形，大大减少了谐波分量，拓宽了电动机变频调速范围和减少了转矩的脉动幅度。(2)控制策略的发展第一代变频控制器采用的是压频比标量控制方式，它根据电动机等效电路确定的线性UF比进行变频调速。为提高低频时电动机产生的转矩，通常采用提升电压以及随负载变化补偿定子绕组压降的办法，可以拓宽变频调速范围至2
7、0：1左右。第二代变频控制器的主要特征是采用矢量控制方式，它将电动机的定子电流空间矢量分解为转子励磁分量与转矩分量。首先要控制励磁，所以又把矢量控制成为磁场定向控制。矢量控制的主要缺点是需要复杂的坐标转换运算以及需检测转速信号。因此，进一步提出无速度传感器矢量控制的方案，它根据电动机实际运行的相电压与相电流以及定转子绕组参数推算出转速观测值，进而计算出转子磁链与转矩电流的观测值，以实现磁场定向的矢量控制。(3)功能综合化新一代的变频器由于有功能很强的微处理器的支持，除能完成电动机变频调速的基本功能外，还具有自动加减速、节电运行以及过欠压保护和过流保护等功能。1.2 课题背景众所剧知，电冰箱是现
8、代家庭中必不可少的家用电器。而目前市售冰箱大多采用传统的机械式温控，控制精度差，功能单一，控制方式简单难以满足现代冰箱发展的要求。随着经济的发展和人民生活水平的进一步提高，人们对多功能化的发展要求越来越高。电子技术的高速发展，变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的一项高新技术，它采用新型变频器，将50Hz的固定供电频率转换为30-130Hz的变化频率，实现电动机运转率的自动调节，达到节能和提高效率的目的。据统计，我国家用冰箱在城市普及率达85，其电耗大约占居民总用电量的一半，据调查发现了这样两组数据：其一，未来15年内中国冰箱平均每年耗电将达到400亿度以上；其二，如果全部采用节能冰箱，
9、每年可节约的电力相当于葛洲坝水电站发电量的一半以上，在今后15年内至少将为国家节约100亿元的投资。这是两组无需任何说明的数字，推广节能冰箱的意义亦尽在此中。在此基础上，酝酿了数年之久的节能冰箱“新国标”家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级，终于2003年11月1日正式出台。“新国标”规定了电冰箱能源效率等级的判定方法，即依据电冰箱的实测耗电量和耗电量限定值，将电冰箱的能源效率等级由高到低分为1、2、3、4、5这样5个等级。并且明确表示，进入市场的每一款电冰箱产品即将被强制性粘贴家用电冰箱能效标识，用以标注能效等级等相关内容。 根据蒙特利尔协议，我国承诺2005 年在冰箱生产中停止使用氟里昂（
10、CFC）工质。由于得到蒙特利尔多边基金的支持以及企业自身的重视，这项工作进展顺利。中国家电协会有关人士称，目前正在执行中的“全球环境基金节能无氟冰箱的广泛商业化障碍消除项目”，在降低冰箱能耗方面起到了积极的促进作用，将从技术上提高冰箱的节能水平，扩大节能冰箱的市场供应。据国家环保局提供的数据，截止到2000 年底，我国已有15 家冰箱压缩机生产企业进行了CFC 替代技术转换，其中以R600a（异丁烷、2-甲基丙烷）为主要技术路线的有加西贝拉、黄石东贝及白雪等5 家，以R134a（四氟乙烷）为主要技术路线的有扎努西、万宝冷机、华意等8 家，恩布拉科雪花压缩机有限公司及无锡松下冷机压缩机有限公司两
