變頻空調(diào)器控制系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

袁海

[摘 ? ?要]在現(xiàn)代化發(fā)展不斷加快的過程中，我國國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高。在這樣的背景之下，我國各行各業(yè)都有了顯著的發(fā)展提升，然而能源的缺乏成為當前極為重要的發(fā)展問題。能源的消耗問題始終都是人類發(fā)展進步過程中的重要問題，隨著現(xiàn)代化的不斷加快，各國對于能源的消耗量與日俱增，這在很大程度上帶來了嚴重的能源危機。針對能源缺乏的問題，我國政府也在積極地做出應對措施，并大力倡導從源頭上解決問題，不斷發(fā)展先進技術(shù)，以達到降低能耗、節(jié)約能源的最終目的。文章主要針對空調(diào)器的使用進行分析，針對傳統(tǒng)空調(diào)器大量的能源損耗問題進行介紹，由此推出新一代的變頻空調(diào)器，對于空調(diào)器變頻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其未來發(fā)展方向進行深入的探討，由此來為我國降低能耗提出應對措施。

[關(guān)鍵詞]變頻空調(diào)器;控制系統(tǒng);技術(shù)研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

[中圖分類號]TM925 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]In the process of accelerating the development of modernization， the national economy of our country is developing rapidly and the living standard of the people is improving continuously. In this context， China's various industries have a significant development， but the lack of energy has become an extremely important development problem. The problem of energy consumption is always an important problem in the process of human development and progress. With the acceleration of modernization， the consumption of energy in various countries is increasing day by day， which to a large extent brings a serious energy crisis. In view of the problem of energy shortage， our government is also actively making countermeasures， and vigorously advocating to solve the problem from the source， constantly develop advanced technology， so as to achieve the ultimate goal of reducing energy consumption and saving energy. This paper mainly analyzes the use of air conditioners， introduces a large number of energy loss problems of traditional air conditioners， and then introduces a new generation of frequency conversion air conditioners. This paper discusses the development status and future development direction of frequency conversion technology of air conditioner， and makes countermeasures for reducing energy consumption in China.

[Keywords]frequency conversion air conditioner; control system; technical research status; development trend

在現(xiàn)代化發(fā)展不斷加快的過程中，城市化建設(shè)及工業(yè)化發(fā)展也是尤為迅速，世界各國對于能源的需求量也在不斷增加。目前，我國為實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，對于節(jié)能降耗技術(shù)的研究也是愈發(fā)重視。當前空調(diào)作為一種常見的家用設(shè)備，在使用過程中耗電量很大，一度成為家庭用電的主要設(shè)備。而傳統(tǒng)的空調(diào)器之所以迅速地退出市場，正是由于其運行效率低下導致很大程度上的能源浪費，因而當前設(shè)計出了新的空調(diào)器——變頻空調(diào)器，變頻空調(diào)器相較于傳統(tǒng)的空調(diào)器有著很大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在其節(jié)能效果優(yōu)異。就目前而言，我國對于變頻空調(diào)器的使用逐漸增多，國外針對變頻空調(diào)器的使用自1992年便開始了，其中比較著名的包括富士通的AS28TPR型、日電的RCV8BV25B型等都廣泛的應用了變頻調(diào)速技術(shù)，以此來提高空調(diào)器變頻驅(qū)動系統(tǒng)的運行性能。我國關(guān)于變頻空調(diào)器的使用是20世紀90年代初開始的，變頻空調(diào)器一經(jīng)引入便得到了國內(nèi)市場的廣泛關(guān)注，很多空調(diào)生產(chǎn)商家都從國外引入變頻空調(diào)器的生產(chǎn)技術(shù)，并在吸取國外變頻空調(diào)技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，開始進行我國變頻空調(diào)器的研發(fā)。雖然我國變頻空調(diào)器的引入時間較晚，但在該方面的研究發(fā)展始終沒有減少，因而當前我國市場對于變頻空調(diào)器的需求量很大，同時國內(nèi)也有生產(chǎn)的能力，由此便推動了我國空調(diào)市場的良性競爭發(fā)展，對于變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的長遠發(fā)展也有著重要意義。

