分析DSP技術(shù)的變頻空調(diào)節(jié)能性

謝孟喆（鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，河南鄭州，450000）

分析DSP技術(shù)的變頻空調(diào)節(jié)能性

謝孟喆
（鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院，河南鄭州，450000）

使用DSP產(chǎn)品，作為核心控制器件，發(fā)揮此芯片的作用，即超強(qiáng)的實(shí)時(shí)計(jì)算能力與集成器件等，使得變頻空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的可靠性，能夠提高15%左右的電壓利用率，降低器件開關(guān)損耗，提升空調(diào)的節(jié)能水平。

DSP技術(shù)；變頻空調(diào)；電壓利用率；開關(guān)損耗

0 引言

現(xiàn)階段，變頻空調(diào)市場(chǎng)的發(fā)展，使得DSP數(shù)字電源軟件算法平臺(tái)技術(shù)以及正弦波永磁同步變頻空調(diào)技術(shù)等的水平不斷提升，各大制造商將掌握此類技術(shù)，作為企業(yè)研發(fā)的主要內(nèi)容，力求提高變頻空調(diào)節(jié)能性，提升產(chǎn)品的性能，降低生產(chǎn)成本，獲得更多的市場(chǎng)份額，以更好的促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

1 DSP技術(shù)在變頻空調(diào)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

將DSP技術(shù)，應(yīng)用在變頻空調(diào)中，通過內(nèi)裝變頻器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)合理利用能源，使得空調(diào)整體節(jié)能能夠達(dá)到30%以上，減少運(yùn)行噪音，延長空調(diào)使用的效率。基于DSP的變頻空調(diào)，其溫度調(diào)節(jié)速度快，溫度控制精準(zhǔn)性較高。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，通過改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)制冷制熱控制，通過設(shè)置變頻制冷與制熱量變化范圍，比如36GW變頻制冷量控制在360-400W范圍內(nèi)，將制熱量控制在300-6800W范圍內(nèi)，能夠?qū)⑹覂?nèi)溫度控制精確至-1～1℃。利用DSP智能芯片，能夠基于室內(nèi)外溫度與人體需要的溫度，能夠?qū)崿F(xiàn)冷熱流量智能控制，提供舒適恒溫的環(huán)境。

2 基于DSP的變頻空調(diào)空間電壓矢量控制實(shí)現(xiàn)分析

基于DSP的SVPWM逆變器，其發(fā)揮V/F開環(huán)控制特點(diǎn)，能夠提升逆變器輸出線電壓幅值，至少能夠提高20%，啟動(dòng)性能好，諧波分量較少，能夠減少空調(diào)頻繁操作。現(xiàn)對(duì)其控制的實(shí)現(xiàn)，做以下論述：

2.1 選擇壓縮機(jī)變頻調(diào)制方式

在壓縮機(jī)變頻調(diào)速的過程中，主要采取的變頻調(diào)制方式為SVPWM控制算法，此算法簡(jiǎn)單，具有電流諧波小與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等優(yōu)勢(shì)。在具體操作的過程中，主要是將相鄰近的2個(gè)非零電壓矢量各自開關(guān)相同的時(shí)間，按照角平分線方向，進(jìn)行合成，獲得新幅值相等等效電壓矢量。基于矢量合成原理，能夠獲得輸出瞬時(shí)空間電壓矢量，即Vout，預(yù)設(shè)Vout為V1（100）與V2（110）合成其角平分上的工作電壓矢量，作用時(shí)間為T，將開關(guān)周期設(shè)為Tp，基于平均值等效原理，計(jì)算作用時(shí)間[1]。

2.2 選擇硬件

為能夠滿足變頻控制的設(shè)計(jì)需求，需要合理選擇數(shù)字信號(hào)處理器，選擇高性能的DSP芯片，比如TMS320LF2407系列，將內(nèi)核與微控制器外設(shè)，集成在單片中，采用4級(jí)流水線操作，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，減少硬件的限制。此芯片擁有6套16位內(nèi)部總線、32KB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器等，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，各事件管理器具有可編程功能的單元以及功率保護(hù)中斷引腳，能夠產(chǎn)生PWM波，便于控制各類電機(jī)，便于進(jìn)行變頻調(diào)速。

2.3 設(shè)計(jì)軟件

變頻空調(diào)運(yùn)行對(duì)時(shí)間精度的要求不高，在CCS集成開發(fā)環(huán)境下，進(jìn)行程序編寫，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，能夠滿足空調(diào)運(yùn)行的需求。綜上所述，基于DSP的變頻空調(diào)，其系統(tǒng)組成主要包括永磁空調(diào)壓縮機(jī)、定子電流檢測(cè)環(huán)節(jié)等，利用控制器軟件，實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)，能夠直接輸出PMW信號(hào)，經(jīng)過光耦隔離后，接入壓縮機(jī)，便于對(duì)壓縮機(jī)，進(jìn)行變頻調(diào)速。此設(shè)計(jì)中，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)使用DSP，作為系統(tǒng)核心控制器件，利用芯片實(shí)時(shí)計(jì)算能力優(yōu)勢(shì)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加的簡(jiǎn)單，提升變頻空調(diào)的運(yùn)行節(jié)能性。

3 基于DSP的變頻空調(diào)節(jié)能性能分析

空調(diào)冷系統(tǒng)主要組成包括冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)，通過銅管，依據(jù)設(shè)計(jì)順序，形成空調(diào)運(yùn)行系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，加入制冷劑，能夠?qū)崿F(xiàn)制冷。目前，空調(diào)系統(tǒng)主要采取的是環(huán)保型制冷劑，以減少空調(diào)對(duì)環(huán)境的影響。現(xiàn)對(duì)基于DSP的變頻空調(diào)節(jié)能性能的實(shí)現(xiàn)，做以下分析。

