變頻技術(shù)在家電領(lǐng)域中的應(yīng)用

變頻技術(shù)在家電領(lǐng)域中的應(yīng)用

頻效機技術(shù)是通過控制電機的輸入頻率，改變電機轉(zhuǎn)速的技術(shù)?！白冾l空調(diào)”是一種比較傳統(tǒng)“定頻空調(diào)”的概念。眾所周知,我國的電網(wǎng)電壓為220V、50Hz,在這種條件下工作的空調(diào)稱之為“定頻空調(diào)”。由于供電頻率不能改變,傳統(tǒng)的定頻空調(diào)的壓縮機轉(zhuǎn)速基本不變,依靠其不斷地“開、關(guān)”壓縮機來調(diào)整室內(nèi)溫度,其一開一停之間容易造成室溫忽冷忽熱,并消耗較多電能。而“變頻空調(diào)”是通過變頻器改變壓縮機供電頻率,調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速,依靠壓縮機轉(zhuǎn)速的快慢達到控制室溫的目的,室溫波動小、電能消耗少,其舒適度有了較大的提高。顯然運用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào),可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運轉(zhuǎn)方式,使居室在短時間內(nèi)迅速達到所需溫度,并在低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)下有較小的溫差波動,實現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果,與固定速度的空氣壓縮機空調(diào)相比,變頻空調(diào)從啟動到預(yù)置溫度的時間縮短了約1/3,溫度穩(wěn)定性更高,功耗也有所下降。隨著世界范圍內(nèi)能源危機的到來,傳統(tǒng)空調(diào)器由于其運行效率低下正在逐漸退出市場,變頻空調(diào)器因為具有節(jié)能效果明顯的特點而大受市場的關(guān)注。為了讓消費者更好和更全面地了解變頻空調(diào),本文從變頻技術(shù)應(yīng)用的必要性及現(xiàn)狀、變頻空調(diào)的發(fā)展方向及如何理性認(rèn)識多功能變頻空調(diào)等方面做具體介紹。變頻技術(shù)應(yīng)用的必要性家用電器在21世紀(jì)初期的發(fā)展方向?qū)⑹枪?jié)能化、環(huán)?；?、智能化、信息化和個性化。從世界空調(diào)業(yè)的發(fā)展與節(jié)能效果來看,變頻化、環(huán)?；?、節(jié)能化是大勢所趨,變頻空調(diào)在節(jié)能、環(huán)保上的優(yōu)越性將讓消費者真正體會到其帶來的舒適的室內(nèi)環(huán)境。變頻技術(shù)的應(yīng)用是家用電器實現(xiàn)技術(shù)革新的必要途徑,變頻技術(shù)在家用電器未來的發(fā)展中將扮演著越來越重要的角色。我國空調(diào)業(yè)研究變頻技術(shù)始于1994年,首先在春蘭和海爾,后來有美的、海信、科龍和格力等,各大公司都十分重視變頻技術(shù)的研究和開發(fā)。它們引進日本的變頻技術(shù)的同時,積極開發(fā)和研制國產(chǎn)變頻空調(diào)器。變頻空調(diào)的核心是它的變頻器,變頻器通過對電流的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)頻率的自動調(diào)節(jié),把50Hz的固定電網(wǎng)頻率改為30~130Hz的變化頻率,由于變頻壓縮機轉(zhuǎn)速的變化與頻率成正比,因此通過變頻控制器變化頻率后,電機轉(zhuǎn)速隨之變化,從而制冷(熱)能力也發(fā)生變化。