防爆空調系統的介紹

整個系統分為室內與室外兩部分。室內部分以室內控制單元為中心,由遙控器、傳感器、風扇電機等組成,溫度和濕度數據及運行模式等信號通過傳輸線輸出給室外部分。室外部分以系統控制環節為中心,內有整流器、電流傳感器、變頻器、風扇電機等。
室溫傳感器裝在室內部分。控制部分根據傳感器輸送的有關信號進行變頻器輸出頻率的控制,若室內調節溫差大,則使輸出頻率增加,反之則降低。這種調節是自動的,而且能迅速地進行。
所有防爆空調器都要有完善的電氣控制系統,它包括開、停控制,功能選擇控制,安全保護控制?自動恒溫調節控制等。防爆空調器的所有動作都由電控系統來指揮。
我國生產的防爆空調器的電氣控制系統大都采用了集成電路元件,主要由微電腦來控制各 功能的選擇和操作,如自動恒溫操作控制、間歇開停除濕控制、經濟制冷控制、遙控功能控、熱泵自動融霜功能控制,以及其他的自動控制等。
防爆空調器的控制主要為溫度控制與風量控制,在應用變頻器以前,溫度控制一般是通過控制壓縮機的運行時間來控制空調的制冷溫度,通過控制風機的轉速快慢來控制風量。因此,應用變頻器來控制壓縮機電機以及風機的轉速,就可以很快地調整防爆空調的制冷溫度及風量。 應用變頻器調速可以方便地調節室內溫度,克服了應用時間繼電器調速帶來的被控溫度不準、壓縮機噪聲大、耗能大以及設備使用壽命短等缺點。變頻空調使溫度控制精度提高、壓縮機噪聲減小、節能以及延長設備使用壽命等優點。所以,防爆變頻空調一問世,便得到廣泛的 應用,成為新型節能電器產品。

變頻技術在防爆空調系統中的應用

防爆空調系統中采用變頻調速是近年來發展起來的新興技術,變頻器在空調中的應用充分發揮了變頻器節能、省電、噪聲低、延長空調使用壽命等優點。因此,變頻空調一問世,就得到了人們的喜愛和廣泛的應用,已進入住宅、辦公室、寫字樓等多種場所。空調器采用變頻 技術已是大勢所趨,今后應用變頻器控制的空調系統及空調器將不斷發展并占有越來越多
的市場份額。
防爆空調系統基本上是由制冷、通風、電氣控制三大部分組成。這三部分互相配合,共同完 成空氣調節的任務。本節主要針對電氣控制系統進行討論。
定速空調器使用開關控制方式,用鼠籠式電機帶動壓縮機來調節溫度,這種方式存在下列缺點:?
①由于安裝空調機的房間朝向不同以及樓層的不同,進行一年中最大負載的估算較難進行,因此防爆空調機的選用就可能不太合適。若空調功率選小了,則調節效果不佳,選大了,會造成成本的浪費。
②壓縮機電機的啟動電流大,因此電源容量的選定要比連續運行時需要的電源容量大。
③用開關方式控制空調機,溫度變化會出現明顯的波動,即室內溫度和濕度會發生波動,有不舒適感。?
④因為壓縮機轉速恒定,冷暖調節能力不能與外界環境溫度的變化同步,導致調節效果下降。

變頻器的選擇

選用變頻器要充分了解所用變頻調速的目的是什么,變頻調速系統應在何種場合使用以及負載特性的具體情況,并從輸出電壓、輸出頻率、容量、保護條件、u//(電壓/頻率)輸出模式、電網到逆變器的切換、瞬停再啟動等諸方面因素進行綜合考慮,進而選擇出符合要求的變頻器。
(1)輸出電壓?.
變頻器輸出電壓可按電機額定電壓選定。對于高壓電機,如3 kV級的高壓電機選配變頻器時,可選用變壓器進行電壓匹配。
(2)輸出頻率
變頻器的最高輸出頻率根據機種的不同有不同的值,最高頻率有50、60、120、200Hz等甚至更高。變頻范圍在0?50 Hz的變頻器,一般調速范圍在額定轉速之間,大容量通用變頻器均屬于此類。最高輸出頻率超過50 Hz以上的變頻器由于輸出電壓不變并為恒功率特性,要注意在高速區轉矩的減小。
進行頻率選擇時,可根據變頻器的使用目的所確定最高輸出頻率來選擇變頻器。

