防爆空调系统的介绍

整个系统分为室内与室外两部分。室内部分以室内控制单元为中心,由遥控器、传感器、风扇电机等组成,温度和湿度数据及运行模式等信号通过传输线输出给室外部分。室外部分以系统控制环节为中心,内有整流器、电流传感器、变频器、风扇电机等。
室温传感器装在室内部分。控制部分根据传感器输送的有关信号进行变频器输出频率的控制,若室内调节温差大,则使输出频率增加,反之则降低。这种调节是自动的,而且能迅速地进行。
所有防爆空调器都要有完善的电气控制系统,它包括开、停控制,功能选择控制,安全保护控制•自动恒温调节控制等。防爆空调器的所有动作都由电控系统来指挥。
我国生产的防爆空调器的电气控制系统大都采用了集成电路元件,主要由微电脑来控制各 功能的选择和操作,如自动恒温操作控制、间歇开停除湿控制、经济制冷控制、遥控功能控、热泵自动融霜功能控制,以及其他的自动控制等。
防爆空调器的控制主要为温度控制与风量控制,在应用变频器以前,温度控制一般是通过控制压缩机的运行时间来控制空调的制冷温度,通过控制风机的转速快慢来控制风量。因此,应用变频器来控制压缩机电机以及风机的转速,就可以很快地调整防爆空调的制冷温度及风量。 应用变频器调速可以方便地调节室内温度,克服了应用时间继电器调速带来的被控温度不准、压缩机噪声大、耗能大以及设备使用寿命短等缺点。变频空调使温度控制精度提高、压缩机噪声减小、节能以及延长设备使用寿命等优点。所以,防爆变频空调一问世,便得到广泛的 应用,成为新型节能电器产品。

变频技术在防爆空调系统中的应用

防爆空调系统中采用变频调速是近年来发展起来的新兴技术,变频器在空调中的应用充分发挥了变频器节能、省电、噪声低、延长空调使用寿命等优点。因此,变频空调一问世,就得到了人们的喜爱和广泛的应用,已进入住宅、办公室、写字楼等多种场所。空调器采用变频 技术已是大势所趋,今后应用变频器控制的空调系统及空调器将不断发展并占有越来越多
的市场份额。
防爆空调系统基本上是由制冷、通风、电气控制三大部分组成。这三部分互相配合,共同完 成空气调节的任务。本节主要针对电气控制系统进行讨论。
定速空调器使用开关控制方式,用鼠笼式电机带动压缩机来调节温度,这种方式存在下列缺点: 
①由于安装空调机的房间朝向不同以及楼层的不同,进行一年中最大负载的估算较难进行,因此防爆空调机的选用就可能不太合适。若空调功率选小了,则调节效果不佳,选大了,会造成成本的浪费。
②压缩机电机的启动电流大,因此电源容量的选定要比连续运行时需要的电源容量大。
③用开关方式控制空调机,温度变化会出现明显的波动,即室内温度和湿度会发生波动,有不舒适感。 
④因为压缩机转速恒定,冷暖调节能力不能与外界环境温度的变化同步,导致调节效果下降。

变频器的选择

选用变频器要充分了解所用变频调速的目的是什么,变频调速系统应在何种场合使用以及负载特性的具体情况,并从输出电压、输出频率、容量、保护条件、u//(电压/频率)输出模式、电网到逆变器的切换、瞬停再启动等诸方面因素进行综合考虑,进而选择出符合要求的变频器。
(1)输出电压 .
变频器输出电压可按电机额定电压选定。对于高压电机,如3 kV级的高压电机选配变频器时,可选用变压器进行电压匹配。
(2)输出频率
变频器的最高输出频率根据机种的不同有不同的值,最高频率有50、60、120、200Hz等甚至更高。变频范围在0?50 Hz的变频器,一般调速范围在额定转速之间,大容量通用变频器均属于此类。最高输出频率超过50 Hz以上的变频器由于输出电压不变并为恒功率特性,要注意在高速区转矩的减小。
进行频率选择时,可根据变频器的使用目的所确定最高输出频率来选择变频器。

