采用变频技术的制冷装置的优势分析

采用变频技术的制冷装置的优势分析

黄胜胜

福建省龙岩金叶复烤有限责任公司福建龙岩364102

摘要：本文论述了变频器结构及原理，分析了采用变频技术制冷装置具有能大幅节能、迅速达到设定温度及可实现系统的多种运行方式等技术优势的原理。

关键词：变频技术；制冷装置；节能

由于采用变转速压缩机能实现制冷装置的节能，并为系统提供多种运行模式，因此采用变转速压缩机的制冷装置日益增多。此外，由于变频空调具有高效、节能和控温精度高的优点，它已成为家用空调市场的主导产品。

一、变频器结构及原理

变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上。目前，市场主流的变频器基本结构如下：

图1是一个典型的电压控制型通用变频器的硬件结构框图，它的工作原理：工频的外部电源经过三相全波整流桥整流电路整流，给逆变电路和控制电路提供所需的直流电源，再通过直流中间电路对直流电路的输出进行平滑，得到质量较高的直流电源，最后在控制电路的控制下将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源，从而达到调节电机转速的目的，并通过控制电路和外部设备配合进行各种高性能的控制。

随着变频器技术的发展，尤其是高性能通用变频器的功能越来越丰富，变频器技术与传统的交流系统相比有着较大的优势。变频器控制系统具有节能、系统结构简单、维护简单、调速范围广、调速控制更容易、可以进行较高频度启停运转、易操作、可靠、环保等优点，因而变频器在各种领域中得到了广泛的应用。近年来，随着变频器技术的成熟发展，变频器技术在制冷装置中也得到了广泛的应用，彻底改变了其目前的低效、高能耗的状态，改善了制冷装置的运行性能，提高了工作效率，应用变频器技术是制冷装置发展的一种趋势。

随着经济的发展，人们生活水平的提升，人们对空调的需求量不断加大，而空调所产生的环境污染和对资源造成浪费，所以将变频技术应用于制冷空调系统中，可有效帮助空调制冷系统降低能量，节省能源并对延长空调寿命都有重要的意义。因此，加大对空调制冷技术的技术投入，要在技术上达到更大程度地突破，增强其市场竞争力。而变频技术能极大地改善其存在的问题，因而变频技术在制冷空调中的应用成为必然。中央空调系统最大负荷处于的时间相对较短，之后的负荷量会随着温度的不断变化而变化，空调的制冷系统一般会在自身可承受的范围内进行运作，系统记录的数据也会以制冷系统的最大负荷来计算。若没有对空调制冷系统进行很好地运作和调试将会使空调制冷系统的输出率大于其最大功率的承受，造成电能的浪费，增加其运营成本。

三、变频技术可实现制冷系统的大幅节能

制冷压缩机的耗电量约占制冷空调系统的45%左右，而在实际工作过程中，全年平均热负荷大约是峰值热负荷的60%～70%，即只有压缩机容量的50%～60%，造成压缩机在大部分时间在低负载下运转。对大中型冷库和中央空调系统，常采用活塞式、螺杆式、离心式三种类型的压缩机，压缩机在结构上都采用了一定的措施对能量进行调节，以适应工况的变化。例如：离心式压缩机是采用进气口导向叶片开度的变化来调节进气量，以调节制冷量的大小，俗称“扇门调节”，这种调节方式起到一定程度的节能作用，但“扇门调节”只是使电机的负载电流有所降低，而转速和电压保持恒定，无法从根本上改变电机在低负荷下效率低的问题。如采用变频器调速技术，电机的负载损耗、固有损耗和其它损耗有所下降，使电机的电流、电压和转速随频率的下降一起降低，功耗随流量降低的三次方关系降低，而且运行参数的控制精度提高，因此应用变频器代替节流的调节方式能到达节能的目的。目前，变速离心式压缩机的产品有一体化整机式和外接式，两种产品年平均节电30%以上，在低负荷时节电可达70%左右。螺杆式和活塞式压缩机都是采用改变工作容积的方法来减少制冷剂的流量，以达到调节制冷量大小的目的，但压缩机仍全速运转，热损失及电力浪费仍较大。如采用变频调节，与同等的固定转速压缩机相比，可节电35%～60%。压缩机节能是整个制冷空调系统的重点，为冷却水泵和冷却水塔降低能耗创造了条件，其节能回报率是最高的部分。