同時,由于采用了比較先進的變頻技術(shù),所以啟動時電壓波動較小,可以在低電壓和低溫條件下啟動,使電源電壓適用范圍達到142~270V,徹底解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定而造成空調(diào)器不能工作或難以啟動的難題。另外,由于實現(xiàn)了壓縮機的無級變速,變頻空調(diào)可以適應(yīng)更大面積的制冷、制熱需求,即制冷或制熱量較普通空調(diào)大得多。變頻空調(diào)每次開始使用時,通常是讓空調(diào)以最大功率、最大風(fēng)量進行制熱或制冷,迅速接近所設(shè)定的溫度,隨后壓縮機便以低頻率、低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)運轉(zhuǎn),僅以所需的功率維持設(shè)定的溫度,柔和送風(fēng)、低噪音運轉(zhuǎn)、保持房間安靜、溫度穩(wěn)定。這樣不但溫度穩(wěn)定,還避免了壓縮機頻繁地開開停停所造成的對壽命的衰減,而且耗電量大大下降,實現(xiàn)了高效節(jié)能,且用戶不容易患上“空調(diào)病”。由于變頻空調(diào)通過提高壓縮機工作頻率的方式,增大了在低溫時的制熱能力,最大制熱量可達到同品牌、同級別空調(diào)器的1.5倍。此外,一般的分體機只有四擋風(fēng)速可供調(diào)節(jié),而變頻空調(diào)器的室內(nèi)風(fēng)機自動運行時,轉(zhuǎn)速會隨壓縮機的工作頻率在12擋風(fēng)速范圍內(nèi)變化,由于風(fēng)機的轉(zhuǎn)速與空調(diào)器的能力配合較為合理,從而實現(xiàn)了低噪音的寧靜運行。此外,我們知道熱泵型空調(diào)器在冬天難以制暖,變頻技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用,是改善熱泵型空調(diào)器制熱性能差較為有效的辦法之一。實驗證實,變頻空調(diào)器在制熱運行時,盡管其制熱能力也會隨室外氣溫的下降而衰減,但這一幅度畢竟小得多。當(dāng)然,變頻空調(diào)在采用變頻控制元件和變頻壓縮機的同時,若同步采用電子膨脹閥作為節(jié)流裝置,可有效根據(jù)需要實時調(diào)節(jié)空調(diào)器的制冷劑流量,使空調(diào)始終發(fā)揮最佳效能。尤其在冬季低溫制熱性能的優(yōu)勢就能更充分地體現(xiàn)出來了。另外,化霜時房間溫度向下波動的問題在變頻空調(diào)器上也可得到避免和解決。采用電子膨脹閥節(jié)流的變頻空調(diào)器已能做到在不停止室內(nèi)機供熱的情況下進行室外機的化霜運行。變頻空調(diào)可以在較低的轉(zhuǎn)速下連續(xù)運行,由于低速小冷量運行時,冷凝器的換熱面積有較大的富余,充分的換熱條件使冷凝壓力下降,減少了壓縮機的功耗,從而能提高制冷系數(shù)COR值,因而可以達到省電的目的。但同時蒸發(fā)器的換熱面積同樣也有較大的富余,過度的換熱使制冷劑蒸汽的過熱度加大,進而降低了壓縮機的容積效率。兩者正負(fù)抵消,也就談不上低速運行能提高效率了。變頻空調(diào)真正能省電的地方在于它的連續(xù)運行,節(jié)省了定速空調(diào)頻繁啟動時的啟動電流。這個優(yōu)勢只有在連續(xù)運行一段時間內(nèi),才能體現(xiàn)出來。變頻技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展方向空調(diào)器的變頻調(diào)速技術(shù)主要由變頻器、微控制器、PWM的生成以及變頻壓縮機的電機等四個方面的關(guān)鍵技術(shù)組成。從第一臺變頻空調(diào)器誕生至今,變頻空調(diào)技術(shù)得到了充分的發(fā)展。