交、直流变频的性能对比

        变频空调就是压缩机运行频率可以调节的防爆空调器,运行频率高时,运转速度快,制冷、制热量大;运行频率低时,运转速度慢,制冷、制热量小。变频空调分为直流变频空调和交流变频空调两种,其中交流变频空调的压缩机电机和风机电机均采用交流电机。直流变频空调又分为1D和3D两种,1D直流变频空调仅压缩机采用直流无刷电机,风扇采用交流电机,而3D直流变频空调的压缩机电机与风机电机均采用直流电机,目前大部分厂家所宣传的全直流变频空调即为3D直流变频空调。
        在交流变频控制中,输出频率和电动机负荷、电压过高或过低都会降低效率。并且电压高时可能产生过电流过大,太低时会有电动机停止运转的情况。为防止其发生,有时用控制功率来调整电压/频率。另外交流变频控制中,电动机转速与控制频率不同步,电动机实际转速要稍低。 
         交流变频异步电动机和直流无刷电动机均是靠电动机内部形成的磁力和线圈中的电流间作用产生的磁力运转的,线圈中的电流在两者中都是从外部流人,但内部磁通的形成方式都不同。交流变频异步电动机的内部磁通也是由外部进人的电流形成的,这就必须有进人线圈与形成磁通的两部分电流,而电流流动必定会因电阻等产生损耗,这就是效率低的原因。直流无刷电动机是由永久磁铁生成内部磁通的,因此不需要外部能量供给,不会产生这一部分的损耗,因此效率高。
笼统地讲,交流变频空调器与直流变频空调器中采用的压缩机电机原理上都是定子产生一个不断旋转的圆形旋转磁场,利用定、转子磁场间电磁力相互作用产生的转矩不断推动转子转动。由于直流变频中采用了无刷直流电动机,其转子为永久磁铁,不需要感应电流产生磁场,减少了损耗,因此效率较高。一般情况下较交流变频省电约12%,如果转子的磁体排列更科学,磁力线集中度更高,再加上采用含稀土钦的磁体,则可较交流变频省电高达18%~20%。
        另外,因为直流变频可以随外界负荷的大小调节转速,在原理上比负荷变化时压缩机开停的交流变频要节能。因此,综上所述,直流变频要比交流变频省电。

变频直流无刷电动机的工作原理

      在普通电刷电动机中,永久磁铁是定子线圈是转子,因此,要使用电刷换向。在直流无 刷电动机中,线圈是定子,永久磁铁是转子,可以通过功率开关政变线圈中电流的方向,实现无刷换向。
       转子(永久磁铁)的位置检测是利用感应电压。所谓感应电压和发电机原理相同,就是 如果磁铁在线圈中转动,线圈里产生电压。由于此电压的相位和磁铁的位置有一定关系,测出它就知道了转子的位置。
       在直流无刷电动机中,由于迅速切换线圈中的电流方向,线圈端所加的电压波形不像通常的交流电动机是正弦波,而是矩形波。
      直流无刷电动机靠位置检测电路测出电动机的转子位置并相应输出被形,为闭环控制方式。电动机的转速是靠PWM改变输出电压而实现控制的:
     施加给电动机的电压一定时,电动机的输出转矩与转速成反比,电动机以能产生和负载转矩相平衡的转速也增加,相反,如果降低电压,转速乾会下降,微电脑控制系统随时测出转速,调整控制电压以达到希望的转速,因为没有像交流电动机那样的转差,电动机的转速与变频器输出频率相同。这是在2极的情况下,由于S缩机听用的无刷电动机是4极的,所以变频器频率应是同转速2极电动机的2倍。

防爆空调直流调速

       直流调速即通常所说的“直流变频”,尽管这一说法不很准确,考虑到习惯用法在此仍沿用这一说法。
       把采用无刷直流电机驱动压缩机的空调器称为“直流防爆变频空调”从概念上来说是不确切的,众所周知直流电是没有频率的,也就谈不上变频,但人们已经形成了习惯。实际上,直流变频空调其关键在于采用了无刷直流电机作为压缩机,其控制电路与交流变频控制器基本一样。交流防爆变频空调的变频模块按照SPWM调制方法,通过三极管的通断,给压缩机三相线圈同时通电,压缩机为一三相交流电机。直流防爆变频空调的变频模块每次导通二个三极管,两相线圈通以直流电,驱动转子运转,另一相线圈不通电,但有感应电压,根据感应电压的大小可以判断出转子的位置,进而控制绕组通电顺序。直流变频相比交流变频多一位置检测电路。
       直流变频压命机转子采用稀土永磁材料制作而成,可以通过改变送给电机的直流电压 来改变电机的转速,克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗,具有比交流变频压缩机效率高与噪音低的特点,直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%~30%,噪音低5dB~10dB。但是,直流防爆变频空调器的成本要高于交流防爆变频空调器。大电动机的有效输出转矩略小,并且有轻微的电磁噪声。用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作逆变器件时,载波频率15kHz,电流波形已相当平滑,高次谐波分量很小,故电动机的有效输出转矩大,基本无噪声。

防爆变频空调比一般空调省电

       变频空调启动时对电路没有大的电流冲击
一般空调有2~3个电机,在启动时电流较大,为额定电流的5~8倍,功耗较大。压缩机的开停,将对电路造成一次次的冲击。而变频空调的频率可变,设计上均为低频率启动,启动电流一般为1~2A,对电路影响不大,在1min左右电流逐步升到额定值。如某变频 空调机接通电源瞬间电流为4A左右,高频全速工作时为6~7A。
       变频空调比一般空调省电
与定速空调器相比,变频空调器的节能优势表现在三个方面:
首先,变频空调器很少停机,避免了定速空调器停机后系统高低压之间的平衡以及重新 建立高低压所消耗的无用功;以往对变频空调器这方面的节能作用关注很少,多数情况下只 注意了下述两个方面的节能。
其次,变频空调器很少停机,避免了定速空调器频繁开停机所造成的启动损耗和对电网 的冲击。
最后,随着室温度接近设定温度,压缩机运转频率将降低,当空调在维持室内设定温度时,处于低频低耗能工作状态而不停机。如:某空调在低频工作时仅耗电200W,有的甚至更低。避免了一般空调的频繁启动,冲击电路增加功耗,变频空调的耗电量仅为一般空调的2/3,“完全直流”空调较一般空调节电40%。这种情况下,制冷剂的流量较小,换热器的面积相对变大,减小了传热温差所造成的不可逆损失,空调器具有较高的 效率。