交、直流變頻的性能對比

??????? 變頻空調就是壓縮機運行頻率可以調節的防爆空調器,運行頻率高時,運轉速度快,制冷、制熱量大;運行頻率低時,運轉速度慢,制冷、制熱量小。變頻空調分為直流變頻空調和交流變頻空調兩種,其中交流變頻空調的壓縮機電機和風機電機均采用交流電機。直流變頻空調又分為1D和3D兩種,1D直流變頻空調僅壓縮機采用直流無刷電機,風扇采用交流電機,而3D直流變頻空調的壓縮機電機與風機電機均采用直流電機,目前大部分廠家所宣傳的全直流變頻空調即為3D直流變頻空調。
?????? ?在交流變頻控制中,輸出頻率和電動機負荷、電壓過高或過低都會降低效率。并且電壓高時可能產生過電流過大,太低時會有電動機停止運轉的情況。為防止其發生,有時用控制功率來調整電壓/頻率。另外交流變頻控制中,電動機轉速與控制頻率不同步,電動機實際轉速要稍低。?
??????? ?交流變頻異步電動機和直流無刷電動機均是靠電動機內部形成的磁力和線圈中的電流間作用產生的磁力運轉的,線圈中的電流在兩者中都是從外部流人,但內部磁通的形成方式都不同。交流變頻異步電動機的內部磁通也是由外部進人的電流形成的,這就必須有進人線圈與形成磁通的兩部分電流,而電流流動必定會因電阻等產生損耗,這就是效率低的原因。直流無刷電動機是由永久磁鐵生成內部磁通的,因此不需要外部能量供給,不會產生這一部分的損耗,因此效率高。
籠統地講,交流變頻空調器與直流變頻空調器中采用的壓縮機電機原理上都是定子產生一個不斷旋轉的圓形旋轉磁場,利用定、轉子磁場間電磁力相互作用產生的轉矩不斷推動轉子轉動。由于直流變頻中采用了無刷直流電動機,其轉子為永久磁鐵,不需要感應電流產生磁場,減少了損耗,因此效率較高。一般情況下較交流變頻省電約12%,如果轉子的磁體排列更科學,磁力線集中度更高,再加上采用含稀土欽的磁體,則可較交流變頻省電高達18%~20%。
?????? ?另外,因為直流變頻可以隨外界負荷的大小調節轉速,在原理上比負荷變化時壓縮機開停的交流變頻要節能。因此,綜上所述,直流變頻要比交流變頻省電。

變頻直流無刷電動機的工作原理

????? 在普通電刷電動機中,永久磁鐵是定子線圈是轉子,因此,要使用電刷換向。在直流無 刷電動機中,線圈是定子,永久磁鐵是轉子,可以通過功率開關政變線圈中電流的方向,實現無刷換向。
?????? 轉子(永久磁鐵)的位置檢測是利用感應電壓。所謂感應電壓和發電機原理相同,就是 如果磁鐵在線圈中轉動,線圈里產生電壓。由于此電壓的相位和磁鐵的位置有一定關系,測出它就知道了轉子的位置。
?????? 在直流無刷電動機中,由于迅速切換線圈中的電流方向,線圈端所加的電壓波形不像通常的交流電動機是正弦波,而是矩形波。
??????直流無刷電動機靠位置檢測電路測出電動機的轉子位置并相應輸出被形,為閉環控制方式。電動機的轉速是靠PWM改變輸出電壓而實現控制的:
?????施加給電動機的電壓一定時,電動機的輸出轉矩與轉速成反比,電動機以能產生和負載轉矩相平衡的轉速也增加,相反,如果降低電壓,轉速乾會下降,微電腦控制系統隨時測出轉速,調整控制電壓以達到希望的轉速,因為沒有像交流電動機那樣的轉差,電動機的轉速與變頻器輸出頻率相同。這是在2極的情況下,由于S縮機聽用的無刷電動機是4極的,所以變頻器頻率應是同轉速2極電動機的2倍。

