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变频空调的发展及其分类t文献综述

文献综述

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变频空调的发展及其分类

摘要

本文分析了变频空调出现的背景以及当前应用的变频技术，从不同角度与普通家用空调相比较，阐述了变频空调的优势。

并对变频空调的发展前景提出了一些建议。

关键词:

空调;变频技术;交流变频；直流变频；节能

ABSTRACT

ThearticleanalysistheBackgroundoftheInverterairconditionerandthetechnologythathavingbeendevelopedinnearlydecades,comparedwiththecommonhouseholdair-conditioningfromdifferentangles,ExpoundtheadvantagesoftheInverterairconditioner.GivingsomesuggestionsaboutthedevelopmentprospectsofInverterairconditioner.

KEYWORDS:

air-condition;Inverterairtechnology;ACinverter;DCinverter;EnergySaving

变频空调的发展及其分类

引言：

随着全球气候日益变暖,人们对空调的需求越来 越大,如何使空调系统在提高舒适性的同时又达到节 能的目的已经成为一个越来越重要的问题。

变频调速 技术引进到空调控制系统中就是解决这个问题的一种 途径,这样不仅提高了空调房间的舒适程度、减少了噪声,而且最重要一点就是能够达到节能的目的。

1变频技术出现的背景以及发展历程

能源危机提出节能要求

我国主要工业产品的能耗比世界先进水平高出 30％～90％，每万美元国内生产总值（GDP）耗能量为 t标煤，节约能源势在必行。

若在相关企业中应 用变频调速技术，可获得巨大的综合经济效益。

变频节能理论：

首先是电机效率高,交流变频采用三相电机,直流变频采用直流电机，效率高过普通的单 相异步电机.其次是避免了反复启动时的瞬间强电流.再次是由于温控比较精确，比设定温度过冷（过热的）程度有所降低,所以减少了不必要的浪费。

最后是在 接近设定温度时压缩机低速运转,做到了小压缩机与 大热交换器的理想匹配,制冷（制热）效率提高.[1]

要提 高变频（变转速）空调的省电性能，就要提高压缩机（电机）性能，如有些先进的空调采用新开发的磁阻式直 流电机等。

还要改进节流元件，如将控制冷媒流量由 恒定阻尼的毛细管改变为可变阻尼的电子膨胀阀。

要提高电能的利用率,使功率因数尽可能地接1，如变频空调从交流变频（PWM）直流变转速（PAM）.直流变转速的进化带来的好处之一就是提高了功率因数。

还在整 机设计上提高，尤其是制冷系统。

变频空调要比普通空 调省电,变频空调可以根据温度的变化调节电机频率， 不仅让房间保持恒温，还能节省电能。

同理,变频高压 设备根据生产工艺的需要，调节高压电机的转速频率，,从而节省电力。

[2-3]

空调控制系统亟需改进 

空调系统中的控制对象多属于热工对象,从控制的角度分析具有以下特点：

1.2.1多干扰性 

例如：

通过窗户进入的太阳辐射热是时间的函数, 也受气象条件的影响；室外空气温度通过围护结构对 室温产生的影响；为了换气所采用的新风,其温度变化 对室温有直接的影响；此外室内人员的变动,照明、机 电设备的启停,电加热器电源电压的波动以及热水加 热器热水压力、温度的变化,均随着建筑的构造、用途 的不同而异,更与空调本身有关。

如果不采用变频调速技术,那唯一的方法就是利用最大的耗能来换取理 想的控制状态,这就会带来干扰变动时控制的不理想以及能源浪费的问题。

1.2.2多工况性 

空调系统中对空气的处理过程具有很强的季节 性,一年中,至少要分为冬季,过渡季和夏季。

另外在 同一天中,夜晚和白天的空气工况也不完全相同,因 此空调对空气的处理过程也具有多变性。

多工况性的 特点就决定了空调的运行不能设定在某一不变的参 数,而这就要求空调的控制系统必须要灵活的动作来 适应变化的工况。

针对空调控制系统的特点,再加上电力、电子技术及微机控制技术的发展,变频器的应用日益广泛,因此在空调控制系统中采用变频技术也是不可避免的。

 这就给我们提供了一种既能达到控制要求，又能节约能源的方法。

变频空调是空调发展的大趋势，与普通空调相比，变频空调在舒适性、静音、恒温以及高效运转、延长使 用寿命等方面有显著优势。

当提高频率时，压缩机便高 速旋转，输出功率增大。

反之，降低频率时，压缩机的 输出功率减小。

因此，变频空调可根据不同的室内环 境状况，以最合适的输出功率进行运转。

而传统的定速 机种，则依靠其不断地“开、停”来调整室内温度，其一 开一停之间容易造成室温或冷或热，并消耗较多能量。

 变频空调则依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目 的，因而室温波动小，电能消耗少，其舒适度大大提高。