较好的舒适性

较好的舒适性
       常规定速空调器一般采用开停机调节,以制冷为例,当室内温度低于设定温度后,空调 器停机,室内温度缓慢上升,当它高于设定温度一定值时,空调器重新开机进行降温。这样, 室内温度始终在一定范围内波动,随着空调器的开机,停机,在室内的人员有忽冷忽热的感 觉。而变频空调器随着室内温度接近设定温度,冷或热负荷明显减少,通过检测,变频器可 控制压缩机在较低的频率下转动,以较小的制冷量或制热量维持此温度。由于变频空调器 一般有较大的频率调节范围(15~150 Hz),可以保持不停机适应各种负荷要求。使用变频空调器时内的温度的波动AT变要远小于常规定速空调的温度波动 AT$从而具有较好的使用舒适性。

变频空调器的技术特点

变频空调器的技术特点
        与常规定速空调器相比,变频空调器具有以下几方面的优点。
(1)较快的制冷或制热速度
       当室内实际温度与人们所需要的温度相差较大时(如空调器刚启动开始工作时),空调器中的微电脑处理器通过检测设定温度值和实际室内温度值之间的差值,指令变频控制器以最高或较高的频率输出,使压缩机高速运转,以较大的制冷量或制热量迅速调节室内温度 使其达到设定温度。
       使用常规定速空调和变频空调时室内温度的变化对照曲线。从图中可以 看出,变频空调器的降温速度大于定速空调器。

防爆变频空调其他技术

         防爆变频空调器涉及的技术内容很多,如变频控制器的设计(包括硬件电路设计和软件编制)、风速和频率的控制、压缩机驱动电动机的选择、节流机构的选择、《冷系泛各参数的匹配、抗电磁干扰和电磁兼容等问题。变频空调器压^机电动机的调速方式有交流感应电动 机变频调速和直流无刷电动机调速两种;制冷剂流量的控制方式有电子膨账阀节流、毛细管 节流和电子膨胀阀结合毛细管节流三种;压缩机又有涡旋式、呈玲二弍转子式几种不同 的结构形3。 
(1)驱动压缩机的电动机
       防爆变频空调器压缩机的驱动电动机主要有三相交流感应电动机和直流无刷电动机两类
当频率发生变化时,定速空调器常用的单相电容电动机的感抗和阻抗对电动机特性不利,因而防爆变频空调器多采用三相交流异步电动机。但由于感应电动机内部磁场的形成要靠外部供给电流,电流流过线圈时有损失,因而交流感应电动机的节能效果较差。随着各种可关断元器件的不断开发成功和价格的相应降低,直流无刷电动机调速技术开始走出实验室,成为了可以应用的产品。直流无刷电动机由无刷电动机本身、转子位置传感器和电子转向开关组成。电动机中转子的磁场是由永久磁铁供给的,不需要外部供给能量,也不会有损耗。因而直流无刷电动机的效率比交流感应电动机的效率要高。直流无刷电动机调速的关键是要准确地检测出转子的位置,转子位置的检测一般采用霍尔(HOLE)元件,但带霍尔元件的直流 电动机成本普遍较高。近年来发展起来的无位置传感器的直流无刷电动机,以其调速技术高效、低噪声、低成本等优势受到了空调器生产厂商的喜爱。另外,开关磁阻电动机是20世纪80年代推出的变速传动系统,由磁阻电动机和控制器组成,绕组电流是直流脉冲,只需整流,无需逆变,所以控制电路简单。这种电动机的转速在大范围内变化时,其系统效率比交、直流调速系统都高,且启动转矩大,启动电流小。但目前有关开关磁阻电动机的理论尚不够完善,有待今后进一步研究解决。
        目前,交流感应电动机的变频调速技术在家用空调器上的应用已相对成熟,采用脉冲幅度调制(Pulse Width Modulation)技术的交流电动机调速系统,在性能上已经接近直流调速系统,在产品价格和稳定性方面,交流电动机具有明显的优势,因而交流电动机调速系统仍然是当今变频压缩机驱动电动机的主流。直流无刷电动机调速技术的应用则方兴未艾,随着电力电子技术的发展和各种可关断元器件可靠性的提高和价格的逐步降低,直流无刷电动机调速技术高效、节能的优势将进一步显现出来。“直流防爆变频空调器”目前是日本变频空调器市场的主流,也将是我国防爆变频空调器发展的方向。