請選擇:
請輸入關(guān)鍵字:
變頻空調(diào)壓縮機及變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀
變頻空調(diào)壓縮機及變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀 摘要 本文介紹了三種常見制冷用變頻壓縮機的發(fā)展和技術(shù)現(xiàn)狀,并從逆變器,微控制器,PWM波的生成方法以及變頻壓縮機所用電機等4個方面對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行了探討。 關(guān)鍵詞 變頻壓縮機 變頻調(diào)速系統(tǒng) 技術(shù)現(xiàn)狀 1 引言 由于傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)采用定速壓縮機,因此人們對制冷系統(tǒng)及壓縮機的研究重點一直是在名義工況和額定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)態(tài)工作時的效率和其它工作特性上。傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)采用定轉(zhuǎn)速壓縮機,實行開關(guān)控制,利用壓縮機上附帶的鼠籠式電動機驅(qū)動壓縮機,從而調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度。這種控制方式使蒸發(fā)溫度波動較大,容易影響被冷卻環(huán)境的溫度。壓縮機電機在工作過程中要不斷克服轉(zhuǎn)子從靜止到額定轉(zhuǎn)速變化過程中所產(chǎn)生的巨大轉(zhuǎn)動慣量,尤其是帶著負荷啟動時,啟動力矩要高出運行力矩許多倍,其結(jié)果不僅要額外耗費電能,而且會加劇壓縮機運動部件的磨損。另外這種運行方式在啟動過程中還會產(chǎn)生較大的振動、噪聲以及沖擊電流,引起電源電壓的波動,因此應采用變頻壓縮機替代定轉(zhuǎn)速壓縮機,從而避免這種頻繁的起停過程。 而變頻調(diào)速技術(shù)主要由以下4個方面的關(guān)鍵技術(shù)組成:逆變器,微控制器,PWM波的生成以及變頻壓縮機的電機選擇。 2 三種變頻壓縮機的研究狀況 針對變頻壓縮機的研究,是從往復活塞機開始的,但由于其往復運動的特點,影響到變頻特性的發(fā)揮;從而轉(zhuǎn)到滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機、渦旋壓縮機等回轉(zhuǎn)式壓縮機上來,大大提高了壓縮機的性能?傮w說來,實驗研究居多,而理論分析較少。 2.1 往復式活塞壓縮機 日本東芝公司在1980年開發(fā)了往復式變頻壓縮機,又在1981年開發(fā)了轉(zhuǎn)子式變頻壓縮機,文獻[1]給出這兩種機器的制冷量和總效率隨頻率變化的實驗數(shù)據(jù),從中可以看出往復式在頻率為25~75Hz時,效率高;而轉(zhuǎn)子式在30~90Hz時,效率高。并且兩種機型均存在效率最高頻率。在大于此頻率時效率緩慢降低,小于此頻率時,效率則下降很快。另外,Scalabrin測量一臺可變速的開啟式往復壓縮機在不同轉(zhuǎn)速下的制冷量和輸入功率,他指出這臺壓縮機的容積效率在轉(zhuǎn)速為1000rpm時最高,而等熵效率和制冷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的降低而增高[2]。Krueger討論了BPM電機及變頻器的設(shè)計,對轉(zhuǎn)速在2000~5000rpm的冰箱和往復式壓縮機進行了實驗研究,得到壓縮機的轉(zhuǎn)速為3000~5000rpm時制冷系數(shù)最高;而文獻[3]則給出了其對冰箱用往復式壓縮機的性能試驗和模擬計算結(jié)果,在其研究的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)2000~4000rpm,制冷系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增加而降低。還有學者對往復式變頻壓縮機的熱力性能進行了仿真研究,計算了壓縮機內(nèi)各部位的換熱量和壓力損失。 2.2 滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機 在1984年,日本東芝公司的Sakurai和美國普渡大學的Hamilton建立了簡單的滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機的摩擦損失模型[4],并選取不同的邊界摩擦系數(shù)和制冷劑在油中的溶解度計算了不同的轉(zhuǎn)速下的摩擦功耗。