11、种产品均可生产，尚未进行CFC 替代技术转换的企业总生产能力不到500 万台/年。统计表明2，冰箱用电大约占我国居民总用电量的一半左右，未来15 年内冰箱将消耗6010 亿度电，也就是说将增加5700 兆瓦的发电，消耗400 多亿元的投资。推广节能冰箱能促进冰箱在今后几年内平均每年节能增加20%，将少消耗1200 亿度电，相当于节能7170 万吨原煤，从而减排1.426 亿吨二氧化碳，对减缓全球气候变暖具有重要贡献。同时，这也使二氧化硫的排放也得到大幅度的削减，有益于地区环境的改善。随着我国签署蒙特利尔议定书以及加入 WTO，我国于2004 年底全面禁止使用CFCs(氟氯烃)工质，其替代品HC
12、FCs（含氢氟氯烃）也将不久的将来全面停止使用。为此国内外的冷冻空调研究人员对此进行了大量的CFCs 以及HCFCs 工质替代试验研究，但其中一些较有前途的工质(如R407C, R410A)属于非共沸混合工质，不但价格昂贵，而且必须严格防止泄漏；另外最重要的一点就是工质热力性质等综合性能较CFCs 以及HCFCs 工质降低，但这一点降低(哪怕1%)也将给广泛使用的标准制冷机配置带来诸多的问题，并消耗无数的电力资源。例如，日本从1996 年全面禁止生产CFCs冰箱，一般采用R134a 及R22(二氟一氯甲烷)替代CFC-12(氟里昂12)，为此冰箱制冷性能下降5%10%。目前正在广泛使用的电冰箱
13、、空调器是CFCs 工质替代首先冲击的目标，如何提高电冰箱、空调器等制冷机的能源效益是制冷界最紧迫的课题之一。由于改善制冷工质的热力特性及适用性能难以大幅提高制冷机的能源效益，因此通过改善压缩机性能来实现节能显得更加实际、更加可行。目前发达国家己经研制开发出了新一代制冷压缩机直线压缩机3-7，图1.1是美国SUNPOWER3公司开发的一种直线压缩机的结构示意图。这是一种活塞电机一体化设计的特种压缩机，其活塞用直线电磁驱动系统驱动做往复直线运动，因为不存在旋转运动以及将电机的旋转运动转变为活塞往复直线运动的转换机构，使得压缩机结构紧凑、体积小、能耗低、效率高。并且由于活塞的驱动力方向始终与其运动
14、方向保持在同一条直线上，因此活塞上没有侧向力的存在，这可以显著地降低活塞的摩擦损耗，从而延长压缩机的寿命。另外，该压缩机的活塞行程不受驱动系统的结构限制，可以“自由”移动，使得通过控制环路可以在线调节扫气容积来直接实现能量调节，从而达到节能的目的。直线压缩机与现有的家用旋转式往复活塞压缩机相比，效率可提高15%到25%4。据美国环境保护署(EPA)统计6，如果全美现有的冰箱都换成由直线压缩机驱动，那每年将节省12 亿美元。图 1.1 直线压缩机结构示意图: 图 1.1 直线压缩机结构示意图 第二章 动圈型直线电机数学模型的建立 2.1 直线压缩机介绍直线电机驱动的压缩机简称直线压缩机，其主要是
15、利用直线电机驱动技术驱动压缩机活塞作往复直线运动，根据所采用的驱动源直线电机的类型来划分，目前主要有直线同步振荡电机驱动的压缩机(简称电磁振动压缩机)、直线步进电机驱动的压缩机以及复合次级直线电机驱动的压缩机(简称直线电动压缩机)三种类型。其区别于传统往复活塞式压缩机主要有以下特点：1. 不需要曲柄连杆机构和机械传动系统，结构非常简单；2. 活塞的驱动力始终与其运动方向保持一致，因此活塞不受侧向力作用； 3. 摩擦小，机械系统的能量损失非常少；4. 容易实现无油润滑和气体轴承支撑；5. 活塞行程不受机械系统的结构限制，可以通过控制系统对压缩机的排量进行连续地调节。2.1.1 动圈型直线压缩机当电流通过动子绕组时，由于磁场的作用绕组会受到安培力的作用。如果电流是交变的，绕组上所产生的力也是交变的。动圈型(Moving Coil)直线压缩机正是利用了这一原理，图 2.1所示是该种压缩机的一种结构示意图。当交变的电流通过动子绕组时，绕组电流与气隙磁场相互作用，在绕组上产生交变电磁推力，从而使得动圈带动活塞作往复振动，完成压缩气体的工作。 图 2.1 动圈型直线压缩机