變頻技術(shù)在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用,按壓縮機是采用交流還是直流馬達驅(qū)動方式來劃分,變頻空調(diào)經(jīng)過了交流變頻空調(diào)和直流變頻空調(diào)到全直流數(shù)字變頻空調(diào)等三個過程。其中交流方式的變頻控制過程是:50/60Hz交流電→直流電→交流電(30~120Hz)→交流壓縮機。交流變頻技術(shù)用于家用變頻空調(diào)中是較為成熟的技術(shù),由于變頻壓縮機實際上也是以電動機方式工作的,與工業(yè)電動機變頻無明顯差異,因此,空調(diào)變頻是工業(yè)變頻的延續(xù)。直流方式變頻控制過程是:50/60Hz交流電→直流電→直流壓縮機。這兩種方式比較起來,直流方式更先進,表現(xiàn)在更省電、運轉(zhuǎn)更寧靜和更強勁的制熱效果等而成為變頻空調(diào)采用數(shù)字技術(shù)發(fā)展的方向。全直流數(shù)字變頻空調(diào)是在直流變頻的基礎(chǔ)上,采用了先進的數(shù)字變頻控制技術(shù),實現(xiàn)了快速運算和高精度控制,改善了電流波形,運轉(zhuǎn)更平穩(wěn),噪音更低,效率更高(比交流變頻空調(diào)高出10%)。變頻空調(diào)的發(fā)展按壓縮機的自身結(jié)構(gòu)演變來劃分,經(jīng)歷了“單轉(zhuǎn)子變頻”、“雙轉(zhuǎn)子變頻”、數(shù)碼全直流變頻(無級調(diào)速數(shù)碼直流變頻)以及數(shù)字直流變頻空調(diào)等四個階段。變頻空調(diào)誕生于20世紀(jì)80年代,由于當(dāng)時采用的是單轉(zhuǎn)子壓縮機,所以又稱單轉(zhuǎn)子時代,單轉(zhuǎn)子壓縮機只有一個腔,所以只能有一個轉(zhuǎn)子,同時還要靠平衡塊來維持運轉(zhuǎn)時的平衡,由于平衡塊只能在一個轉(zhuǎn)速下維持平衡,不可覆蓋所有變頻范圍,所以變頻范圍受到一定限制。海爾于1993年從日本引進了國內(nèi)第一臺雙轉(zhuǎn)子變頻空調(diào),這是變頻空調(diào)發(fā)展的第二階段。“雙轉(zhuǎn)子變頻”空調(diào)與“單轉(zhuǎn)子變頻”的主要區(qū)別在于壓縮機的不同。雙轉(zhuǎn)子變頻空調(diào)是在單轉(zhuǎn)子變頻空調(diào)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高效空調(diào)產(chǎn)品,雙轉(zhuǎn)子變頻壓縮機主體部分是由沿軸對稱分布的兩個完全平衡的動轉(zhuǎn)子組成,兩個轉(zhuǎn)子運行時,無論動靜平衡都更加容易實現(xiàn);并且摩擦和沖擊力較小,與運轉(zhuǎn)頻率沒有很大的關(guān)系,目前正被廣泛地應(yīng)用。作為我國較早研發(fā)雙轉(zhuǎn)子變頻空調(diào)的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)的海信,目前已開發(fā)出了“小康變頻”、“經(jīng)典變頻”、“金領(lǐng)變頻”三大系列100多種雙轉(zhuǎn)子變頻空調(diào)以滿足市場多元化的消費需求,眾多型號及款式都因采用了國際進口的雙轉(zhuǎn)子高效變頻壓縮機而廣得推崇;由于產(chǎn)品性能大大提高、噪音更低、制冷(熱)速度更快、更加省電而引起了市場的廣泛關(guān)注。從1999年開始,通過對“雙轉(zhuǎn)子變頻”空調(diào)技術(shù)的開發(fā)和最新數(shù)碼技術(shù)的利用,海爾成功開發(fā)出了全直流變頻空調(diào)與無級調(diào)速數(shù)碼直流變頻空調(diào),與過去的交流變頻空調(diào)相比,全直流變頻技術(shù)更加精確,也更加省電。