錢大明

摘要：隨著世界能源問題的日益凸顯，節(jié)能環(huán)保成為越來越多人追求的生活方式。這其中，在家用電器中耗能較高的空調(diào)成為了研究人員關(guān)注的重點。隨著研究的逐漸深入，發(fā)現(xiàn)空調(diào)的變頻技術(shù)相比起傳統(tǒng)的定頻技術(shù)，具有能耗高、振動噪聲低、調(diào)速性能好、轉(zhuǎn)速范圍寬等優(yōu)點，因此需要進一步完善空調(diào)的變頻技術(shù)，而壓縮機作為變頻空調(diào)的主要耗能部件，也理所當然的成為研究人員的重要研究方向。本研究將針對變頻空調(diào)，首先介紹其發(fā)展概況、系統(tǒng)構(gòu)成及運行特點，再主要介紹變頻空調(diào)壓縮機的驅(qū)動技術(shù)。

關(guān)鍵詞：變頻空調(diào)；空調(diào)壓縮機；驅(qū)動控制

自從空調(diào)開始走進千家萬戶，有關(guān)改進空調(diào)的研究就層出不窮，而隨著節(jié)能減排逐漸深入人心，針對空調(diào)又有了新的研究方向——節(jié)能。在生活中，空調(diào)確實是主要的耗能電器。隨著變頻空調(diào)的普及，由于變頻空調(diào)中的壓縮機能耗高達80%-90%，因此如何減低壓塑機的耗能就成為研究人員的首要目標。而本研究中的壓縮機的驅(qū)動控制技術(shù)可以根據(jù)實際環(huán)境參數(shù)進行適時地調(diào)整，這樣不僅避免了傳統(tǒng)空調(diào)調(diào)溫的盲目性，讓人們能夠更舒適的享受空調(diào)帶來的便利，更有利于降低壓縮機電能的損耗，達到節(jié)能減排的目標。

1. 變頻空調(diào)的發(fā)展概況

雖然空調(diào)走進我國千家萬戶的時間不是很長，但實際上早期的簡單空調(diào)在20實際初就已經(jīng)問世了。但直到20世紀80年代初，變頻空調(diào)才被研究出來，但那時的變頻空調(diào)采用交流技術(shù)，受此限制變頻空調(diào)并未得到很好的普及。直到1998年直流變頻空調(diào)問世，變頻空調(diào)技術(shù)取得突破性進展。這之后，由于變頻空調(diào)相對于定頻空調(diào)顯著的優(yōu)點，很快占領(lǐng)市場，成為現(xiàn)代空調(diào)的主流。時代不斷向前推進，中國在海爾科技的領(lǐng)導下也于1998年生產(chǎn)了直流變頻空調(diào)，并在這數(shù)年間不斷取得突飛猛進的發(fā)展?，F(xiàn)如今，仍在為繼續(xù)研究更低耗能的空調(diào)而不懈奮斗。

2.變頻空調(diào)的系統(tǒng)構(gòu)成

作為家用空調(diào)，其構(gòu)成有十分常見的三部分：室內(nèi)機、室外機及遙控器。室內(nèi)機與室外機相連完整的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。這其中又可以細分為蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和四通閥這五個必不可少的部件。而每一部分各司其職，蒸發(fā)器能夠讓制冷劑與吸收的室內(nèi)熱量交換熱量，再通過室外機排除熱量；壓縮機就是將制冷劑所制造的低溫通過蒸發(fā)器后處理并輸送到室內(nèi)；冷凝器是將將氣態(tài)的制冷劑通過放熱的手段冷凝液化，相對于蒸發(fā)器與壓縮機而言是一個中介部件；節(jié)流裝置使液態(tài)的制冷劑在節(jié)流過程中少量汽化形成低溫蒸汽；最后的四通閥是將四部分溝通起來形成制熱循環(huán)，使空調(diào)能夠持續(xù)不斷的工作。而遙控器，顧名思義就是通過無線遙控調(diào)整空調(diào)運作。

3.變頻空調(diào)的運行特點

在直流變頻空調(diào)橫空出世前，交流變頻空調(diào)作為初代變頻空調(diào)，也為人們效力多年，直流變頻空調(diào)實際上基本已經(jīng)能夠體現(xiàn)變頻空調(diào)的優(yōu)點了，但它耗能較高，而且噪聲大、易振動，當然，造成直流變頻空調(diào)最受限的缺點在于它的可控制的范圍較小，這是由于其直流變頻空調(diào)的壓縮機頻率變化較小所導致的。而交流變頻空調(diào)在此基礎(chǔ)上努力克服了諸多缺點，噪聲小、振動幅度小、可控制范圍變大。不僅如此，在不斷的發(fā)展過程中，變頻空調(diào)在啟動后能夠越來越快速的達到設(shè)定溫度，最大限度保證用戶的舒適度；在運行過程中，多次的調(diào)整設(shè)定溫度也不會對電壓造成太大影響，最大限度保證用戶使用安全；即使如今的變頻空調(diào)以越來越低的頻率運行，但其始終能夠保證其控制的范圍，而降低頻率，也能夠相應的降低噪音，降低對電壓的影響?？傊覈冾l空調(diào)一直在向越來越好的方向發(fā)展，其特點也是不斷向全方位滿足用戶需求上靠攏。

4.變頻空調(diào)壓縮機的驅(qū)動技術(shù)