 而运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自 动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内 迅速达到所需要的温度并在低转速、低能耗下以较小 的温差波动，实现快速、节能和舒适的控温效果.[4-5]

变频空调技术在我国的发展历程

20世纪80年代的单转子压缩机时代

此类变频空调器采用交流变频,制冷剂流量调节方式采用毛细管,压缩机采用单转子交流变频压缩机。

这种空调器基本能体现变频空调器各种优点,而且 可靠性好。

缺点是：

节能效果较低,噪声和震动也较大这是变频技术应用于空调器后的早期产品，压缩机工作频率在30Hz～60Hz，制冷（制热）可控范围不大，电控与普通分体机功能相当，但性能却优于普通分体机，因而容易被市场接受而商品化。

当时日本国内有30%的变频产品属于此种类型。

由于那时是变频空调的初级阶段，存在耗能仍较高等缺陷.

20世纪90年代的双转子压缩机时代

变频空调器同样也是采用交流变频,不同 的是压缩机采用双转子交流变频压缩机,制冷剂流量 调节方式采用电子膨胀阀。

此类空调器变频范围更 宽,噪声和震动有所降低,节能效果明显。

工作频率在20Hz～130Hz的双转子压缩机给变频带来了技术上的革命。

制冷（制热）性能可控范围较大，电控功能采用了较高级的智能逻辑或模糊逻辑功能。

这种产品由于性能较单转子优越，而且压缩机和控制器成本较高，故整机成本较同类定速机高50%左右，故市场机会较少。

1.3.3直流变速时代（也称直流变频）

直流变频空调器,采用直流变频压缩机和直流风扇电机,调节方式是电子膨胀阀。

此类空调 器节能效果更高,噪声和震动达到了最低的水平,同时还没有交流变频的电磁干扰,是当前最先进的变频 空调器。

直流变速的出现是在原来双转子压缩机的基础上又吸收了现代科技，结合现在的数码科技使变频空调更加精确、更加节能省电。

[6-8]

2空调变频技术及其特点

根据空调器使用何种压缩机（交流变频压缩机还是直流变频压缩机）以及因压缩机的不同而带来控制器的变化，变频空调可以分为直流变频空调与交流变频空调。

  最初的变频空调为交流变频，当交流变频技术被厂商普遍掌握后，更为高端的直流变频开始走向市场。

直流变频空调与交流变频空调的区别在于使用何种压缩机以及因压缩机的不同而带来控制器的变化。

直流变频空调具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点，直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-30%，噪音低5分贝-10分贝。

但是，直流变频空调的成本要高于交流变频空调。

[9-10]

交流变频空调

基本原理

异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用而产生的。

定子绕组渡过电流时产生旋转磁场，在转子绕组内感应出电动势，因而产生了感应电流，该电流与定子旋转磁场相互作用，便产生了磁场力。

脉宽调制（PWM）：

在输出电压每半个周期内，把输出电压的波形分成若干个脉冲波，由于输出电压的平均值与脉冲的占空比（脉冲的宽度除以脉冲的周期称为占空比）成正比，所以在调节频率的同时，不改变脉冲电压幅度的大小，而是改变脉冲的占空比，可以实现变频也变压的效果。

这种方法称为PWM（PuleWidthModulation）调制，PWM调制可以直接在逆变器中完成电压与频率的同时变化，控制电路比较简单。

[11]

由于PWM调制输出的电压波形和电流波形都是非正弦波，具有许多高次谐波成分，这样就使得输入到电机的能量不能得以充分选用，增加了损耗。

为了使输出的波形接近于正弦波，提出了正弦波脉宽调制（SPWM）。

所谓SPWM调制，简单地来说，就是在进行脉宽调制时，使脉冲序列的占空比按照正弦波的规律进行变化，即，当正弦波幅值为最大值时，脉冲的宽度也最大，当正弦波幅值为最小值时，脉冲的宽度也最小（如下图所示）。

这样，输出到电动机的脉冲序列就可以使得负载中的电流高次谐波成分大为减小，从而提高了电机的效率。

SPWM波形的特点概括起来就是等幅不等宽，两头窄中间宽。

直流变频空调基本原理

基本原理

我们把采用无刷直流电机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。

无刷直流电机与普通的交流电机或有刷直流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永久磁钢构成，定子采用整距集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。