進入2000年后,海爾又將直流變頻技術(shù)與PAM(脈沖振幅控制)技術(shù)或與DSP(數(shù)字信號處理器)結(jié)合,推出了全直流數(shù)字變頻空調(diào),使變頻空調(diào)進入了第四階段也就是目前的最高領(lǐng)域,這種空調(diào)采用了數(shù)字直流壓縮機。其獨特優(yōu)點在于它摒棄了普通變頻空調(diào)壓縮機原有的“交流電壓-直流電壓-交流電壓-變轉(zhuǎn)速方式交流電機”的循環(huán)工作方式,采用先進的“交流電壓-直流電壓-變轉(zhuǎn)速方式數(shù)字電機”控制技術(shù),減少電流在工作中的轉(zhuǎn)變次數(shù),使電能轉(zhuǎn)化效率大大提高,使用壽命更長,能完全實現(xiàn)超靜音運轉(zhuǎn),更加節(jié)能。全直流數(shù)字變頻空調(diào),作為全直流數(shù)字變頻空調(diào)的心臟—直流無刷電機壓縮機具有顯著的節(jié)能、低噪音和優(yōu)良的調(diào)速性能等特點。由于傳統(tǒng)的直流電機壓縮機需用轉(zhuǎn)子位置檢測控制器給定繞組供電的逆變器換相,這對降低家用電器的成本、縮小裝置的體積、提高空調(diào)運行可靠性均是不利的,需要無位置傳感器的直流無刷控制系統(tǒng)。現(xiàn)在,有些空調(diào)企業(yè)已經(jīng)推出用于電機調(diào)速的DSP數(shù)字信號處理芯片,以其結(jié)構(gòu)緊湊、使用簡便、可靠性高、功能強和成本低等優(yōu)勢而被空調(diào)企業(yè)所采用。例如美的推出的“數(shù)智星”、“變頻雙子星”等系列全直流數(shù)字變頻空調(diào)就是采用了DSP變頻控溫技術(shù)與先進的AVPWM(空間矢量脈沖寬度調(diào)節(jié))控制技術(shù),在全面提升整機控制反應(yīng)速度與功率因素的基礎(chǔ)上,精確控制溫度波動的大小,另外室外機采用了電壓補償,能使系統(tǒng)在150~250V的超寬電壓和超寬溫度范圍內(nèi)運行自如;室內(nèi)風(fēng)機、壓縮機轉(zhuǎn)速采用PI閉環(huán)控制,使系統(tǒng)運行平穩(wěn),振動小、噪音低,有效地避免了普通空調(diào)忽冷忽熱的不適感,充分享受恒溫的舒適,使空調(diào)營造房間貼近自然的仿生環(huán)境。隨著多種品牌的全直流數(shù)字變頻空調(diào)批量步入社會,標(biāo)志著我國家電企業(yè)的空調(diào)產(chǎn)品真正步入數(shù)字化技術(shù)新時代。全直流數(shù)字變頻空調(diào)由于實現(xiàn)了壓縮機的無級變速與先進的數(shù)字處理技術(shù),更適應(yīng)較大面積的制冷、制熱需求,因此智能變頻集中式中央空調(diào),也受到了大型賓館、商廈及政府機關(guān)辦公場所的青睞,成為商用建筑的首選。其實,智能變頻集中式空調(diào)目前在西方發(fā)達國家已被普遍采用,它集中了家用空調(diào)和中央空調(diào)的優(yōu)點,在節(jié)能方面較前兩者有很大的突破。目前,全直流數(shù)字變頻技術(shù)在全世界也是最先進的空調(diào)技術(shù),海爾、格力、美的在這方面無疑均走在時代和行業(yè)的前列。為了實現(xiàn)國產(chǎn)變頻空調(diào)的升級換代與發(fā)展,采用PAM控制方式、PAM加PWM(脈沖寬度控制)方式、SVPWM(空間矢量脈沖寬度調(diào)節(jié))方式及模糊控制技術(shù)的數(shù)字直流變頻空調(diào)器將成為近期變頻空調(diào)的發(fā)展主流,以提高空調(diào)器變頻驅(qū)動系統(tǒng)的運行性能、變頻空調(diào)器的能效比、優(yōu)化變頻控制器的參數(shù)以及變頻空調(diào)的信息化作為變頻技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向,最終研制出信息化的家用空調(diào)器。