調速技術在房間用空調壓縮機上的應用

劉鋼

【摘 要】伴隨著時代的發展，空調逐漸普及到家家戶戶，而空調對能源的消耗和環境的污染也隨之增加，也已引起了廣泛的關注，因此世界已將目光投向研究更加節能更加環保的新型空調的相關技術。本文將從多方面對該項新技術展開論述。

【關鍵詞】空調；調速技術；應用

0 前言

當下能源緊缺問題和環境污染問題的日益嚴重，世界各國都在使用各種手段來制止這種現象，就科技領域來說，以空調作為例子，這種現狀也迫使人類在產品的節能性環保性上下足功夫，更新更加優異的技術理論。下面筆者從空調的調速技術上介紹更為節能的新技術，希望對大家有所啟示。

1 功率因素校正技術

1.1 基本原理

對于傳統的單相電源系統功率因素可以將其定義為實際負載消耗的平均功率和實際測量到的視在功率比值。在一個線性周期中電壓的瞬時值和電流的瞬時值乘積對有效時間的積分就是有功功率的定義，或者稱之為平均功率。為了傳輸的電能不受損耗或者盡可能減少損耗，那么就必須保證輸入電流及電壓具備相同的相位和比例，就相當于將負載看成一個等效純電阻電路。如果兩者存在相位差，也可以通過利用電容的領先電壓相位特性將電容安置在電源內來彌補這種輸入電流及電壓的波形相位差。在根據空調調速技術中的功率因素校正技術所設計的電路運行過程中，當開關管on的時候，負載呈感性，反過來負載就只有容感，且呈容性。該電路中通常使用放電效率慢的大電容，其目的就在于讓負載跨接穩定的直流電壓。綜合上述，當功率開關管為on的時候，電感就會開始充電，輸入電流就會相應增大，相反輸入電壓會由于電容放電而降低；當功率開關管接通off時候，電感釋放能量，輸入電流顯然就會跟著降低，但是另一方面給電容充電而使其電壓升高，還會給負載供電。

1.2 具體特征

該技術以空調的調速技術為基礎，通過使用最新的控制芯片來開發功率因素校正電路的硬件和軟件，這項技術的基礎是根據嵌入式微控制器空調控制系統研制而來的。該技術使用了電流控制算法和占空比預測控制算法，通過使用雙端脈沖控制方案對空調系統進行必要的功率因素校正進一步縮小了空調的硬件電路長度。還通過抑制諧波改善功率因素，設計出了具備輸入電流為正弦波、諧波含量較低和功率因素高的高性能功率因素變化器。

2 矩陣變換器的研究

2.1 原理概述

矩陣變換器相當于永磁同步電機的電源，直接給其提供定子電流。該系統電路有三相輸入和三相輸出，并且每一相輸入與任意一相輸出之間都可以通過雙向開關來連接。矩陣變換器是由九個雙向開關組成的，可以分為三種接通方式。第一個可以用三個輸出端和一個輸入端相連接，對于這種連接方式，顯然各相輸出線電壓之間不存在電壓差，輸入電流和線電壓數值上均為零，各自成為零電流矢量和零電壓矢量。當開關這樣組合時，顯然矩陣變換器有三種零矢量狀態。第二種開關組合是兩個輸出端與一個輸入端相連接，這類組合形式共有十八中情況，例如輸入端a相一同接入輸出端的兩相，而這輸出端的兩相又可以進行排列組合，以此類推可得這十八種連接方式。第三類組合就是不同輸出端和任意的輸入端連接，按前述排列組合的方式也可以得到六種連接方式。綜上可知矩陣變換器共有二十七中開關組合，這些開關組合方式就是調速技術的某一項原理。

2.2 工作特點

矩陣變換器是基于矢量控制策略而構建的一種新型空調調速技術形式。該技術的應用使得空調在剛開機時處于低頻工作狀態，而后經過較短時間的熱身頻率逐漸升高到所要求的狀態，此時壓縮機高速運行。并且當室內溫度達到設定值之后壓縮機還保持工作狀態，這種控制方式的優勢就在于壓縮機不需要反反復復的開停機，在節能方面和室內舒適度方面都做到了很好的效果。

