在家用電器中應用變頻技術及前景

　　變頻技術主要包括直-交變頻、交-直變頻、交-交變頻和直-直變頻四大類，而目前家用空調的變頻技術主要為直流變頻和交流變頻，其中直流變頻空調選用直流數字變轉速壓縮機;交流變頻空調選用交流變頻壓縮機，兩者的區別在于前者僅需一次電壓轉換，因此相對于后者的二次電壓轉換，其省電率更高。變頻技術在家用空調中的運用具有節能、降噪、調溫和保持室溫恒定的優點，深受人們青睞。據此，下文首先介紹變頻空調的特征，并在此基礎上，討論變頻控制器，最后對家用變頻空調的發展提出展望。

　　關鍵詞：家用空調,變頻技術,變頻空調

　　一、變頻空調的特征

　　變頻空調的特征主要表現在運行效率、運行功用和節能環保等方面：

　　(一)溫度調節有效。以制冷調節為例。室內溫度每下降0.5℃，變頻空調的運轉頻率便下降1檔;室內溫度每上升0.5℃，變頻空調的運轉頻率便上升1檔。換而言之，室內溫度與變頻空調的運轉頻率呈正相關，以實現快速制冷和減小室內溫度的波動值。

　　(二)高效節能。家用變頻空調在維持室內溫度恒定時采用低頻，則無需頻繁開啟壓縮機，因此其節電效果非常好，約為普通空調的30%。需要強調的是，在節能方面，家用變頻空調通常與熱負荷、制冷量等參數有關，即當壓縮機長期在高頻狀態下運轉時，家用變頻空調的耗電量將超過普通家用空調，因此應選擇正確的容量。

　　(三)電壓適應面寬。通常情況下，當電壓<180V時，普通家用空調的壓縮機無法啟動。與此相比，家用變頻空調支持低頻啟動，其中最低啟動電壓為150V，而運行電壓介于160-250V之間。

　　(四)超低溫制熱。當環境溫度為0℃時，普通家用空調實際上毫無制熱效果。與此相比，即使在低溫環境下，家用變頻空調同樣支持高頻運轉，其制熱量約為普通空調的3-4倍;當室外溫度降至-10--15℃時，其依然可以正常工作。

　　(五)快速制冷制熱。在人多時、室內外溫差大時或開機時，家用變頻空調皆支持高頻強勁運轉，且僅需3-5min，便可改變室內溫度約10℃，耗時約為普通空調的1/3。除上述幾個方面以外，家用變頻空調的特征還表現在適應負荷能力強、啟動電流小、除霜/濕功能好、運轉噪聲低等方面。總之，與普通家用空調相比，家用變頻空調的綜合性能更高、更優，完全符合時展的需要，值得推廣應用。

　　二、變頻技術在家用空調中的運用

　　變頻技術在家用空調中的運用主要表現在變頻控制器上。變頻控制器主要由控制回路和主回路組成。主電路通常采用“交-直-交”的電壓型方式，其為電力變換部分，主要為調頻調壓提供電源。主電路主要由整流器、濾波回路和逆變器組成，其中通過整流器可使工頻電源轉變成直流電源;通過濾波回路可吸收源自逆變電路和整流器的電壓脈動;通過逆變器可使直流功率轉變成交流功率。控制回路的任務是向主回路提供控制信號，其主要由單片機(MCU)和保護回路、速度檢測回路、驅動回路、電壓/流檢測回路等外圍電路組成，詳見圖1。變頻控制器按不同的控制對象分為交流變頻控制器和直流變頻控制器兩種。下文主要介紹兩種變頻控制器的調制方式。

　　(一)交流變頻控制器

　　流變頻控制器采用正弦波脈寬調制(SPWM)。從理論角度來講，SPWM調制主要通過正弦波來調制三角載波，進而調節輸出脈沖的寬度。但在實際應用中，通過數字化控制技術所產生的PWM脈沖根本不存在三角波，其完全被軟件所取代。如此一來，不僅可以減少硬件投資，又可提升系統的可靠性。然而，SPWM的電壓波形并非標準的正弦波，同時存在多種高次諧波，因此會使壓縮機產生噪聲。對此，在交流變頻控制器設計時，應考慮到如何通過控制高次諧波來實現壓縮機降噪，但當載波頻率過高時，功率模塊的開關損耗會有所增加;當開關頻率過高時，控制器的成本也會有所增加。

　　(二)直流變頻控制器

　　直流變頻控制器采用PWM調制。直流變頻控制系統屬于閉環控制系統，同時直流無刷電機調速系統的電流換相相序與時間主要由電機轉子的適時位置而定，因此直流變頻控制器的首要任務是測定轉子的適時位置，即通過數字電路測量轉子感應反電動勢過零點，便可測定轉子的適時位置，此時亦可測得轉子的實際轉速。如此一來，僅需根據實際轉速與給定轉速之間的差值，便可閉環控制轉子的轉速。此外，直流變頻控制器亦可通過檢測總線電流來降低電樞電流受到電網波動的沖擊力，以及保護壓縮機堵轉和過負載。綜上，在直流變頻控制器設計時，應特別注意下列事項：控制器控制回路的地與主回路的地之間并未隔離開來，因此控制回路定會受到一定的干擾，則應從軟硬件方面重視控制器的抗干擾設計。

　　三、展望

　　隨著科學技術的發展，為了滿足社會發展的需要，越來越多的新技術被應用到家用變頻空調中，比如脈沖幅度調制(PAM)和直接轉矩控制。雖然PAM控制要求增設一個開關管，但其在擴寬壓縮機調速范圍、提升電機運行效率和壓縮機制熱/冷能效比方面無疑比PWM更優，因此其能為變頻技術在家用空調中的運用指明新的發展方向。關于直接轉矩控制，其可在一轉中均衡壓縮機的負載轉矩和電磁轉矩，進而實現壓縮機降噪和減振的目的。目前，上述兩種技術均在日本的家用變頻空調中得到一定的應用，且應用效果顯著。總之，家用變頻空調具有普通空調所不可企及的優越性，具有廣闊的應用前景。

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　　《家電科技》(月刊)創刊于1981年，是由中國輕工業聯合會主管、中國家用電器研究院主辦。《家電科技》雜志作為致力于服務家電行業的唯一科技類刊物，中國家用電器研究院科研、標準、檢測技術的對外交流窗口,其發行、影響已覆蓋國內外家電制造業、配套業和工商業;政府管理決策機構;科研院所、相關大專院校;相關咨詢公司及中介服務公司。