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1、毕业论文电机变频调速系统在冰箱中的应用学 生 姓 名： 指导教师： 专业名称： 自 动 化 所在学院： 信息工程学院 2008年6月目 录摘要Abstract第一章 引言11.1 课题研究背景及意义11.2 变频冰箱国内外发展现状11.3 本课题的工作2第二章 变频压缩机系统介绍32.1 变频冰箱介绍32.2 变频压缩机的优点和分类52.3 变频压缩机的基本结构52.4 无刷直流电动机介绍62.5 无刷直流电动机的技术特点112.6 无刷直流电动机调速原理12第三章 无刷直流电动机控制器183.1 控制方案183.2 系统硬件设计193.3 软件设计25第四章 无刷直流电机在冰箱压缩机上的应用
2、294.1 无刷直流电动机的设计294.2 设计要点31第五章 结论33致谢34参考文献35摘 要上个世纪,我国生产的电冰箱绝大多数是定转速式电冰箱，由于它处于全天工作，功耗及噪声问题严重。而近几年压缩机采用了变频技术，起动时运行平稳，可以彻底消除起动噪声，节能效果明显。随着电力电子技术的发展，无刷直流电动机控制技术逐步成熟，为其应用于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的技术成为可能。本文重点介绍这种变频冰箱压缩机的工作原理及无刷直流电动机的结构。关键词：变频冰箱,压缩机,无刷直流电动机Abstract Last
3、 century, most refrigerators producted in China were fix-speed,because they work day and night, so the problems of power consumption and noise are serious. In recent years,the technology of frequency variety adopted in compressor, which makes the system operate stably, and can eliminate the noise wh
4、en starting, and can save more energy. With the development of power electronics technology, the brushless DC motor control technology is more mature, it builds a good foundation for adopting in the frequency refrigerator compressor system. In addition, competition in the market requires low consump
5、tion and energy, it makes brushless DC motors used in refrigerator compressors become possible. This article focuses on the frequency of the working principle of refrigerator compressors and brushless DC motors structure.Key words: Frequency variety refrigerator, Compressor ,brushless DC motor 第一章 引
6、言1.1 课题研究背景及意义 近些年来，国内经济增长势头迅猛，人民生活水平不断提高。但是在经济发展的同时，能源紧张的问题也逐步暴露了出来。对于居民日常生活来说，耗电主要来自于电视、冰箱、空调、热水器、电脑等家用电器,空调和冰箱的高耗电在居民生活用电中显得尤为突出，而冰箱又是一个需要每时每刻通电的电器。正是在这样的背景之下，提倡节能环保的变频技术被引入中国，变频冰箱应运而生，这也是社会新时代的需求和新技术的完美结合。变频技术不但给冰箱带来功能的增加, 性能的改善, 而且具有明显的节能效果和降噪效果, 同时使整机寿命较传统家电有明显提高。 在大容量冰箱以及多功能冰箱上应用变频技术更能体现其优势，因
7、为它是多功能的循环环境。优点主要有：在节能水平和自主性方面。变频技术应用可以满足冰箱多功能的需求，通过变频系统控制驱动压缩机，可以使压缩机在宽范围内变化，可以使压缩机的功率随着冰箱能量的需求，也就是负荷的变化实现最大匹配。尤其是可以减少起动时所带来的损失，实现高效率运行，显著降低冰箱的发电量。在降低噪声方面，采用了变频技术可以使起动时更加平稳，降低起动噪声。保鲜方面，采用变频技术，可以有效降低冰箱内的温度，保持室温恒定，保持恒定的低温水平，有效降低水果蔬菜的呼吸环境。1.2 变频冰箱国内外发展现状 根据冰箱厂的研究，压缩机COP值的提高对冰箱节能有直接的正比关系，是冰箱降低耗电量的主要手段。目