四、实现压缩机软启动

五、变频技术可实现系统的快速制冷及高精度的温度控制

由于压缩机制冷（热）量与速度成正比，所以如果最高变频压缩机转速为2～3倍的压缩机转速，则达到快2～3倍的设定温度。采用变频技术的制冷空调系统技术上已实现了计算机测控温度，温控精度通常在±0.5℃，而普通系统多为双位调节控制，如将温度控制精度提高一倍为±1．5℃，系统达到设定温度后将停机，当温度下降时，压缩机再次开始运行，导致压缩机停止时间比原温控制精度下增加一倍，降低了系统的运行速度，导致系统的能耗增加；此外，频繁的启动和停机将造成压缩机损坏，使用寿命降低。

六、变频技术可为系统提供更多的运行模式

变频系统配有计算机测控系统、流量控制调节装置等，可实现系统工作的智能化，提供普通的制冷系统不能做或做不好的运行方式。

1、逆循环除霜模式。变频系统的除霜控制也可实现节能和省时。普通空调机组逆循环除霜时室内温度下降约为6℃，而变频空调的室内温度下降仅有2℃，远低于普通空调。这一趋势在冰箱逆循环除霜过程中也一样。这是因变频系统在除霜过程中可大幅增加除霜所需的供热量，缩短除霜时间。

2、冰箱开关门速冻模式。冰箱中采用变频技术使系统运行实现智能化。当启动或开门放入较多食物时，冰箱内温度较高，则控制压缩机高速运行，此时压缩机输出功率较大，制冷量增加，达到快速冷却的目的；随着箱内温度的下降，所需的制冷量相对降低，则控制压缩机使其转速也逐步减小，消耗功率逐步降低。在正常使用情况下，压缩机大部分运行于低速档，且压缩机在低速运行时效率较高，噪声较低，比普通压缩机省电，安静。变频系统为除霜、启动、冰箱开关门、热泵制冷运行模式的转换等提供了合理的运行方式。此外，它还可以实现多温控系统的柔性控制。由于各种变频系统工况要求制冷量可调范围广泛，除了压缩机的制冷量可大幅调整外，还需要系统的其他部分也可以辅助调节，满足要求。变频系统的换热器通常用于多转速风机电机。换热器的传热系数能通过调整风机的转速和风量来改变，以满足换热的要求。节气组件采用电子膨胀阀，它的调节过热度及流量调节范围大，便于计算机控制。对系统进行智能化控制还需计算机（CPU）、电子膨胀阀驱动电路、风机等电器的控制电路、逆变器的逻辑控制电路、储存单元等。变频系统可实现制冷量大幅变化和更合理的运转模式，可以实现所需的制冷温度快速准确并保持温度。因此，相对于定速系统，它更能满足仪器、设备所要求的工作温度，为食品保鲜、储存提供更为优良的条件，进一步满足人们对生活工作环境的舒适性要求。

七、结语

总之，在制冷装置中，应用变频技术是降低系统能耗、节电、提高运行性能、提高控制精度、环保的重要手段。随着新型电力电子器件、高性能微处理器的应用和控制技术的发展，变频技术在大容量、小体积化、高性能、多功能化等方面得到了进一步的发展，使得制冷系统的应用更上一个台阶，前景更光明。

参考文献：

[1]王沣浩.变频空调控制系统的应用状况分析[J]．制冷学报，2016．

[2]周乾纲.论述变频空调的技术优势与节能机理[J]．电机电器技术，2016．

[3]刘东.变频技术在制冷家用电器上的应用研究[J]．制冷与空调，2017．