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變頻空調技術知識
一.變頻空調與普通空調的比較
變頻空調的優點
表1 變頻空調與常規空調的比較
序 號項 目常 規 空 調變 頻 空 調
1適應負荷的能力不能自動適應負荷變化自動適應負荷的變化
2溫控精度開/關控制,溫度波動范圍達2℃降頻控制,溫度波動范圍1℃
3啟動性能啟動電流大于額定電流軟啟動，啟動電流很小
4節能性開/關控制，不省電自動以低頻維持，省電30%
5低電壓運轉性能180V以下很難運轉低至150V也可正常運轉
6制冷、制熱速度慢快
7熱冷比小于120%大于140%
8低溫制熱效果0°C以下效果差-10°C時效果仍好
9化霜性能差準確而快速，只需常規空調一半的時間
10除濕性能定時開/關控制，除濕時有冷感低頻運轉，只除濕不降溫，健康除濕
11滿負荷運轉無此功能自動以高頻強勁運轉
12保護功能簡單全面
13自動控制性能簡單真正模糊化、神經網絡化
· 變頻空調的控制特點
1.適應負荷的能力
如圖1，常規空調的制冷能力隨著室外溫度的上升而下降，而房間熱負荷隨室外溫度上升而上升，這樣，在室外溫度較高，本需要空調向房間輸出更大冷量時，常規空調往往制冷量不足，影響舒適性；而在室外溫度較低時，本需要空調向房間輸出較小冷量，常規空調往往制冷量過盛，白白浪費電力。而變頻空調通過壓縮機轉速的變化，可以實現制冷量隨室外溫度的上升而上升，下降而下降，這樣就實現了制冷量與房間熱負荷的自動匹配，改善了舒適性，也節省了電力。
變頻空調調節制冷量的原理如下：
一定工況下，制冷量與制冷劑質量流量成正比，
即 Q = q . m
式中，Q — 制冷量
q — 制冷劑單位質量制冷量
m — 制冷劑質量流量
一定工況下，制冷劑質量流量與壓縮機轉速成正比例函數關系，
即 m = f ( N )
式中 f — 制冷劑質量流量與壓縮機轉速的函數關系，不同結構的壓縮機此關系式不同
N — 壓縮機轉速
綜合上兩式，就可以通過調節壓縮機轉速實現空調制冷量的調節，這正是直流或交流變頻空調變頻能量調節的原理。
2.溫度調節方法
以制冷狀態為例，圖3表示的為常規空調的溫度調節方法，其中T為室內溫度，Ts為設定溫度，達到設定溫度壓機停，室內溫度高于設定溫度1度，壓縮機重新開啟。圖4為變頻空調的溫度調節方法，室溫每降低0.5度，運轉頻率就降低一檔，相反，室溫每升高0.5度，運轉頻率就升高一檔，即室溫越高，運轉頻率越大，以便空調快速制冷，室溫越接近設定溫度，運轉頻率就越小，提供的制冷量也越小，以維持室溫在設定溫度附近，溫度波動小。
3.啟動、運轉性能
圖5、圖6分別為常規空調、變頻空調啟動時轉速曲線。常規空調以定頻啟動、定速運轉。變頻空調低頻啟動、變頻運轉。
4.節能性
常規空調開/關方法控制，壓縮機開關頻繁，耗電多。變頻空調自動以低頻維持室溫基本恒定，避免壓縮機頻繁開啟，比常規空調省電30%左右。
5.低電壓運轉性能
常規空調在電壓低于180V左右時，壓縮機就不能啟動，而變頻空調在電壓很低時，降頻啟動，降低啟動時的負荷， 低啟動電壓可達150V。
6.熱冷比
常規空調制冷、制熱壓縮機轉速一樣，只能通過系統匹配提高熱冷比，局限性很大。
變頻空調制熱時壓縮機轉速比制冷時高許多，所以熱冷比可高達140%以上。（制熱時 高運轉頻率往往要比制冷 高運轉頻率高20Hz左右）
7.低溫制熱效果
常規空調壓縮機轉速恒定，0°C以下壓縮機功率很低，實際上沒有什么制熱效果；
變頻空調低溫下以高頻運轉，制熱量是常規空調的3、4倍。
8.滿負荷運轉
常規空調壓縮機只有一種轉速，不可能實現滿負荷時的強勁運轉；
變頻空調在人多時、剛開機時或室內外溫差較大時，可實現高頻強勁運轉。
9.保護功能
常規空調每次發生電流等保護均需停壓縮機；
變頻空調每當發生保護時均以適當的降頻運轉予以緩沖，可實現不停機保護，不影響用戶的使用。
二.變頻空調的電路基本原理
變頻空調根據壓縮機是采用交流還是直流電機可分為交流變頻和直流變頻兩種。
1.交流變頻空調
（1）基本原理
異步電動機的電磁轉矩是由定子主磁通和轉子電流相互作用而產生的。定子繞組渡過電流時產生旋轉磁場，在轉子繞組內感應出電動勢，因而產生了感應電流，該電流與定子旋轉磁場相互作用，便產生了磁場力。而實際上對于異步電動機，旋轉磁場的轉速（通常稱為同步轉速）n0與轉子的轉速n1是有差別的，兩者之差與同步轉速的比值，我們稱之為轉差率，用s來表示，即
式中，f — 電流頻率
p — 電機極對數
所以轉子的速度n1可用下式表示
由上式可知，只要改變異步電動機的供電頻率，電機的轉速便會發生改變，交流變頻空調就是根據這一基本原理來運行的。
異步電動機在運行時，產生的感應電動勢E1為：
式中，k — 電機繞組系數；
N1 — 每相定子繞組匝數
Φ — 每極磁通
由于定子阻抗上的壓降很小，可以忽略，這樣，我們便可以得到：
由上式可知，磁通Φ與U1/f成正比。對于磁通 Φ，我們通常是希望其保持在接近飽和值，如果進一步增大磁通 Φ，將使電機的鐵心飽和，從而導致電機中流過很大的勵磁電流，增加電機的銅損耗和鐵損耗，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。而磁通 Φ的減小，則鐵心未得到充分的利用，使得輸出轉矩下降。這樣，由上式可知，要保持 Φ恒定，即要保持U1/f恒定，改變頻率f的大小時，電機定子電壓U1必須隨之同時發生變化，即在變頻的同時也要變壓。這種調節轉速的方法我們稱為VVVF（Vairble Voltage Varibe Frequency)，簡稱為V/F變頻控制。現在變頻空調的控制方法基本上都是采用這種方法來實現變頻調速的。下圖為一變頻空調的V-f曲線圖
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