8、前，各冰箱压缩机厂家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，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，使得无刷直流电动机驱动的冰箱压缩机系统（又称“变频压缩机”）不仅高效，而且另外一个非常具有优势的特点是转速可调节
9、。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。1.3 本课题的工作由于变频冰箱静音、节能、保鲜等优点，变频冰箱已经成为冰箱高端市场的风向标以及众多消费者选购的主流。本课题针对变频冰箱节能、降噪、保鲜等一系列优点，对变频冰箱压缩机进行了深入研究，介绍了无刷直流电动机的结构和特点以及在变频冰箱压缩机中的应用原理与方法。本课题可以分为三个部分：第一部分论述了变频冰箱出现的背景
10、及意义，国内外的发展状况，以及变频冰箱的原理等。第二部分是论文的重点和核心，主要介绍了无刷直流电动机的结构和原理，并对其在变频冰箱压缩机上的应用进行了分析和设计。第三部分为总结、致谢及参考文献。第二章 变频压缩机系统介绍2.1 变频冰箱介绍 变频冰箱是将变频技术应用在压缩机上，通过压缩机转速的调节使冰箱在节能、保鲜、静音三大方面实现了质的飞跃。 变频冰箱相对于普通冰箱的箱内温差小，因此对食品保鲜更加有利；其次，当变频冰箱内存放食品过多、温差大、环境温度高时，变频冰箱要比普通冰箱增大制冷能力50以上，而这样快速的冷冻不会产生大的冰晶，有效阻止了食品细胞膜被刺破，这样一来，解冻后食品的营养汁损失率
11、就可有效减少50以上。同时，由于采用了变频技术，冰箱在开机、停机时转速可以平滑过渡，不会像普通冰箱那样瞬间实现。因而能够有效降低起停噪音。当机器处于正常运转时，噪音也能降低10以上。使人所能听到的噪音感觉降低50以上。2.1.1 变频冰箱的特点1 节能：由于冰箱大部分时间是在较轻的负载下运行，采用变频调速技术能使压缩机输出功率下降，提高了压缩机的运行效率，改善了能效比，其耗电量比同容积的普通冰箱降低约百分之三十。2 减少开停机次数：由于采用变频调速技术，能有效地应付轻负载，因而可以减少压缩机的开停次数，减少制冷剂压力引起的损耗。3 起动电流小：由于变频调速技术能使压缩机在起动时，选择较低的电压
12、及频率，有效地抑制了起动电流，降低了电网的冲击。4 运行更安静：变频冰箱的压缩机由于大部分时间在低速运行，噪声较低，故比普通冰箱的压缩机安静，稳定运行时噪声可达35dB以下；同时冰箱室内温度的波动也得到抑制，增加了舒适性。5 保鲜性更好：变频调速技术的应用使数字温控的优点得到充分发挥，能将食物贮藏温度精确的控制在最合理状态，使食物能更持久的保鲜。2.1.2 变频冰箱的工作原理及工作过程 变频技术实际包括两个方面，即变频压缩机技术及变频控制器技术。冰箱的主控板接到冷藏冷冻室反馈的温度、湿度等信息后将信号传给变频器，变频器对信息进行处理，其内部电路对电流进行交直流转换，再将转换后一定频率的电信号传
13、递给压缩机，压缩机电机依据输入电频率高速或低速运转，如此调节转速，电动机转速变化就会引起压缩机排气量发生变化，从而导致制冷量发生变化，适应冰箱温度变化要求。变频冰箱主要是通过变频技术来调节压缩机的转速,它通过提取冰箱各间室温度与设定温度的差值, 作为连续控制信号输入到变频器中,从而实现自动改变输出交流电频率的目的。这样, 在维持冰箱于设定温度稳定运转过程中,压缩机基本维持着连续的低速运转, 与传统依靠通断调节的定速机种相比,可明显延长压缩机的使用寿命, 从而达到节能、省电的目的,使冰箱处于最佳效率状态下运行。变频冰箱的变频调速控制系统由冰箱控制部分和变频调速部分组成。其中控制部分以含有微处理器
14、的电机控制器专用芯片为中心,由降压、整流、滤波、稳压、两室温度设定与显示、传感器等组成，变频调速部分由整流、储能元件、PWM驱动器、逆变器等组成。系统框图如图2-1所示：图2-1 变频调速系统框图压缩机压缩机 整流器储能元件逆变器220交流电源降压、整流滤波、稳压电机控制器（彼机处理器）PWM驱动器显示器两室温度设定传感器冰箱工作室分为冷藏室和冷冻室。变频冰箱使用了变速压缩机，该种变速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。这种可调速电机是无刷直流电动机，其工作转速在1600r/min到4000r/min之间，使得压缩机的制冷能力有很大的可调范围（1：2.5）。变频冰
15、箱的工作原理为：在冰箱工作室的温度与设定温度之差T较大时，压缩机以高速运转，以获得快速制冷的效果。随着温度降低，T小到一定范围时，压缩机以低速运转。当T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规律，变频压缩机在低转速时的效率也很好。220V的交流电源一路经整流器和储能元件等整流滤波成280V左右的直流电压，为逆变器能正常工作而产生交变电压提供直流电源；另一路经降压、整流等电路后得到一稳定的直流工作电压，为电机控制提供直流工作电源。当刚开机或开门放入较多食物时，冰箱内温度较高，微处理器发出满负荷运转信号，生成相应的PWM脉冲并送往PWM驱动器使逆