3.1 壓縮機(jī)的節(jié)能

以中央空調(diào)調(diào)制系統(tǒng)為例，制冷壓縮機(jī)作為主要組成部分，在空調(diào)系統(tǒng)制冷工況中的電量消耗，占據(jù)整體系統(tǒng)運(yùn)行的40%作業(yè)。實(shí)際運(yùn)行期間，每年平均負(fù)荷能夠占據(jù)峰值負(fù)荷的60%，占據(jù)壓縮機(jī)容量的一般，如此會(huì)使得壓縮機(jī)處于低負(fù)荷載運(yùn)行狀態(tài)下。將制冷壓縮機(jī)，給應(yīng)用到中央空調(diào)制冷系統(tǒng)中，可采用螺桿式或者離心式等，來滿足設(shè)計(jì)需求，通過設(shè)置調(diào)節(jié)功能，能夠按照運(yùn)行工況，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)變化，提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率，便于系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)節(jié)能。以離心式為例，此壓縮機(jī)運(yùn)行通過改變進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)。從空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際來說，扇門調(diào)節(jié)具有節(jié)能作用，降低電機(jī)負(fù)載電流，確保電機(jī)運(yùn)行電壓與轉(zhuǎn)速處于穩(wěn)定狀態(tài)，難以達(dá)到節(jié)能。而利用變頻器，進(jìn)行調(diào)速，能夠降低電機(jī)損耗，當(dāng)電機(jī)電壓與電流等下降，能夠降低電機(jī)功耗，提升參數(shù)控制精度。

3.2 變頻控制器的應(yīng)用

基于變頻空調(diào)運(yùn)行原理，利用變頻技術(shù)，通過安裝變頻控制器，來改變空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，采取連續(xù)調(diào)節(jié)制冷或者制熱量的形式，實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度與頻率的控制，使得室內(nèi)溫度可以隨著空調(diào)設(shè)定溫度曲線，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能，營造健康舒適的環(huán)境。變頻中央空調(diào)制冷系統(tǒng)的應(yīng)用，具有以下優(yōu)勢(shì)：1）在低溫運(yùn)行工況下，具有較強(qiáng)的制熱能力。在此過程中，通過增加壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)熱量控制，制熱量為傳統(tǒng)空調(diào)的1.7倍。2）具備自啟動(dòng)功能。在斷電的運(yùn)行狀況下，變頻空調(diào)制冷系統(tǒng)能夠自動(dòng)啟動(dòng)，迅速恢復(fù)正常，而傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，其需要通過手動(dòng)調(diào)節(jié)，來恢復(fù)運(yùn)行。3）制冷速度快。因?yàn)橹醒肟照{(diào)制冷系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，對(duì)制冷或者制熱的速度較快，將變頻技術(shù)應(yīng)用于中央空調(diào)上，可有效解決此問題，可以短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大風(fēng)量，快速達(dá)到設(shè)定溫度。

3.3 風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

基于DSP技術(shù)的變頻空調(diào)系統(tǒng)，其節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開風(fēng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的空調(diào)中，多采取固定風(fēng)量控制系統(tǒng)，難以有效的調(diào)節(jié)新風(fēng)量，空調(diào)能源消耗較高。而基于GSP技術(shù)的變頻空調(diào)系統(tǒng)，其利用變頻技術(shù)，可以節(jié)約將近30%的空負(fù)荷，使得空調(diào)運(yùn)行能源節(jié)約可以達(dá)到50%左右。此技術(shù)的應(yīng)用，不再采取控制送風(fēng)靜壓以及溫度的方式，采取變靜壓與變溫度的方式，實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能目標(biāo)，為人們提供健康舒適的環(huán)境。

3.4 循環(huán)水泵的應(yīng)用

在變頻空調(diào)調(diào)制系統(tǒng)中，循環(huán)水泵也是主要的組成部分，在空調(diào)運(yùn)行的過程中，發(fā)揮著重要的作用，其耗電量占據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行耗電總量的25%左右，因此實(shí)現(xiàn)變頻空調(diào)節(jié)能目標(biāo)，必須要重視循環(huán)水泵的節(jié)能設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段，制冷空調(diào)系統(tǒng)較為常用的是VM系統(tǒng)，在實(shí)際工作中，主要是依靠系統(tǒng)負(fù)荷，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.5 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能

依據(jù)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的回水溫度進(jìn)行判斷：假如回水溫度高，則表明空調(diào)房中的溫度比較高，需要對(duì)冷凍泵的流速提升，促進(jìn)冷凍水的循環(huán)速度；如果水溫比較低，則需要降低冷凍泵的流速，減慢冷卻水循環(huán)系統(tǒng)流速，以此達(dá)到恒溫控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。

4 結(jié)束語

基于DSP的變頻空調(diào)，其實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是依托DSP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間電壓矢量控制。利用變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能溫度調(diào)節(jié)，降低系統(tǒng)運(yùn)行能源消耗，通過提升系統(tǒng)各組成部分，來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

[1]羅曉輝.變頻節(jié)能技術(shù)在中央空調(diào)中的應(yīng)用探討[J].科技與創(chuàng)新,2017（06）:152+155.

To analyze the energy efficiency of variable frequency air conditioning of DSP technology

Xie Mengzhe
(Zhengzhou university of physics and engineering,Zhengzhou Henan,450000)

Products, using DSP as the core control device, give play to the role of the chip, the super real-time computing power and integrated device, etc., the frequency conversion air conditioning system has simple structure, strong reliability, can raise the voltage utilization ratio of about 15%, reduce the loss of switch device, raising the level of energy saving in air conditioning.

DSP technology; Variable frequency air conditioning; Voltage utilization; Switching loss