變頻壓縮機在冰箱中的節能技術初探

任禎 徐昊

REN Zhen XU Hao

松下冷鏈（大連）有限公司 遼寧大連 116600

Panasonic Appliances Cold Chain (Dalian) Co., Ltd Dalian 116600

1 引言

傳統的冰箱壓縮機為單相電機，屬于定頻壓縮機，主要通過繞組來控制電機的運行，其功耗約為2～3W。在節能減排理念提出之后，冰箱的定頻壓縮機受到了廣泛關注，大部分研究學者都對冰箱的電機進行了分析研究，意在降低定頻壓縮機的功耗，比如“e-PTC”啟動器，能夠有效降低壓縮機運行的功耗，而變頻壓縮機的出現則進一步提升了冰箱的節能效果。因此，對于變頻壓縮機的研究分析具有一定的理論意義。

2 變頻壓縮機分析

在冰箱的發展歷程中，壓縮機的技術升級對冰箱節能效果的影響是最為重要的，是壓縮機的發展帶動了冰箱的發展。就目前的技術而言，壓縮機的電機性能及結構性能有了很大的提升，其制冷效率已經達到COP2.0的水平，在很大程度上降低了冰箱的能耗。不僅如此，壓縮機的制冷量及絕熱效率等方面的優化也能使冰箱達到節能的目的。其中，壓縮機的制冷量主要由壓縮機的轉速決定，而壓縮機對轉速的控制可以通過變頻技術來實現。因此，變頻壓縮機在冰箱節能技術方面發揮著關鍵作用。

變頻壓縮機主要通過模擬三相交流電機的運行方式，利用三個繞組的差異性工作狀態實現對電機的控制。在不同的工作狀態下，繞組的頻率及波形長度有所不同，其轉速也有所差異。當頻率相對較高的時候，電機轉速隨之增加，變頻壓縮機的功率增加，相應的制冷量升高；當頻率相對較低的時候，電機轉速隨之降低，變頻壓縮機的功率降低，相對應的制冷量減少。

在實際的變頻壓縮機制造過程中，制造企業會應用永磁材料作為轉子的制造材料，以此提升變頻壓縮機的效率。在變頻壓縮機運行的過程中，永磁材料主要通過充磁處理來保障其性能。工作人員可以通過電子控制技術進行電機的設計，實現繞組磁場的優化，以此提升變頻壓縮機的運行效率。另外，變頻壓縮機的控制系統涉及到變頻板的設計，變頻板的功耗會對變頻壓縮機的COP參數造成較大的影響，變頻板的功耗越大，則表明變頻壓縮機的運行效率越低。因此，在變頻壓縮機的制造過程中，制造企業需要注重變頻板的設計，降低其功耗，提升變頻壓縮機的節能效果[1]。

3 變頻壓縮機在冰箱中的節能技術分析

3.1 變頻壓縮機的節能原理

在實際的冰箱制冷系統設計過程中，冰箱的蒸發器和冷凝器在設計方案明確之后，不可以進行更改，這就使得冰箱的蒸發面積以及冷凝面積不會出現變化。而對于冰箱的制冷系統來說，制冷量及散熱量與冰箱的蒸發和冷凝有直接的關系，蒸發和冷凝的溫度差會影響冰箱的散熱量，從而對冰箱的負荷造成影響。與此同時，冰箱的負荷還會受到環境溫度的影響。變頻壓縮機可以通過轉速的變化提供不同的制冷量，如果變頻壓縮機的轉速相對較低，制冷量也比較少，可滿足低溫環境下冰箱對于負荷的需求；如果變頻壓縮機的轉速相對較高，制冷量也比較高，則可滿足高溫環境下冰箱對負荷的需求。

因此，在冰箱制冷系統的蒸發器和冷凝器固定的基礎上，變頻壓縮機制冷量降低之后，很容易使蒸發器和冷凝器發生匹配過大的現象，在很大程度上提高了冰箱的蒸發溫度和冷凝溫度，降低蒸發溫度、冷凝溫度與環境溫度之間的差值，從而提升變頻壓縮機的制冷效率，才能實現冰箱的節能。

3.2 節能技術的應用效果

通過變頻壓縮機的節能原理可知，當制冷量相對較小時，變頻壓縮機能夠產生較高的蒸發溫度，從而提高制冷效率。一般來說，冰箱的運行環境相對復雜，而變頻壓縮機的節能技術可以應用于低溫及高溫等多種環境下。在低溫環境下，冰箱附近的熱負荷相對較小，消耗的電量隨之降低；在高溫環境下，冰箱附近的熱負荷相對較大，壓縮機需要進行長時間的運行，不僅工作效率低，消耗的電量也比較大。有研究學者對變頻壓縮機和定頻壓縮機在冰箱中的節能效果進行了分析，分析的結果顯示：在變頻壓縮機的運行中，會根據冰箱不同的溫度環境，設定相應的制冷量參數，通過制冷量參數的調節，使變頻壓縮機的制冷量和冰箱的熱負荷相對應，降低冰箱的能源損耗，保障冰箱在任意溫度環境下都有良好的節能效果。

3.3 節能技術的應用方式

第一，直冷單循環制冷系統。在目前應用較為廣泛的電腦溫控冰箱中，主要通過開關電源實現對控制板的設計，這類冰箱的控制板功耗能夠控制在0.2W以內，24小時的耗電量為0.0048kW?h。在機械溫控冰箱中，功率主要由壓縮機運行產生，功耗約在2W左右，24小時的耗電量為0.48kW?h，能耗相對較大。因此，變頻壓縮機能夠通過直冷單循環制冷系統轉變電機的運行轉速，提升自身的運行效率。具體而言，變頻壓縮機可以在低速運轉的狀況下，提升制冷系統的蒸發溫度，避免控制板出現功耗，實現冰箱的節能。

第二，無霜冰箱系統。和直冷冰箱系統相比，無霜冰箱系統更為復雜，包括制冷系統、風道系統以及化霜系統等多個子系統，變頻壓縮機的運行時間控制難度較大。有研究學者將化霜累計時間控制不變，對變頻壓縮機的運行進行分析，當變頻壓縮機保持在1600RPM的低轉速運行時，在蒸發溫度提高2℃的同時，變頻壓縮機的效率提升了10%，有效實現了冰箱的節能。

第三，風直冷多循環系統。冰箱的風直冷多循環系統具備一定的獨立性，冰箱的冷藏室及冷凍室均保持獨立運行狀態，冷藏室和冷凍室應用的蒸發器采用并聯的連接方式，充分體現了多循環制冷系統的優勢。在該制冷系統中，可以根據不同冷凍室的能量需求，進行制冷系統運行時間的調節，降低變頻壓縮機的運行時間，降低電量及能耗。這種節能技術能夠確保變頻壓縮機的運行狀態滿足冰箱的制冷需求，有助于制冷效率的提升，實現了變頻壓縮機制冷量的高效控制[2]。

4 結論

綜上所述，變頻壓縮機可以有效提高冰箱的制冷效率，降低冰箱的能耗，值得推廣應用。通過本文的分析可知，變頻壓縮機在應用的過程中，充分利用自身的可調節性，保障制冷系統的制冷量和冰箱的熱負荷向對應，提升變頻壓縮機的運行效率，降低冰箱的能耗，使冰箱在多種環境溫度下具備良好的節能效果，促進了冰箱的節能技術發展。