变频调速技术及其在空调系统中的应用

理论与实践证明，在空调系统中采用变频技术具有显着节能的效果。本文通过查阅大量的参考文献，并结合作者实际的工作经验，对变频调速技术的控制原理及其在空调系统中的应用进行了深入的研究。首先阐述了空调变频技术的基本控制原理，并重点介绍了“交-直-交”变频器结构原理；其次重点分析了变频空调的优点，比如能够节省电能，电压适应性比较好以及制冷速度较快，舒适性较好等优点；最后作者对变频空调的控制系统及变频调速器的自动控制原理进行了探讨。

随着经济社会的不断发展，全球变暖应成为各个国家需要面对的环境问题，这就导致了人们对空气的需求量越来越大。在能源日益紧张的今天，如何降低空调系统在使用过程中的能源消耗就成为空调设计的一个重要问题。最近几年比较流行的空调变频技术在空调控制系统的中的应用就是空调节能减排的一种重要手段。本文主要研究了变频调速技术以及相关节能原理，阐述该项技术在中央空调系统中的应用。

1 空调风系统的变频技术

顾名思义变频系统的核心部件就是变频器，所谓的变频器是将将电网所提供的工频交流电转变为交流电机变频调速用的电压可变、频率可变的交流电的交流装置，在变频调速系统中经常使用的“交-直-交”变频器。

“交-直-交”变频器结构原理图主要包括以下四个部分：1）整流器：这个器件的组要作用就是将直流电转换为交流电。通常整流器主要分为两类，一类为采用硅整流元件组成的不可控整流器，另外一类就是使用晶闸管元件构成的可以控制的整流器。2）中间直流环节：这个部分的主要目的就是为了保证逆变电路和控制电路能够获得更好的交流电源。3）逆变器：逆变器的主要作用就是把直流电转换为频率以及电压可以调节的交流装置。逆变器是变频调速器的核心部件，目前使用的功率元件主要有普通的晶闸管、大功率晶体管以及功率场效应管。4）控制电路：根据空调的变频调速的不同控制方式产生相应的控制指令，控制功率逆变器中各种功率元件的工作状态，目的是为了使逆变器能够输出预定的功率和电压。

2 变频空调的优点

针对空调变频系统的控制结构和特点，在加上电子技术和计算机控制技术的广泛发展，变频器在空调中的应用日益广泛起来。变频技术的出现使得空调能够达到所设计的控制要求，同时也能够达到节约能源的效果。与普通空调相比，在空调控制系统中采用变频技术具有以下几个方面的优点：

（1）采用变频技术的空调能够节省电能，电压适应性比较好。空调压缩机在开始运行的过程中采用低频启动的方式进行启动，从而使得启动电流的降低以及功率消耗的降低。空气压缩机在快速启动以后，很快由低频转变为高频状态，在很短的时间内达到所设定的温度。此后压缩机在低频状态下长时间工作，以保证室内温度。

（2）变频空调的制冷速度较快，舒适性较好。空调机组在经过低频启动后快速进入高速运转，转速可以达到正常转速的2-3倍，所以与定速空调相比，变频空调能够很快的达到设定的温度。当室内的温度达到所设定的温度是，可以通过调节压缩机的转速来调节室温。

（3）除霜速度较快，能够实现超低温制热。在温度较低的环境下，普通空调的除霜需要停机15分钟左右，在这个时间段室内停止供热。但是对于变频空调而言，由于采用了微处理器来控制电子膨胀阀，在除霜的过程中电子膨胀阀全部打开，空气压缩机高速运转，利用压缩机的余热来进行除霜。其次，当室外的温度低于零度时，一般的空调的制热能力大幅度下降。

3 变频空调的控制系统及变频调速器的自动控制

变频空调的控制电路部分主要分为室内和室外两个部分 。

变频空调的室内控制系统主要是完成对红外信号遥控的接受，并根据所设定的空调运行状态进行功率和频率的切换，调节室内的空气风速以及压缩机的转速，从而达到温度设定的要求。在收到信号以后，根据抹灰算法得到目前最佳的运行状态，然后通过串行通信与室外的机组进行交换信息，实现了对压缩机运行状态的控制。

室外的部分主要功能就是根据红外信号进行对压缩机以及变频控制方式以及风速的调节。在完成变速调节的同时，还可以利用压缩机产生的余热进行对空调风机的除霜。

空调的变频调速器可以通过手动控制，也可以进行手动控制。通常自动控制的信号主要是40-20mA的弱电流信号或者是0-5V的弱电压信号。流量仪表的气动信号经过气电传感器的转换，转换成4-20mA的电流信号。由变频调速器的控制端进而来控制电动机的转速以改变流量。图中的气电转换器、三通气开关以及气动调节阀都可以省去，从而使得变频调速器的控制系统大为精简。另外一个方面，对气流量的控制精度比以往的启动调节阀的控制精度要高很多。根据使用要求的不同，变频调速器同样也可以采用温度控制、压力控制和各种信号的综合控制。

4 小结

本文通过查阅大量的参考文献，并结合作者实际的工作经验，对变频调速技术的控制原理及其在空调系统中的应用进行了深入的研究。首先阐述了空调变频技术的基本控制原理，并重点介绍了“交-直-交”变频器结构原理；其次重点分析了变频空调的优点，比如能够节省电能，电压适应性比较好以及制冷速度较快，舒适性较好等优点；最后作者对变频空调的控制系统及变频调速器的自动控制原理进行了探讨。