其結(jié)果與實驗值相比較,偏差較大。文獻[5]敘述了日立公司1983年批量生產(chǎn)的變頻轉(zhuǎn)子壓縮機在結(jié)構(gòu)和材料上的改進。文獻[6]研究了單缸和雙缸轉(zhuǎn)子壓縮機的轉(zhuǎn)速波動,討論了電流頻率減小時,壓縮機性能降低的原因。文獻[7]采用低密度和鋁合金制作的滑片和轉(zhuǎn)子以降低高轉(zhuǎn)速時滑睡瑟轉(zhuǎn)子間的接觸力和轉(zhuǎn)子軸承承載。文獻[8]簡單分析了適當降低滑片的質(zhì)量和厚度可以提高變頻轉(zhuǎn)子壓縮機的效率,并給出了氣缸、轉(zhuǎn)子和滑處的溫度及應力分布的有限元分析結(jié)果。Liu和Soedel分析了變頻轉(zhuǎn)子壓縮機的吸氣和排氣氣流脈動[9,10]和吸氣管氣缸間的傳熱及壓縮機的溫度分布[11],討論了影響變頻轉(zhuǎn)子壓縮機容積效率和氣缸壓縮過程效率的因素,給出了他們用計算機模擬計算出的在不同轉(zhuǎn)速下的容積效率和壓縮過程效率,從實驗數(shù)據(jù)和文獻[1]的實驗可以看出,其計算的容積效率隨轉(zhuǎn)速的增大而很快的增大。 2.3 渦旋式壓縮機 渦旋式壓縮機的原理早在1886年意大利的專利文獻[12]論及到了,1905年法國工程師Creux正式提出渦旋式壓縮機原理及結(jié)構(gòu),并申請美國專利[13]。渦旋式壓縮機是一種新型的容積式壓縮機,具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、可靠性強、噪聲低等特點,尤其是用于變頻控制運行。但由于沒有數(shù)控加工技術(shù)和缺乏對軸向力平衡問題的妥善解決方法,因而長期未能完成其實用化。進入70年代,美國A.D.L公司完成富有成效的研究,首先解決了渦旋盤端部磨損補償?shù)拿芊饧夹g(shù)。并在此基礎(chǔ)上與瑞士合作開發(fā)了多種工質(zhì)的渦旋式壓縮機樣機。渦旋式壓縮機的真正規(guī)模生產(chǎn)始于日本。1981年日本三電(SANDEN)公司開始生產(chǎn)用于汽車空調(diào)的渦旋式壓縮機,1983年日立公司開始生產(chǎn)2~5Hp用于房間空調(diào)的渦旋式壓縮機。此外,在美國,自Copeland公司1987年建立渦旋式壓縮機生產(chǎn)線推出其產(chǎn)品后,Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分別設(shè)廠生產(chǎn)高質(zhì)量的渦旋式壓縮機。而變頻渦旋壓縮機已應用于柜式空調(diào)器上,節(jié)能效果明顯,制冷系數(shù)提高20%左右,成為目前渦旋壓縮機的一個研究熱點。 3 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 變頻調(diào)速技術(shù)適應于節(jié)能降耗和舒適性的要求,目前已應用于新一代的空調(diào)器上,在90年代初進入國內(nèi)空調(diào)市場,其核心是:逆變器、微控制器、PWM波的生成和變頻壓縮機的電機。 3.1 逆變器 變頻空調(diào)的核心部件是變頻器,其主要電路采用交-直-交電壓型方式。交-直過程一般采用單相二級管不可控直接整流,直-交過程一般采用6管三相逆變器,另有一個輔助電源,一個逆變器控制器和相應的驅(qū)動電路。 早期的變頻器采用分立元件構(gòu)成,整流器采用單相倍壓整流電路,逆變器由6只分立的功率晶體管(GTR)構(gòu)成。這種電路復雜,可靠性差。目前大部分廠家采用的逆變橋由6個絕緣柵極晶體管(IGBT)組成,其綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點,開關(guān)頻率高、驅(qū)動功率小。隨著智能功率模塊(IPM)技術(shù)的發(fā)展應用,IPM正在逐步取代普通IGBT模塊。由于IPM內(nèi)部既有IGBT的棚極驅(qū)動和保護邏輯,又有過流、過(欠)壓、短路和過熱探測以及保護電路,提高了變頻器的可靠性和可維護性。另外,IPM的體積與普通IGBT模塊不相上下,價格也比較接近,因此目前應用較為廣泛。比較成功的產(chǎn)品如:日本三菱電機公司所生產(chǎn)的PM20CSJ060型以及日本新電元公司生產(chǎn)的TM系列IPM模塊等。 功率因素校正(PFC)環(huán)節(jié)和逆變橋集成是新一代的空調(diào)器逆變電源技術(shù)。PFC技術(shù)的應用不但可以極大改善電網(wǎng)的工作環(huán)境,減少輸電線的損耗,而且在變頻工作時可以減小輸入端電感和輸出端電容器,減小模塊體積。因此PFC環(huán)節(jié)和IPM逆變橋集成一體化是家用空調(diào)器發(fā)展的必然。 