变频技术在风冷冷水（热泵）机组中的应用
摘要：变频空调包括家用分体式变频空调、户用变频风冷冷水（热泵）机组、VRV变工质流量的空调机组。变频空调由于其节能性和控制的灵活性，越来越被人们接受。与普通定频空调机组相比，变频空调机组具有以下优点：1、节能；2、舒适；3、对电网冲击小。
一、引言
随着电力电子技术机微机控制技术的发展，变频器的应用日益广泛，其应用领域已从工业拓展到家电行业。各种变频空调应运而生，包括家用分体式变频空调、户用 变频风冷冷水（热泵）机组、VRV变工质流量的空调机组。变频空调由于其节能性和控制的灵活性，越来越被人们接受，其市场占有率将会越来越大。与普通定频 空调机组相比，变频空调机组具有以下优点：1、节能 由于压缩机工作频率连续可调，可根据设定温度、环境温度及时调节压缩机的频率，使系统工作于最佳状态，从而达到节能的目的。2、舒适 定频空调靠压缩机的开/停间歇性地工作来调节室温，往往使室温波动较大，而变频空调机组可灵活地改变压缩机运行频率，使室温维持在所期望的状态，达到舒适 的目的。3、对电网冲击小 定频空调由于压缩机频繁启动，对电网造成很大冲击，而变频空调机组很少启动，常是连续工作，对电网冲击小。由于压缩机连续工作，这样起动损耗大减，减少了 冲击机械磨损，同时也减小了起动噪音和振动。
二、 变频器的原理简介
根据普通交流异步电机的工作原理可知，电动机转子速度如下： n=60f/p，其中，n为转子速度，p为电机极对数，n为频率。由上式可知，改变交流电机的供电频率f就可以改电机的转子速度n。变频压缩机就是采用变 频器来改变电机的供电频率。
变频器常采用“交—直—交”的调速方式，如图1所示：
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AC DC AC AC
f1 f2
将工频交流电通过整流器变为直流电，再用逆变器将直流变为频率可变的交流电供给异步电动机。空调变频器通常采用脉冲宽度调制变频（PWM变频）方式，如图 2所示，逆变器一般用的是大功率晶体管（GTR）或可关断晶闸管（GTO）。将一个周期的逆变电压分割成几个脉冲，分配脉冲时使电源谐波成分尽量减少。改 变脉冲数和脉冲宽度，使供给电机的基波电压与频率成比例变化，频率越高脉冲数越少，与其他变频调速方式相比，此种方式有电源侧功率因数高、电机侧谐波成份 少、调速范围宽和响应快的特点。变频空调器广泛采用这种变频调速方式。简单的说，就是通过控制变频器开关元件的通断顺序和时间分配规律，在变频器输出段获 得等幅、宽度可调的矩形脉冲波。
如果控制开关元件的通断产生一组等幅不等宽的脉冲波形，则可使输出近似等效于正弦电压。如下图所示的正弦波，将其每半周划分为N等份（图中N=6），每一 等份的正弦电压与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲所代替。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形便与正弦波等效。
a）脉冲宽度调制变频调速线路图 b）PWM波形
三、空调用变频控制器
&n bsp; 空调变频控制器除了具备普通变频控制功能外，增加了空调控制电路，如多个温度点的测量，电流电压测量、风扇、水泵和四通阀的控制等，如图3所示。变频空调 控制器在实现普通空调功能的基础上，利用压缩机可以变频的特点增加了一些调控功能，如：
1、根据负荷变化，自动调节压缩机频率。
2、在恶劣工况下，通过压缩机频率调节，实现空调的正常运行，适用范围广。
3、由于控制的需要，室内外机需建立数字通讯，传送温度、状态信息。只要通讯协议上增加了主机的启停、变频、设定温度等命令，就可以实现远程控制。
4、在软件控制上，由于是针对特定的变频压缩机，其变频V/F曲线特性是固化在程序中。只是根据输入电压的变化，适当调节输出电压幅值。
5、室内温度控制，根据室内温度变化，采用模糊控制或PID控制算法，控制室外压缩机运行频率，自动调节制冷量，使控温更精确。在室内负荷较小时，利用压缩机低频运行，不仅可避免室外压缩机的频繁启停，并能明显节省电能。
图3 一定一变双压机变频空调控制器原理图
四、 变频风冷冷水（热泵）机组能量调节过程
户用中央空调主要用于别墅、多房多厅公寓场所。它一般由一台空调主机和多个末端（风机盘管）组成。空调末端的开关完全取决于户主的需要，全开和单独开一个 房间的空调末端，空调负荷相差非常大。这就需要户用中央空调主机具有宽范围的能量调节能力。传统的定频中央空调系统通过压缩机起/停控制实现能量调节，但 这种调节方式效果差，水温的波动导致房间温度控制精度低，一般精度只能达到2-3℃。而采用压缩机变频的能量调节方式，房间温度的控制精度能达到 0.5℃。
户用变频风冷冷水（热泵）机组通常采用一定一变双压缩机设计，即机组由一定频制冷系统和一变频制冷系统复合而成。如HLRD16/BP(制冷量16Kw) 采用的是一台3匹日立滚动转子变频压缩机和一台谷轮3P涡旋定频压缩机。空调负荷低时只有一台变频压缩机运行，其频率PID连续调节以适应空调负荷的需 求。空调负荷高时,定频压缩机投入运行。一定一变两台压缩机的设计可得到更大冷量范围的能量连续调节。如图4所示。
图4
户用变频风冷冷水（热泵）机组一般以水温作为控制目标。下面以制冷为例说明变频风冷冷水（热泵）机组能量调节过程。空调负荷增大，引起回水温度升高，控制 器根据水温的变化调高压缩机运行频率，机组制冷量随之增大，满足空调负荷增大的需求。如果变频压缩机运行频率已达到最高，回水温度仍然升高，定频压缩机将 投入运行，随后继续对变频压缩机运行频率进行PID调节。空调负荷减小，引起回水温度降低，控制器根据水温的变化调低变频压缩机的运行频率，机组制冷量随 之减小，如果变频压缩机频率已调到最低，水温仍然降低，将停止定频压缩机的运行，随后继续对变频压缩机运行频率进行PID调节。频率调节的目的就是稳定水 温，因此变频中央空调系统具有更高的舒适性。
五、 结论
将先进的变频技术，应用到风冷冷水（热泵）机组中，构成了一种节能、舒适的户用中央空调系统。随着变频技术的不断成熟，变频风冷冷水（热泵）机组将受到更多用户的青睐，其市场占有率将会越来越大。