这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电机称为无刷直流电机。

无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火花可靠性差、寿命短，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。

所以,直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。

[12]

直流变频空调与交流变频空调的电控区别

交流变频空调的变频模块按照SPWM调制方法，通过三极管的通断，给压缩机三相线圈同时通电，压缩机为一三相交流压机。

直流变频空调的变频模块每次导通二个三极管，两相线圈通以直流电，驱动转子运转，另一相线圈不通电，但有感应电压，根据感应电压的大小可以判断出转子的位置，进而控制绕组通电顺序。

直流变频相比交流变频多一位置检测电路。

[13]

变频空调技术的优点[14-16]

传统空调压缩机依靠其不断地“开、停”来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。

变频空调则依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度大大提高。

运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度，并在低转速、低能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果。

具体优点如下：

2.4.1控温精确

 定速空调利用开停机来调节房间温度,控温范围 ±2℃左右,温度波动范围大,人们感觉不舒服,易 得“空调病”。

而变频空调，通过改变压缩机的转速来控制空调机的制冷（热）量。

其制冷（热）量有一个变化幅度，如36GW变频的制冷量变化为360-400W，制热量变化为300-6800W，变频空调在刚开机时以高速运转,当 房间温度达到设定温度后转为低频工作,温度控制精 确,控温范围±0.15℃,人们感觉舒服。

2.4.2制冷制热速度快、效果好 

当室温和凋定温度相差较大时，要达到设定温度,，定速空调一般要半个小时左右。

而变频空调一开机，即以最大的功率工作，使室温迅速上升或下降到调定温度，制冷（热）效果明显变频空调刚起动时以最大频率运转,一般在 130Hz以上工作,制冷制热十分强劲,几分钟内就可 达到设定温度,。

2.4.3节能省电

变频空调器采用模糊控制技术调节制冷（热）能力, 压缩机由于不停机而减少频繁启停造成的损失。

同时压 缩机刚启动时,采用低频启动,一般在20～30Hz之间, 从而降低了启动电流,减少了功率消耗。

然后很快 在低频状态转入高频状态,在很短的时间里达到室内 设定温度；然后压缩机在长时间处于低频工作范围内, 机组的功率降到最小,以保持室温。

另外，变频空调还 可以根据外界环境负荷的变化相应的调节压缩机的转 速来达到控制要求,这就避免了运行参数的单一化而 带来能源的浪费。

因此变频空调节能效果明显,比普通 空调节电20％～30％。

 目前我国空调市场保有率有8000台,变频空调 约占8%,据专家统计,家用空调年耗量为400亿 kW/h以上,如果选择可节能1/3的变频空调,每年可节电120亿kW/h,折合人民币50亿元。

2.4.4电压适应性强 

变频空调的电压适应性很强,工作电压在187～ 242V之间,这一点更适合在电网电压不稳定的地区 使用。

这是由于变频空调器采用自动控制技术对压缩 机输入电压进行自动调整,所以当电网电压偏高或偏 低时机组仍能正常工作。

2.4.5环境温度要求低

一般空调器,当室外气温低于0℃时,制热能力 大幅度下降,在-12℃时出力只有额定值的35％左右。

但变频空调则可根据室外温度的变化自动改变压缩机 转速,在室外温度低的情况下,通过提高运转频率, 达到提高制热能力的效果,在-12℃时出力可达到额 定值的70％左右。

2.4.6快速除霜

在低温的情况下,一般空调器室外 机除霜停机需5～15min,在此期间室内机停止供热。

而变频空调器则利用微处理器控制电子膨胀阀,除霜 时,电子膨胀阀全开,压缩机高速运转,利用压缩机排 气的温热除霜,从而实现不间断供热快速除霜。

2.4.7运行更稳定,寿命更长久 

定速空调靠开、停机来控制房间温度,频繁的开、停会对系统设备造成冲击,工作不稳定,压缩机寿命短,普通空调的使用寿命一般为8～12年;而变频空调利用低频运行来控温,开、停不频繁,压缩机和空调系统运行稳定,使用寿命长,一般为12～15年。

2.4.8开机软启动,安全可靠

 定速空调开机时启动电流很大,会对电网造成冲击,也会家里其它电器造成冲击;而变频空调开机电流很小,慢慢达到稳定工作电流,对电网的冲击小,也不会影响其它家用电器,安全有保障。