3.2 微控制器 微電子技術(shù)的發(fā)展使變頻調(diào)速的實現(xiàn)手段發(fā)生了根本的變化,從早期的模擬控制技術(shù)發(fā)展數(shù)字控制技術(shù)。目前國外一些跨國公司的微控制器產(chǎn)品占據(jù)著主要的市場,如:Motorola公司的MC68HC08MP16、Intel公司的80C196MC、三菱公司的M37705等。這些公司的產(chǎn)品性能價格比較高、功能強大,如帶有A/D轉(zhuǎn)換器、PWM波形發(fā)生器、LED/LCD驅(qū)動等,且一般都有OTP產(chǎn)品以及功耗低可長期穩(wěn)定的工作。微控制器目前主要由單片機向DSP(信號處理器)過渡。以目前應用比較廣泛的TI公司的TMS320C240為例,其具有:50Ns的指令周期,544字的RAM,16K的EEPROM,12個PWM通道,三個16位計數(shù)器,兩個10位A/D轉(zhuǎn)換,WATCHDOG,串行通訊口,串行外圍接口等,采用DSP,可使控制電路簡單,而且控制功能強大。 3.3 PWM波的生成 在家用空調(diào)器中,目前國內(nèi)大部分廠家采用常規(guī)的SPWM方法,在國外,在部分廠家以采用磁通跟蹤型SPWM生成方法,該方法以不同的開關(guān)模式在電機中產(chǎn)生的實際磁通去逼近定子磁鏈的給定軌跡—理想磁通圓,即用空間電壓矢量的方法決定逆變器的開關(guān)狀態(tài),以形成PWM波形,該方法電壓利用率高,低頻諧波轉(zhuǎn)矩小,頻率變化范圍寬、運行穩(wěn)定,具有比較好的控制性能。近期出現(xiàn)的PAM控制(Pulse Amplitude Modulation)不采用載波頻率進行整流,而直接改變電壓,減少了整流所需的能耗,提高了變頻器的工作效率,滿足了節(jié)電和降低高次諧波的要求,使供暖能力得到提高。 3.4 變頻壓縮機的電機 變頻壓縮機電機主要分為交流異步電動機和直流無刷電動機兩種。目前國內(nèi)一些大的壓縮機生產(chǎn)廠家如:萬寶、松下、上海日立、東芝萬家樂等已有能力生產(chǎn)變頻壓縮機(包括交流機和直流機),交流電動機成本低,制造工藝簡單,但其節(jié)能效果較差。直流無刷電機拖動由無刷電機本身,轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換向開關(guān)組成。轉(zhuǎn)子磁極為永磁體,電樞繞組采用自控式換流,定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁極同步旋轉(zhuǎn),通常采用按轉(zhuǎn)子磁場定向的定子電流矢量變換控制,既有普通直流電機良好的調(diào)速性能和啟動性能,又從根本上消除了換向火花、無線電干擾的弊端,具有壽命長、可靠性高和噪聲低,控制方便等優(yōu)點。以1998年三菱電機公司開發(fā)的適用于空調(diào)壓縮機的節(jié)能高效直流無刷電機為例,其具有:轉(zhuǎn)子上安裝了8塊V字型永久磁體。磁體為埋入式,轉(zhuǎn)子不會在不銹鋼外殼中因渦流因而產(chǎn)生損耗;采用了新的壓縮機電機驅(qū)動方式,效率比普通的無刷電機高,但是這種壓縮機電機的價格較高。 開關(guān)磁阻電動機(SRM)是80年代新推出的變速傳動系統(tǒng),由磁阻電動機和控制器組成,是新一代機電一體化產(chǎn)品。該電機結(jié)構(gòu)十分簡單,但是比普通磁阻電動機多了轉(zhuǎn)子位置檢測器(一般為光電檢測),總體上比較流異步電動機簡單、堅固和便宜,又因為繞組電流是直流脈沖,只需整流,無需逆變,所以控制電路簡單。目前有關(guān)SRM的理論尚不夠完善,低速時,轉(zhuǎn)矩有些脈動,噪聲和震動較大,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度不夠高等,有待今后進一步研究解決。 值得注意的是,國外針對變頻空調(diào)器重新設(shè)計了壓縮機,把電機從傳統(tǒng)的單相電容電機改進為三相交流電機,以具有良好的調(diào)速性能。為了適應國內(nèi)目前大量生產(chǎn)和使用的傳統(tǒng)壓縮機的變頻調(diào)速。有必要開發(fā)出單相電容電機的變頻器。
|
 |
文章標題 |
相關(guān)內(nèi)容 |
|
1
|
艾雷斯IPC在平衡機中的成功應用
|
艾雷斯IPC在平衡機中的成功應用 一、產(chǎn)品概述及應用 構(gòu)件在運動過程中都將產(chǎn)生慣性力和慣性力矩,這必將在運動副中產(chǎn)生附加的動壓力,從而增大構(gòu)件中的內(nèi)應力和運動副中的摩擦,加劇運動副的磨損,降低機械效率和使用壽命。消除慣性力和慣性力矩的影響,改善機構(gòu)工作性能,這就是研究....