防爆空調直流調速

?????? 直流調速即通常所說的“直流變頻”,盡管這一說法不很準確,考慮到習慣用法在此仍沿用這一說法。
????? ?把采用無刷直流電機驅動壓縮機的空調器稱為“直流防爆變頻空調”從概念上來說是不確切的,眾所周知直流電是沒有頻率的,也就談不上變頻,但人們已經形成了習慣。實際上,直流變頻空調其關鍵在于采用了無刷直流電機作為壓縮機,其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。交流防爆變頻空調的變頻模塊按照SPWM調制方法,通過三極管的通斷,給壓縮機三相線圈同時通電,壓縮機為一三相交流電機。直流防爆變頻空調的變頻模塊每次導通二個三極管,兩相線圈通以直流電,驅動轉子運轉,另一相線圈不通電,但有感應電壓,根據感應電壓的大小可以判斷出轉子的位置,進而控制繞組通電順序。直流變頻相比交流變頻多一位置檢測電路。
?????? 直流變頻壓命機轉子采用稀土永磁材料制作而成,可以通過改變送給電機的直流電壓 來改變電機的轉速,克服了交流變頻壓縮機的電磁噪音與轉子損耗,具有比交流變頻壓縮機效率高與噪音低的特點,直流變頻壓縮機效率比交流變頻壓縮機高10%~30%,噪音低5dB~10dB。但是,直流防爆變頻空調器的成本要高于交流防爆變頻空調器。大電動機的有效輸出轉矩略小,并且有輕微的電磁噪聲。用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)作逆變器件時,載波頻率15kHz,電流波形已相當平滑,高次諧波分量很小,故電動機的有效輸出轉矩大,基本無噪聲。

防爆變頻空調比一般空調省電

?????? 變頻空調啟動時對電路沒有大的電流沖擊
一般空調有2~3個電機,在啟動時電流較大,為額定電流的5~8倍,功耗較大。壓縮機的開停,將對電路造成一次次的沖擊。而變頻空調的頻率可變,設計上均為低頻率啟動,啟動電流一般為1~2A,對電路影響不大,在1min左右電流逐步升到額定值。如某變頻 空調機接通電源瞬間電流為4A左右,高頻全速工作時為6~7A。
?????? 變頻空調比一般空調省電
與定速空調器相比,變頻空調器的節能優勢表現在三個方面:
首先,變頻空調器很少停機,避免了定速空調器停機后系統高低壓之間的平衡以及重新 建立高低壓所消耗的無用功;以往對變頻空調器這方面的節能作用關注很少,多數情況下只 注意了下述兩個方面的節能。
其次,變頻空調器很少停機,避免了定速空調器頻繁開停機所造成的啟動損耗和對電網 的沖擊。
最后,隨著室溫度接近設定溫度,壓縮機運轉頻率將降低,當空調在維持室內設定溫度時,處于低頻低耗能工作狀態而不停機。如:某空調在低頻工作時僅耗電200W,有的甚至更低。避免了一般空調的頻繁啟動,沖擊電路增加功耗,變頻空調的耗電量僅為一般空調的2/3,“完全直流”空調較一般空調節電40%。這種情況下,制冷劑的流量較小,換熱器的面積相對變大,減小了傳熱溫差所造成的不可逆損失,空調器具有較高的 效率。

較好的舒適性

較好的舒適性
?????? 常規定速空調器一般采用開停機調節,以制冷為例,當室內溫度低于設定溫度后,空調 器停機,室內溫度緩慢上升,當它高于設定溫度一定值時,空調器重新開機進行降溫。這樣, 室內溫度始終在一定范圍內波動,隨著空調器的開機,停機,在室內的人員有忽冷忽熱的感 覺。而變頻空調器隨著室內溫度接近設定溫度,冷或熱負荷明顯減少,通過檢測,變頻器可 控制壓縮機在較低的頻率下轉動,以較小的制冷量或制熱量維持此溫度。由于變頻空調器 一般有較大的頻率調節范圍(15~150 Hz),可以保持不停機適應各種負荷要求。使用變頻空調器時內的溫度的波動AT變要遠小于常規定速空調的溫度波動 AT$從而具有較好的使用舒適性。