3 SVPWM算法的研究應用

SVPWM算法擁有快速運算和處理數據的能力，為了達到容量控制的目的，可以通過改變電源頻率來使得空調壓縮機電機轉速變化來實現。脈寬調制技術在電氣傳動領域有著廣泛應用。該算法控制技術通過三相對稱正弦波電壓進行供電，作為基準用的是三相對稱電機定子的理想磁鏈圓，并且用于追蹤基準磁鏈圓的是三相逆變器不同模式的實際磁鏈矢量。當逆變器適當適時的切換開關時，就會形成三相對稱正弦PWM波。這種技術通過建模演示發現實施起來很簡單很實用，及其便于微控制器實時控制。在分析該技術的PWM波形時，利用的是任何一個六邊形區域參考電壓矢量都可以通過相鄰思量或者零矢量來合成的空間矢量調制思想。該調速技術的優點有很多，例如轉矩脈動小、噪聲低和電壓利用率極高等諸多優勢。

4 矢量控制技術

4.1 原理闡釋

矢量控制技術在空調行業主要應用于永磁同步電動機上，這種驅動技術在當下有著廣泛的研究。矢量控制技術在這種類型空調壓縮機上借助電動機維持制冷劑在制冷系統內部循環，壓縮機充當一種交換冷熱源的工具。壓縮機分為傳統的定速壓縮機和新型矢量控制技術應用的變頻壓縮機。傳統型的壓縮機局限很多，不僅噪聲大、沖擊電流高，而且耗能極厲害。而新型技術下的變頻壓縮機又分為兩類，其中一類就是往復活塞式壓縮機。其作用原理就是根據矢量理論計算三相逆變器的開關時間，從而產生三相馬鞍形波作為高頻載波而獲得開關信號，接著來控制逆變器驅動電機產生實際磁通來無限逼近基準磁鏈圓。并且氣缸內氣體容積在活塞運動時做往復運動。

4.2 工作特點

該技術應用特點明顯，通過原理分析建立數學模型，可以看出該系統能夠平穩運行，靜態和動態特性明顯。系統的控制功能更加精確健全，能有效的控制空調的變頻，達到更高水平的舒適度，在節能減排上面也具備無與倫比的優勢。

5 初始模糊控制和壓縮機轉矩補償技術研究

變頻空調的模糊控制器的性能的好還是由模糊語言的規則的優劣所決定的，直接影響著整個控制系統的性能優良。合理優秀的模糊語言和科學的推力是確保模糊控制器工作高效的必要途徑。為了減少在系統參數和控制程序規范的認證工程中大量的物質浪費和研究時間，這就是要求模糊控制器的標準可以進行參數修改來適應不同的環境和控制對象。

對于壓縮機的轉矩補償在空調領域的應用，是解決傳統壓縮機在低頻運轉時由于轉子不穩定而導致的連接壓縮機盤管劇烈震顫問題的有效方式。通過矢量算法控制，在轉速比較緩慢時，調節達到預設轉矩電流。穩定下來的時候，在預設轉矩補償前先算出負載轉矩等相關參數值。還要通過施加和空調壓縮機轉速相同的轉矩作為補償，來響應轉矩電流的變化。這兩種技術都是目前受到廣泛推廣，在傳統空調調速技術上做出了大膽革新，使得國民生活生產因此而變得更加舒適便捷。以上所有相關空調調速技術簡要介紹希望能夠對研究者有啟示作用。

6 結語

伴隨著科技的發展，社會的進步，社會對于高耗能高排放有了愈加充分的認識，在節能減排工作上也是越來越重視。而對于國民生產生活中的高耗能高排放的家用電器空調來說，新型技術的開發研究勢在必行。而在空調的耗能上最主要的構建就是變速壓縮機，目前國內外對于壓縮機和變速技術的研究相當廣泛，并且不斷有新技術新產品誕生，新產品在成本上更加優惠便宜。由此可見，今后的更加先進的空調壓縮機驅動技術一定會朝著更加智能更加環保節能的方向邁進。

【參考文獻】

[1]李家朋，鄭存義.新型變頻空調器的研究和實驗制冷[J].1993（2）：1-7.

[2]于景暉.當今空調的發展趨勢[J].中國科技信息，2009，24：86.

[責任編輯：王楠]