客觀、理性地認(rèn)識多功能變頻空調(diào)近些年來,家用空調(diào)的生產(chǎn)廠家為了在激烈競爭的市場上站穩(wěn)腳跟,都使出了渾身解數(shù),在變頻空調(diào)器上附加了多種功能,如干燥防霉、智能抽濕、多重過濾、吸附異味、殺滅細(xì)菌、甲醛克星除臭、產(chǎn)生有利于健康的負(fù)離子、低溫等離子消煙除塵、HEAP酶殺菌,還有光觸媒和冷觸媒等。其中:HEAP酶殺菌技術(shù),對于0.3微米或以上的粉塵(煙霧、花粉、灰塵等)吸附率可達99.9%,對枯草菌、結(jié)核菌、大腸菌等有害細(xì)菌具有高效殺菌能力,一般細(xì)菌24小時死亡率高達99.99%。對霉菌的生長也有很強的抑制作用。冷觸媒技術(shù),是采用一種低溫低吸附的材料LTG-M2觸媒,根據(jù)吸附-催化原理,在常溫下就能對甲醛等有害物質(zhì)邊吸附邊分解成二氧化碳和水,清除室內(nèi)甲醛等有害物質(zhì),還能殺菌、抗菌及抑制微生物的繁殖生長。這種觸媒不需要再生,也不需要更換,使用壽命長達十年以上。光觸媒技術(shù),是采用光觸媒(主要成分是活性碳、酸化酞、陶瓷纖維等組成的一種催化劑,以靜電纖維紙漿做成的網(wǎng)為載體)吸附空氣中由絕緣材料、膠合板、地毯、油漆、粘合劑等揮發(fā)出的甲醛、苯、酮、氨、二氧化硫等有害氣體,并能清除室內(nèi)的香煙霧、飯菜味、體臭等異味。這種物質(zhì)使用一段時間后,需要在強烈的紫外線照射下,將吸附在觸媒網(wǎng)上的有害物質(zhì)徹底分解成二氧化碳和水,從而恢復(fù)其吸附性。體感溫度控制技術(shù),是通過裝在遙控器上的感溫元件,感知室內(nèi)人們活動范圍的溫度,并將信息發(fā)射到主機接收器上,使主機隨時調(diào)整運行狀態(tài),實現(xiàn)真正的體感溫度控制。人感控制技術(shù),是利用雙紅外感應(yīng)器探測人的方位,自動調(diào)節(jié)送風(fēng)方向(左送風(fēng)、中送風(fēng)、右送風(fēng)或全方位送風(fēng)),風(fēng)隨人行?？陀^地講,變頻空調(diào)中的這么多附加功能,只能對室內(nèi)空氣的清潔與室內(nèi)空氣品質(zhì)的提高起到不同程度的改善作用,而絕非像廣告宣傳中講的那樣神奇。但這些附加技術(shù)若能在空調(diào)器產(chǎn)品中真實運用,必將會提高產(chǎn)品性能,滿足人們對健康舒適的要求?？陀^評價變頻空調(diào)器的優(yōu)勢1.制冷(制熱)迅速變頻空調(diào)器可根據(jù)房間內(nèi)溫度情況及人體需求,開機后高頻率運轉(zhuǎn),制溫速度快,運用獨特的“高效”功能,達到設(shè)定溫度的時間約為同功率定速空調(diào)的1/3。2.控溫精確,溫度恒定——控溫精度是定速空調(diào)的4倍左右變頻空調(diào)運行的頻率連續(xù)可調(diào),可精確地控制房間內(nèi)的溫度,房間內(nèi)溫度可控制在±0.5℃以內(nèi),溫度波動小,使人體舒適;定速空調(diào)器控溫原理是(制冷為例):當(dāng)?shù)竭_設(shè)定值時,壓縮機會停機,當(dāng)溫度又上升到一定程度時,壓縮機再開機運轉(zhuǎn),壓縮機時開時停,會造成房間溫度的劇烈波動,房間內(nèi)溫度可控制在±2℃以內(nèi),忽冷忽熱,這也是傳統(tǒng)空調(diào)造成空調(diào)病的一個主要原因。3.適應(yīng)范圍寬變頻空調(diào)的壓縮機在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速下都能正常工作,所以壓縮機性能優(yōu)異,適應(yīng)范圍寬。