浅谈变频器在家用电器中的应用

浅谈变频器在家用电器中的应用

唐培良

（浙江省轨道交通运营管理集团有限公司海宁分公司浙江省海宁市）

摘要：现在变频器的应用越来越广泛，特别在家用电器方面，由于具有高效、舒适静噪等效果，更主要的是变频器具有节能作用，而节能是工业发展及能源消耗必须要重视的问题，是实现企业可持续发展的必要保证。因而其性能优势已逐渐在消费领域彰显出来。本文章主要讨论了变频技术在家电产品中的应用情况，指出变频家电是新一代家用电器的发展趋势。

关键词：变频器；家用电器；应用；节能

1引言

通常，家用电器用得最多的是单相异步电动机，靠电容或电阻来分相。电机在工作时常处于短时重复状态（开／停），如空调、冰箱等。这样势必带来起动频繁、噪声大、电机寿命短、温度稳定性差以及能耗高等一系列弊端，随着科学技术的不断发展，人们对电气节能给予了更多的关注。传统直流拖动的薄弱环节逐渐表现出不合时代发展要求。换向器制约了直流电机的维护及使用。于是人们开始了交流调速技术的应用研究，自20世纪80年代后，已广泛地应用于我国国民经济的各行各业，家电行业也不列外。

2变频技术原理

2.1变频器的基本概念

变频家电分交流变频和直流变频两类。交流变频家电是指采用三相感应电机的产品，而直流变频家电是指采用三相直流无刷电机的产品。两者相比，后者能耗比高，尺寸也比较小，但价格却比前者高出许多。目前，我国制造的变频家电大多数都是交流变频产品。以变频空调来说，2001年我国变频空调的产量预计可达200万台，比去年上升7％，其中交流变频空调占总量的90％以上。

2.2变频器的结构

变频器通常包括：整流电路、中间直流电路、平波电路、控制电路、驱动电路、逆变电路等几大部分，其中控制电路完成对主电路的控制。整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。

2.3变频技术的基本原理

异步电机的变频调速原理主要是通过改变电源频率来进行的。这一功能通常是通过变频器来实现的，变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。一般采用PWM变频控制系统，其工作原理首先是将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f的协调控制的要求。PWM的优点是能消除与抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。

2.5交-交变频技术

所谓变频就是利用大功率电子器件（如巨型晶体管GTR、绝缘栅双极型功率晶体管IGBT）将380V、50H的市电变换为用户所要求的交流电源或其他电源。常见的变频技术有交-交变频技术和交-直-交变频技术。

交-交变频是直接将工频电源转变成所需频率的交流电。它由两组反向并联的变流器组成，如果令正组变流器和反组变流器轮流地导通，则在负载上就获得交变的输出电压。输出电压的幅值可以通过改变变流器的控制角加以调节，频率则由正、反两组变流器轮流导通的切换频率所决定。

2.6交-直-交变频技术

交-直-交变频技术通常是通过变频器来实现的，变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU/DSP）等部分组成。其原理是：首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，来满足变频调速对U/f协调控制的要求，它在家用电器领域应用非常广泛。其优点是能消除与抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉动小，调速范围宽。

3变频技术在家电中的应用

3.1变频技术在空调上的应用

空调器应用变频技术后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到节能降耗，从而使室内温差波动很小，人体舒适度大大提高。采用模糊控制的变频空调已成为当今发展的主流。空调器的模糊控制就是快速感知房间的各主要参数，通过传感器获得室温变化、室内外温度、湿度、房间情况等大量数据，将这些实测数据与大量经验数据相比较，应用模糊理论使变频压缩机、电子膨胀阀和风机及风门这些执行机构作出相应的快速调节。变频空调在舒适性、静音、恒温以及高效运转、延长使用寿命等方面有显著优势，是空调发展的大趋势。

3.2变频技术在电冰箱上的应用

传统电冰箱，由于它处于全天间歇工作，功耗及噪声问题严重。变频冰箱是在原普通冰箱基础上，采用了专用变频压缩机和驱动器，增加了变频控制系统，利用模糊控制原理使压缩机始终处在最佳低速运行状态。根据冰箱内的温度传感器测得各室温度值，得出相应的温度变化率，应用模糊神经推理确定箱内食品的温度，进而控制变频压缩机的转速、风扇和风门的开闭，达到最佳的运行状态和最佳的保鲜效果。可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。

3.3变频技术在洗衣机上的应用

变频洗衣机应用了数字变频技术和模糊控制理论，采用无级调速系统、高精密度轴承和直流无刷变频电机，在运行中实现了无级变速，能够针对不同衣物材质确定不同的洗涤、脱水速度，大大提高了衣物的洗净率，降低了对织物的机械磨损。

变频洗衣机将机械传动机构改为直接驱动方式，大大减少了机械传动的噪音。可使洗衣机运行中的噪音降低10分贝以上。变频洗衣机电机工作效率则由普通洗衣机的40％～50％提高到80％以上，大大节省了能源。与传统产品相比，它具有全能洗、节能洗、静音洗等特点。

4变频技术的发展方向

4.1交流变频向直流变频方向

直流变频是以数字转换电路代替交流变频中的交流转换电路，使负载电机始终处于最佳运行状态。它摒弃了交流变频技术的交流－直流－交流－变转速方式交流电机的循环工作方式，采用先进的交流－直流－变转速方式数字电机的控制技术，无逆变环节，因而减少电流在工作中转变次数，使电能转化效率大大提高，能够实现精确控制，平稳安静高效地运转。同时，避免了交流变频电机电磁噪声较大的缺点，噪声更加低。

4.2功率器件向高集成智能功率模块发展

虽然单个功率器件的效率越来越高，控制简化，但电的复杂性给生产和测试带来不便。智能功率模块（IPM）是将功率器件的配置、散热乃至驱动问题在模块中解决，因而易于使用，可靠性高。以变频空调为例，我国的变频空调几乎100％采用IPM方式。

5结束语

随着科学的发展，变频技术正在给形形色色的家电带来新的革命，并将给用户带来更大的福音。今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展。变频技术的日新月异，其中应用最广的变频器正向着数控化、高频化、数显化、高集成化、高可靠性、低成本的方向发展。

参考文献：

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