变频技术在家用空调上的应用

    家用空调有移动式（柜式）、窗式和分体式。分体式空调也可分为一个房间、两个房间（一托二）和三个房间（一托三）用的。这里将分体式一个房间和三个房间用的空调采用变频器调节控制的情况分别介绍如下。

    1．分体式一个房间用的空调

    过去房间用的空调通常是采用ON/OFF控制方式，用笼型电动机带动压缩机来调节冷暖气，但它存在着以下问题：

   1)根据地区气候、房屋的朝向等估计一年中最大负载，从而选择恰当的空调机比较困难。

   2)由于是ON/OFF控制方式运行，室内温度和湿度发生波动时，会引起不舒适的感觉。

   3)在50/60Hz地区会产生较大差别。

   4)压缩机电动机在起动时有很大的冲击电流，因此需要比连续运行时更大的电源容量。

    5)由于压缩机转速恒定，外面温度变化会引起冷暖空调能力的变化（特别在暖气运行时，外面气温下降会导致暖气效果下降，这是很大的弱点）。

    将变频器应用于房间空调可连续地控制笼型电动机的转速，可解决上述问题。变频器控制框图如图8-35所示。

    图8-35    变频器控制框图

    室内机以室内控制部分为中心，由遥控、传感器、显示器和风机电动机驱动电路组成。温度和湿度数据及运行模式等设定条件以序列信号的形式送往室外机。

    室外机以系统控制部分为中心，由整流单元、逆变单元、电流传感器、室外风机电动机及阀门控制部分组成。

    房间空调的室内机备有室温传感器，并将设定温度和运行情况等信息传送给室外部分。室外机分析这些信息，了解温差与室温变化的时间等，然后计算并指定压缩机电动机的频率。开始运行时，如果室温与设定温差很大，采用高频运行，随着温差的减小而采用低频运行。在室温急剧变化时，使频率变化幅度大，室温变化缓慢时使频率变化范围小，并在平衡冷暖气负载与压缩机输出的同时，以最短的时间使室温达到所希望的值。

    使用变频器控制空调可以达到以下效果：

   1)利用变频控制节能。房间空调一年的运行模式基本上是在轻负载下运行。采用变频器的容量控制在负载下降时使压缩机能力也下降，以此来保持与负载的平衡。在利用变频器变频控制使压缩机转速下降时，由于相对于压缩机容量，热交换器容量的相对比率增加，所以是高效率运行，特别是轻负载时更为显著。

   2)压缩机开/停损耗减少。由于使用变频器控制的空调可用变频来对应轻负载，所以可减少压缩机开停次数，使制冷电路的制冷剂压力变化引起的损耗减少。

   3)舒适性改善。与通常的热泵空调相比，装上变频器后，在室外气温下降、负载增加时压缩机转速上升，能提高暖气效果。

   4)消除50/60Hz地区的影响。由于变频器控制的空调在原理上是先将交流变为直流再产生交流，所以与50Hz和60Hz的地区差无关，始终具有最大能力。

   5)起动电流减小。由变频器控制的空调在起动压缩机时，选择较低电压及频率来抑制起动电流，并获得所需起动转矩，所以可防止预定导通电流的增加：

    2．分体式空调供三个房间用

    此种空调用于既有工作区，又有住宅的地方。采用变频的方式可按工作区和生活区的时间带分开使用空调，也可满足高级住宅、套房的多室空调与多种要求，所以其应用不断增加。这里以用于三个房间的多重分体空调为例加以说明。

    装上变频器后，可对应于冷暖气负载的变化改变电源频率，从而改变压缩机转速，起到调节作用。压缩机的特性是，对于同一压缩机，其负载减少得越多，相对于压缩机能力的相对热交换容量就越大，成为低压缩比，高效率运行。变频器能利用和发挥这一优良特性，控制冷气时的过热度、暖气时的过冷却度，再采用电子线性膨胀阀供给适合各房间负载的最佳制冷剂，就能实现节能与提高舒适性。

    图8-36所示为变频器多重制冷剂系统与制冷控制。室外单元有与3台室内单元制冷剂管道连接的液、气管道接口，以及室内外连接线路的接线板，分别配置了3套。在安装阶段确定的单元能力规格值用变频器多重控制基板内的“能力设定开关”进行记录。

    图8-36    制冷剂系统与制冷控制

    变频器与同压缩机结合在一起的驱动电动机相连，运行信号由变频器多重控制基板提供。该基板内的微机根据各室内单元输出的压缩机运行指令与冷暖气指令来决定运行状态。各房间的遥控指令在冷气与暖气重叠时暖气优先，在输出暖气指令的室内单元停止输出压缩机运行指令前（即在加热OFF或停机前），输出冷气指令的其他室内单元采取送风方式。

    变频器频率控制在30~80Hz范围内（暖气时除霜是90Hz）。起动时或输出压缩机运行指令的室内单元数量变化时，相应于需求能力按预先确定的基准频率运行。输出频率设有基准频率、上面2挡和下面1挡，共计4挡。首先，按基准频率连续运行10min，如能力不足则上升1挡运行，10min连续运行后再上升1挡。反之，压缩机停止时间没有持续到10min以上就输出运行指令时，就将基准频率下降1挡再开始运行。

    变频器分体空调的控制效果有以下几点：

   1)用变频器控制压缩机转速，可发挥以低输入产生高冷暖气的能力。

   2)在3台空调单独设置的场合，3台满载运行合计费用（基本费用）相当可观，而变频器分体空调一个压缩机带几个室内风口，可按时间带分开使用，所以合计费用及运行成本都会降低。

   3)用户操作可以与通常各房间单独设置空调时一样。

   4)室外单元只需一台，设置空间大幅度减小，这对于居住空间的美化及经济上都很有利。常规空调与变频分体空调的比较见表8-8。

    表8-8    常规空调与变频分体空调的比较