|
詳細
|
2
|
PC在程控鋸切機中的應用
|
PC在程控鋸切機中的應用 鋸切機是甘肅豐收機械廠LGJ32型冷彎成型機組中的重要設(shè)備,其功能是保證冷軋機連續(xù)軋制型材或焊管的情況下,將型材切割成要求的長度,且保證具有規(guī)定的定尺精度。目前,我國型材、焊管及不銹鋼管等生產(chǎn)廠家,大多采用繼電器邏輯控制的機械式劇切機,接線復雜,聯(lián)鎖繁....
|
詳細
|
3
|
油田抽油機的變革—IMS系列油田抽油機伺服調(diào)速節(jié)能控制柜
|
油田抽油機的變革—IMS系列油田抽油機伺服調(diào)速節(jié)能控制柜 概述 目前,在我國各油田的抽油機總數(shù)已超過10萬臺,是各油田的主要耗能設(shè)備。按每臺電機容量30KW(實際上不止于此,在油田使用最多的是37KW和45KW電機,部分使用....
|
詳細
|
4
|
變頻調(diào)速控制在擠出機中的應用
|
變頻調(diào)速控制在擠出機中的應用 一、導言 近年來,隨著電子設(shè)備信息化的發(fā)展,作為物理傳輸介質(zhì)的各種熱敏性聚合物加工需求也越來多,如PVC電纜料,PE硅烷、過氧化物交聯(lián)電纜料,PE交聯(lián)屏蔽線等。 生產(chǎn)這些聚合物的關(guān)鍵是擠出機。擠出機也隨著越來越高的時效性生產(chǎn)要求....
|
詳細
|
5
|
MICROMASTER MM420 在材料處理上的應用
|
MICROMASTER MM420 在材料處理上的應用 ---- 許多MicroMaster變頻器被應用在較大易碎的薄板材料的處理上。系統(tǒng)由PLC通過數(shù)字量和模擬量控制。額外有一個繼電器控制直流制動。 優(yōu)點: 變頻....
|
詳細
|
6
|
康沃變頻器在拉絲機中的應用
|
康沃變頻器在拉絲機中的應用 一、引言 拉絲機是電線電纜行業(yè)主要加工設(shè)備之一,主要是將銅線加工成各種規(guī)格細線,一般由放線、水冷、收線及排線等部分組成,其中電氣傳動部份主要由放線電機和收線電機及排線電機實現(xiàn)。隨著變頻技術(shù)的不斷推廣,變頻器正日益被用于拉絲機....
|
詳細
|
7
|
S7-200和MM440在鋼絲/鋼管復繞生產(chǎn)線上的應用
|
S7-200和MM440在鋼絲/鋼管復繞生產(chǎn)線上的應用 S7-200和MM440在鋼絲/鋼管復繞生產(chǎn)線上的應用 摘要 在鋼絲/鋼管復繞生產(chǎn)線中,收線電機控制整線速度,排線電機自動跟蹤收線速度,放線電機控制張力。 關(guān)鍵詞: 收線速度控制 線徑控制....
|
詳細
|
8
|
沖床改造項目介紹
|
沖床改造項目介紹機床類型:數(shù)控沖床 ----控制方式:凸輪方式 ----制造廠商:德國HAAR公司 ----原機床控制系統(tǒng):SIEMENS工控機 ----現(xiàn)機床控制系統(tǒng):SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)&n....
|
詳細
|
9
|
MicroMaster變頻器應用在較大易碎的薄板材料的處理上
|
MicroMaster變頻器應用在較大易碎的薄板材料的處理上 - 許多MicroMaster變頻器被應用在較大易碎的薄板材料的處理上。系統(tǒng)由PLC通過數(shù)字量和模擬量控制。額外有一個繼電器控制直流制動。 優(yōu)點: •&n....
|
詳細
|
10
|
MICROMASTER 420 材料處理應用
|
MICROMASTER 420 材料處理應用 ---- 許多MicroMaster變頻器被應用在較大易碎的薄板材料的處理上。系統(tǒng)由PLC通過數(shù)字量和模擬量控制。額外有一個繼電器控制直流制動。 優(yōu)點: 變頻器直接控制電子機械制動器確保....
|
詳細
|
216條記錄 1/22頁 第頁 [首頁] [上頁] [下頁] [末頁] |
注意:網(wǎng)站查詢并不一定完全準確,使用請先核實!
理工論文分類