4.1驅(qū)動控制方式

從目前研究方向上，變頻空調(diào)壓縮機的驅(qū)動控制方式有兩種控制方式：其一是直接轉(zhuǎn)矩控制，這種方式在1985年被提出，是從原有的永磁同步電機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其目的是為了提高變頻空調(diào)壓縮機的驅(qū)動控制方式的有效性。其原理是將定子磁鏈估算作為磁場定向的核心，在通過控制磁鏈完成對目標的有效控制，并在原有基礎(chǔ)上估算出壓縮機系統(tǒng)內(nèi)部的運行速度，從而進一步精確控制范圍。直接轉(zhuǎn)矩控制在提高了變頻空調(diào)壓縮機的驅(qū)動控制的有效性的同時，卻并沒有很好的處理由此帶來的壓塑機系統(tǒng)運行時穩(wěn)定性下降的問題，不僅如此還造成了逆變器頻率不穩(wěn)定的缺陷。其二是矢量控制，這種驅(qū)動控制方式問世時間更早，早在1968年其理論構(gòu)架已經(jīng)基本完善，1971年實現(xiàn)系統(tǒng)化，但近年來我國專家在這方面屢有突破。這種驅(qū)動控制方式可以針對不同場合產(chǎn)生不同種形式，但本質(zhì)上來說都是在磁場的定向坐標系中，促使勵磁電流層與矩陣電流層分別產(chǎn)生磁通與轉(zhuǎn)矩，在通過正交解耦等一系列操作后實現(xiàn)對磁場的獨立控制。近幾年興起的新技術(shù)之一——永磁同步電機的正弦波驅(qū)動技術(shù)正是在此矢量控制原理基礎(chǔ)上孕育而生。同時，我國兩所知名大學教師在此驅(qū)動控制技術(shù)上也是有重大突破。

4.2位置估算技術(shù)

這種技術(shù)在近十幾年來發(fā)展勢頭強勁，尤其是在數(shù)字信號處理器問世后，無位置傳感器技術(shù)也步步高升，這是由于在變頻空調(diào)壓縮機中，永磁電機由于需要一直處于密封狀態(tài)，其運行時的溫度在此情形下能夠高達120攝氏度，再加上變頻空調(diào)壓縮機內(nèi)部其他復雜成分，就很難對定子電流與轉(zhuǎn)子磁極進行準確的位置估算，為解決這一問題，在此基礎(chǔ)上衍生出三種無位置傳感器控制算法。其一是基于磁鏈與反電動勢的位置估計方法，這種方法計算是最為簡單的，而且可以自行調(diào)節(jié)逆變器，但與此同時，缺點就是精度低且對電機參數(shù)過于敏感。其二是基于狀態(tài)觀測器方法，這種方法運用到了諸多類型的觀測器，在分別對應每種觀測器運用特定的估算方法進行位置估算。因此造成參數(shù)多，估算復雜的情況，容易間接造成誤差大的缺陷，不僅如此，這種方法的實時性、動態(tài)性都很強，若給予的速度范圍不夠大，那么就很難滿足變頻空調(diào)壓縮機系統(tǒng)運行的需求。當然，換言之如果給予的速度范圍夠大，那么這種方法就十分適合應付參數(shù)變化。其三是高頻信號注入法，這種方法操作簡便，但需要特殊電路來注入固定頻率的高頻電壓信號，以此獲取轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。這種較易操作的方法除了受制于特殊電路外還會帶來較大的噪音。

4.3轉(zhuǎn)矩補償

變頻空調(diào)壓縮機分為單轉(zhuǎn)子、雙轉(zhuǎn)子與渦旋式三種類型結(jié)構(gòu)。目前我國家用變頻空調(diào)的壓縮機普遍使用成本較低的單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，而當變頻空調(diào)壓縮機在低頻運行時，時常造成轉(zhuǎn)子速度在一個機械周期內(nèi)轉(zhuǎn)矩波動較大，這樣不但會形成噪音，對于變頻空調(diào)壓縮機系統(tǒng)本身的穩(wěn)定也有很大影響，因此在此情形下，研究得出可以通過矢量控制的方法，進行轉(zhuǎn)矩補償。若要實現(xiàn)這種方法操作，應當先在沒有進行任何轉(zhuǎn)矩補償?shù)那闆r下計算出相對偏移相位角度，然后在參考轉(zhuǎn)矩電流前疊加所計算得出的轉(zhuǎn)矩補償分量，這個分量的大小應當參考轉(zhuǎn)矩電流的大小，具體還要結(jié)合多次實際運行的振動效果來進行更加細致的調(diào)整，最后得出更加精確的數(shù)值。

5.結(jié)語

根據(jù)本文研究分析，變頻空調(diào)具有更加低耗能的特點，符合我國綠色發(fā)展需求。再加上相關(guān)國家標準的出臺，勢必將更多電器企業(yè)的目光吸引到如何研究更低耗能的變頻空調(diào)上。國家應當適當加大對變頻空調(diào)研究的扶持力度，更多的分配研究人員資金、人力投入，爭取使變頻空調(diào)能夠早日向更低能耗、更低噪聲、更小振動、更加智能方向發(fā)展。

參考文獻：

[1]徐暉，闕步軍，黃華東.淺談變頻空調(diào)壓縮機驅(qū)動控制技術(shù)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（11）：96-97.

[2]李鵬.變頻空調(diào)壓縮機的驅(qū)動控制技術(shù)研究[J].經(jīng)營管理者，2015（25）：396.endprint