變頻空調器的技術特點

變頻空調器的技術特點
??????? 與常規定速空調器相比,變頻空調器具有以下幾方面的優點。
(1)較快的制冷或制熱速度
?????? 當室內實際溫度與人們所需要的溫度相差較大時(如空調器剛啟動開始工作時),空調器中的微電腦處理器通過檢測設定溫度值和實際室內溫度值之間的差值,指令變頻控制器以最高或較高的頻率輸出,使壓縮機高速運轉,以較大的制冷量或制熱量迅速調節室內溫度 使其達到設定溫度。
?????? 使用常規定速空調和變頻空調時室內溫度的變化對照曲線。從圖中可以 看出,變頻空調器的降溫速度大于定速空調器。

防爆變頻空調其他技術

???????? 防爆變頻空調器涉及的技術內容很多,如變頻控制器的設計(包括硬件電路設計和軟件編制)、風速和頻率的控制、壓縮機驅動電動機的選擇、節流機構的選擇、《冷系泛各參數的匹配、抗電磁干擾和電磁兼容等問題。變頻空調器壓^機電動機的調速方式有交流感應電動 機變頻調速和直流無刷電動機調速兩種;制冷劑流量的控制方式有電子膨賬閥節流、毛細管 節流和電子膨脹閥結合毛細管節流三種;壓縮機又有渦旋式、呈玲二弍轉子式幾種不同 的結構形3。?
(1)驅動壓縮機的電動機
?????? 防爆變頻空調器壓縮機的驅動電動機主要有三相交流感應電動機和直流無刷電動機兩類
當頻率發生變化時,定速空調器常用的單相電容電動機的感抗和阻抗對電動機特性不利,因而防爆變頻空調器多采用三相交流異步電動機。但由于感應電動機內部磁場的形成要靠外部供給電流,電流流過線圈時有損失,因而交流感應電動機的節能效果較差。隨著各種可關斷元器件的不斷開發成功和價格的相應降低,直流無刷電動機調速技術開始走出實驗室,成為了可以應用的產品。直流無刷電動機由無刷電動機本身、轉子位置傳感器和電子轉向開關組成。電動機中轉子的磁場是由永久磁鐵供給的,不需要外部供給能量,也不會有損耗。因而直流無刷電動機的效率比交流感應電動機的效率要高。直流無刷電動機調速的關鍵是要準確地檢測出轉子的位置,轉子位置的檢測一般采用霍爾(HOLE)元件,但帶霍爾元件的直流 電動機成本普遍較高。近年來發展起來的無位置傳感器的直流無刷電動機,以其調速技術高效、低噪聲、低成本等優勢受到了空調器生產廠商的喜愛。另外,開關磁阻電動機是20世紀80年代推出的變速傳動系統,由磁阻電動機和控制器組成,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。這種電動機的轉速在大范圍內變化時,其系統效率比交、直流調速系統都高,且啟動轉矩大,啟動電流小。但目前有關開關磁阻電動機的理論尚不夠完善,有待今后進一步研究解決。
??????? 目前,交流感應電動機的變頻調速技術在家用空調器上的應用已相對成熟,采用脈沖幅度調制(Pulse Width Modulation)技術的交流電動機調速系統,在性能上已經接近直流調速系統,在產品價格和穩定性方面,交流電動機具有明顯的優勢,因而交流電動機調速系統仍然是當今變頻壓縮機驅動電動機的主流。直流無刷電動機調速技術的應用則方興未艾,隨著電力電子技術的發展和各種可關斷元器件可靠性的提高和價格的逐步降低,直流無刷電動機調速技術高效、節能的優勢將進一步顯現出來。“直流防爆變頻空調器”目前是日本變頻空調器市場的主流,也將是我國防爆變頻空調器發展的方向。