特別是低溫制熱性能,變頻空調(diào)可以提高運行頻率而從室外吸熱,一般在低溫-15℃可以啟動制熱,有的甚至可以達到-18℃(如海信KFR-4001GW/ZBP),制熱效果與正常效果相比下降約20%~30%,但低溫啟動的特點對于冬天寒冷的地區(qū)還是實用的;而定速空調(diào)一般在-8℃以下壓縮機就難以啟動,并且即使可以啟動,制熱效果也很差。另外,由于變頻空調(diào)軟啟動,不需要頻繁啟動,對啟動電壓要求不高,適應(yīng)電壓范圍大,一般在150~250V,這對電力相對較為緊張的地區(qū),變頻空調(diào)的優(yōu)勢是明顯的。而定速空調(diào)一般適應(yīng)于187~242V的環(huán)境,適應(yīng)范圍只是相當(dāng)于變頻機的1/2(不同空調(diào)數(shù)據(jù)可能存在差異)。4.強力除濕變頻空調(diào)由于能自動調(diào)節(jié),可以自動在合適的功率和風(fēng)速下工作,正好符合除濕的工作要求,除濕能力極強,約為同功率定速機的1.5倍。變頻機的除濕原理為控制器控制壓縮機以適合的頻率運轉(zhuǎn),充分使房間內(nèi)的水蒸汽凝結(jié)成水排出房間,并能維持房間內(nèi)的溫度,溫度波動性小;而定速機的除濕原理主要是依靠壓縮機的間歇運轉(zhuǎn),空調(diào)器蒸發(fā)器的溫度變化劇烈,除濕的效率低,并且除濕的有效時間少。5.可靠性高,壽命長變頻空調(diào)器,一旦開機,可長期低功率平穩(wěn)運轉(zhuǎn),沒有頻繁起停對壓縮機和系統(tǒng)造成的影響,延長了壓縮機及系統(tǒng)的壽命。6.節(jié)能變頻空調(diào)器的節(jié)能分兩個方面,第一是降低了開關(guān)損耗,普通空調(diào)器每次開關(guān)維持房間溫度的損耗,每一次壓縮器的開關(guān)就造成一分鐘滿功率的能量損耗,消耗是非常大的。變頻空調(diào)不存在正常的開關(guān),所以大大節(jié)省了開關(guān)的損耗。第二,變頻空調(diào)器低頻的高效。節(jié)能主要取決于制冷系統(tǒng)的設(shè)計與配置,視其系統(tǒng)制冷系數(shù)的大小而定。至于是否省電,要視使用時間長短而定。如果空調(diào)長時間開啟使用,相對于同樣時間使用定頻空調(diào)的耗電量是要小很多。變頻空調(diào)在剛開機時內(nèi)由于室溫與設(shè)定溫度溫差較大,以較大功率高頻運轉(zhuǎn)快速進行調(diào)節(jié)制冷,因此剛開機的一段時間,耗電量較大;所以對開空調(diào)的時間不長或斷斷續(xù)續(xù)開機的用戶來說變頻空調(diào)是不省電的。挑選變頻空調(diào)注意的問題目前我國的空調(diào)市場已全面進入了變頻消費時代,但是受核心技術(shù)和企業(yè)實力的限制,市場上真正的變頻空調(diào)僅有少數(shù)幾個品牌。因此,消費者在選購變頻空調(diào)的時候,切莫被廠家鋪天蓋地的廣告宣傳所迷惑,更不要被它們?nèi)A麗的技術(shù)概念、夸大其辭的銷量、促銷員的完美說辭沖昏頭腦,拿不定主意時可向有關(guān)部門及專家請教,以確保精心挑選的變頻空調(diào)能夠在省電、降噪、環(huán)保、舒適性方面實現(xiàn)真正意義上的“變頻”革命。挑選時要注意以下四個問題:1.是不是成熟的變頻產(chǎn)品目前國內(nèi)市場上的變頻空調(diào)技術(shù)差距甚遠(yuǎn),工藝制造水平參差不齊,這就決定了空調(diào)品質(zhì)的優(yōu)劣。根據(jù)國內(nèi)變頻空調(diào)發(fā)展的特點和各企業(yè)的實際運行狀態(tài)來看,挑選變頻空調(diào)首先看它是不是一件成熟的產(chǎn)品,即是不是解決了變頻壓縮