2.4.9噪声低 

变频空调器采用变频双转子压缩机和变频直流电 机,使压缩机从低速到高速都能平衡地运转,加之长时间的低频运转状态使室外机运转更加平稳。

室内机也 没有频繁启停的声音,同时风机的转速随着压缩机的工作频率可在多档范围内变化,从而实现整机的低噪 声运行。

再加上大部分时间是在低频段运转,故整机的噪声较低,比相同功率的定速空调要低2～3dB。

3变频空调的发展前景

变频空调具有发展前途

中国正进入高速发展时期，需要有大量的能源供应，而常规能源不可再生性和价格的飞涨致使我国面临能源危机。

再加上世界气候环境的日益恶化，2008年春节雪灾天气的警示，要求我们必须使用更多的节能环保设施。

而变频空调节能环保等诸多优点正是顺应了节能环保的发展趋势。

  此外，我们也可以从邻国日本的身上找到变频空调发展的足迹。

由于日本能源匮乏的国情所致，一直以来开发出更节能、控温更精确的空调节能新技术就成为日本空调技术发展的主导。

[19-21]

  1983年到1988年，日本变频空调就占据了1/3的市场份额。

到了2000年，日本变频空调的普及率已达到85%左右，其中直流变频空调的份额占到变频空调市场总份额的31%。

2003年，日本变频空调市场占有率达到95%。

其中直流变频空调的份额又占到了变频空调市场总份额的95%.

  由于日本是发达国家又是中国的邻国，在地理环境上中日两国都比较相近。

所以，变频空调在日本的发展状况在很大程度上将是变频空调在中国发展的写照。

由此，我们可以看出，变频空调在中国极具发展前途。

[24-25]

能级准入标准的提升为变频空调迎来发展契机

  上文分析为什么变频空调在我国的发展会进入怪圈时，提到过其中的一个原因是缺乏国家硬性政策的指导。

而国家相关部门正在酝酿提高空调能效准入标准，到2009年3月，定速空调入市门槛将由现行的的能效比提高到。

这意味现在的2级空调在一年后将成为入门级产品，现在的5级、4级、3级等大量低能效比空调将被淘汰出市。

  而参照我国上海第一部地方变频空调标准，变频空调5级能效比为，节能水平略优于能效比（现有2级）的定速空调。

国家能效准入标准的提升无疑会从侧面推动变频空调的发展，届时厂商很有可能会将更多的经历转向能效比更高的变频空调的研发推广中，从而为变频空调迎来发展契机。

变频空调的发展需要多方共同努力[26]

当然变频空调要走出“叫好不叫座”的怪圈，不是国家出台一个政策就有效的。

它需要多方面的共同努力。

  首先，海信应知道一己之力是无法形成变频化的，其规模和实力还不足以影响整个行业。

海信的变频推广手段和方法过于狭窄。

它早就应该组建变频推广联盟，先将变频蛋糕做大，再考虑分食。

其次，格力、美的、海尔三大主流品牌应该积极参与变频空调的研发与推广。

这样才能给行业内其他品牌形成竞争压力，营造出变频空调的研发推广氛围，开发出更多的新技术，减少对进口零件的依赖，这样才能迎来变频春天。

  其次，厂商应加大变频空调的宣传促销力度，让消费者真正的体验到变频空调的节能环保优势，并让利于消费者，使他们切实感受到买变频空调既节省了开支，又为环保节能做出了贡献。

4结束语

通过对变频空调方面的文献和书籍的阅读和研究，对变频空调技术的结构、控制等有了更深一层的了解，对本毕业课题的设计有了进一步的认识。

作为一名制冷专业的毕业生，希望在以后的工作中，可以设计出更节能和更舒适的变频空调。

参考文献

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[28]ASHRAEHVACSystemsandequipmenthandbook,Ch.36,AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirConditioningEngineers,Atlanta,1996

答辩申请书

尊敬的老师：

你好，经过了将近三个月的设计，我已经完成了如下工作：

1.室外机组总装图一张（A0）;

2.室内机组总装图一张（A0）；

3冷凝器图一张（A1）；

4.蒸发器图一张（A1）；

5.空调系统流程图一张（A2）；

6.空调电控图一张（A2）；

7.毕业设计说明书77页；

8.文献综述一篇（7000字）；

9.外文翻译一篇（5500字）；

10.中期自查表和开题报告表各一张。

现申请毕业答辩，请老师批准。

申请人：

年月日