變頻空調(diào)因其具備節(jié)能、舒適、高能效等優(yōu)點(diǎn)，符合“節(jié)能減排”的國家政策，成為空調(diào)企業(yè)的開發(fā)熱點(diǎn)。我國變頻空調(diào)經(jīng)歷了交流變頻、基于120°方波驅(qū)動的直流變頻、基于180°正弦波驅(qū)動的直流變頻三個階段，目前市場主推的直流變頻空調(diào)在應(yīng)用180°正弦波驅(qū)動的同時，為體現(xiàn)變頻空調(diào)的高能效、高低頻運(yùn)行的舒適節(jié)能、低振動等性能還將應(yīng)用多個關(guān)鍵技術(shù)。
電流控制模式提高空調(diào)能效比
能效比是衡量空調(diào)性能的最重要指標(biāo)之一，變頻驅(qū)動采用壓縮機(jī)電流控制模式能最大幅度地提高電機(jī)輸出能力，提高空調(diào)能效。目前變頻空調(diào)采用的直流壓縮機(jī)，通過矢量控制，可以很容易地通過調(diào)節(jié)直軸電流id改變磁阻轉(zhuǎn)矩，即可以通過對直軸電流id和交軸電流iq的協(xié)調(diào)控制來優(yōu)化系統(tǒng)的控制性能，如最大功率輸出、效率最優(yōu)、最大轉(zhuǎn)矩/電流比(MTPA)等。
表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是壓縮機(jī)帶空調(diào)負(fù)載下的MTPA電流控制模式下的控制效果，比較是在相同的轉(zhuǎn)速和功率下進(jìn)行的，通過對比“id=0”控制方式與MTPA控制方式下的輸出電流，可以明顯看出，MTPA下的電流明顯低。
PPFC諧波電流控制技術(shù)成本低
變頻空調(diào)需符合國家對家電產(chǎn)品的EMC 要求，諧波電流是EMC重要指標(biāo)之一，目前諧波電流控制方式有無源功率因數(shù)校正(也稱被動式PFC)，有源功率因數(shù)校正(也稱主動式PFC，簡稱AFPC)和部分?jǐn)夭ㄊ焦β室驍?shù)校正(也稱半主動式PFC，簡稱PPFC)。
被動式PFC，采用無源的電感、電容和二極管組成。優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，缺點(diǎn)是校正諧波控制比較困難，輸出電壓隨負(fù)載變化大，成本高，難推廣。
APFC由于功率較大，一般采用連續(xù)電流模式控制，優(yōu)點(diǎn)是具有較寬輸入電壓波動下穩(wěn)定直流電壓的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是電路在整個輸入電壓周期內(nèi)都進(jìn)行斬波控制，功率器件工作應(yīng)力大，成本高，同時在大電流下，斬波會帶來效率降低和可靠性下降的問題。
PPFC這種控制方式只在輸入電壓過零后的一段低電壓時間內(nèi)進(jìn)行斬波控制，在輸入電壓高的部分仍然是自然整流，功率器件的應(yīng)力較小，一般只有APFC的三分之一左右。PPFC通過合適的控制，輸入電流波形盡可能接近正弦波。
PPFC方案成本低、性能優(yōu)異，滿足國標(biāo)GB17625.6(IEC61000-3-4)要求，適合在1~3HP變頻空調(diào)中應(yīng)用。
力矩補(bǔ)償控制解決壓機(jī)低頻振動
目前普通家用變頻空調(diào)通常選用成本相對低的單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)。單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在低頻率運(yùn)行的情況下，轉(zhuǎn)子的不平衡性易導(dǎo)致連接壓縮機(jī)的盤管大幅振動，周期性的低頻振動在整機(jī)管路和系統(tǒng)間產(chǎn)生共振，不但會形成噪聲，嚴(yán)重的還可能造成管路斷裂。而變頻空調(diào)長期低頻運(yùn)行，振動問題更加突出。現(xiàn)我們采用力矩補(bǔ)償控制技術(shù)來解決單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的低頻振動問題。
圖1是1.5HP窗機(jī)有無振動控制的振動位移實(shí)測曲線，從圖中可以看出，無振動控制的1.5HP壓縮機(jī)在25Hz出現(xiàn)整個空調(diào)系統(tǒng)的共振，采用力矩補(bǔ)償進(jìn)行振動控制后，振動幅度大幅度降低。良好的振動控制效果甚至使一體機(jī)空調(diào)(窗機(jī)和移動空調(diào))采用單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)成為可能。上海新源變頻已有批量產(chǎn)品提供給窗式空調(diào)用于單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的驅(qū)動控制。
弱磁控制技術(shù)保證壓縮機(jī)高頻運(yùn)行
現(xiàn)變頻空調(diào)壓縮機(jī)通常選用高反電勢電機(jī)來提高空調(diào)能效比，對驅(qū)動控制而言，確保壓縮機(jī)的高頻運(yùn)行成為技術(shù)關(guān)鍵。原有的做法是采用通用的升壓型功率因數(shù)校正(Boost-APFC)電路，以提高母線電壓保證壓縮機(jī)高頻運(yùn)行，但這種方式會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制器成本高，空調(diào)效率低。我們認(rèn)為可以采用弱磁控制方式，配合PPFC諧波控制提高壓縮機(jī)運(yùn)行頻率。這樣做有成本低、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)，在超低溫制熱條件下，空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載較輕，采用弱磁控制來提高頻率可以完全能達(dá)到產(chǎn)品要求。總之變頻空調(diào)的研發(fā)，需按整機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)和變頻電控一體化理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。綜合分析各方案的技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，可在提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量的同時，降低產(chǎn)品成本。
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