1 空調(diào)器變頻技術(shù)的發(fā)展形勢分析

就目前我國空調(diào)器變頻技術(shù)的發(fā)展而言，在諸多技術(shù)的研究上已經(jīng)取得了突破，但由于變頻空調(diào)器控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，很大程度上也給產(chǎn)品的標準化設(shè)計帶來了一定的難度，同時伴隨著一些國外生產(chǎn)廠家對于關(guān)鍵技術(shù)的封鎖，導致當前空調(diào)器變頻技術(shù)的研發(fā)遇到了很大的難題。因而就當前我國空調(diào)器變頻技術(shù)的發(fā)展進行分析，對當前空調(diào)器變頻技術(shù)控制理論在實際應用過程中所存在的問題進行探討，由此來促進我國變頻空調(diào)器控制系統(tǒng)的進一步升級。在該方面的研究過程中，需要對空調(diào)器的基本結(jié)構(gòu)進行分析，對于傳統(tǒng)的空調(diào)器而言，在使用過程中壓縮機電機需要不斷地克服轉(zhuǎn)子由靜止到額定轉(zhuǎn)速的變化過程中所產(chǎn)生的巨大轉(zhuǎn)動慣量，其中啟動力矩需要高出運行力矩很多倍，這就導致在實際的使用過程中會耗費巨大的電能，長期以往便會導致壓縮機相關(guān)的運動部件受到巨大的磨損。因而在變頻空調(diào)器的設(shè)計過程中，需要對其變頻壓縮機進行具體的要求，即避免頻繁的啟停過程。以下便針對空調(diào)器的變頻調(diào)速技術(shù)進行關(guān)鍵技術(shù)組成的研究。

1.1 逆變器的簡要分析

變頻空調(diào)器的使用過程中，變頻器是其核心的部件，其中主電路的連接一般采用交-直-交電壓型方式，此外，在運行過程中還會使用到一個逆變器控制器、一個輔助電源以及相應的驅(qū)動電路。在早期的空調(diào)變頻器中所使用的逆變器往往是由六只分立的功率晶體管構(gòu)成，由這類元件所組成的電路可靠性較差，同時在連接的過程中也是比較復雜的，需要耗費大量的人力。因而對于變頻空調(diào)器的逆變器進行了改進，采用六個絕緣柵級晶體管來構(gòu)成逆變器，在此過程中綜合了多方面元件的優(yōu)點，因而最終在使用過程中具有驅(qū)動頻率小、開關(guān)頻率高等方面的優(yōu)點。在當前的研究過程中，我國智能技術(shù)發(fā)展迅速，對于空調(diào)器變頻技術(shù)中的逆變器進行了進一步的變革，在此過程中，逆變器具有更高的可靠性，同時也能在使用過程中進一步對電路起到保護作用，而價格方面也是比較合理的，因而此逆變器在當前空調(diào)市場中的應用尤為廣泛。這類逆變器也逐漸成為家用空調(diào)發(fā)展的大方向。

1.2 變頻壓縮機電機的應用分析

一般的，變頻壓縮電機包含兩種類型，即根據(jù)電流類型劃分為交流異步電動機以及直流無刷電動機。當前我國壓縮機的生產(chǎn)廠商對于變頻壓縮機的生產(chǎn)也有著一定的方法，但總體技術(shù)卻存在著明顯的缺陷。在實際應用的過程中交流電動機的使用比較廣，這主要是由于交流電動機的生產(chǎn)成本比較低，但其缺陷則體現(xiàn)在節(jié)能效果比較差。而直流無刷電動機則是由轉(zhuǎn)子位置傳感器以及電子換向開關(guān)兩部分組成，在此過程中，通常按照轉(zhuǎn)子的磁場定向的電子電流矢量變換控制進行研究，由此來使其具備普通電機的基本調(diào)速性能，又很大程度上消除了無線電的干擾，因而在使用過程中具有較高的可靠性以及較長的使用壽命。根據(jù)兩種壓縮機電機的不同點進行分析，可以發(fā)現(xiàn)直流無刷電動機有著更好的性能，因而也成為未來變頻壓縮機電機的主要發(fā)展方向。當前國外在發(fā)展過程中針對變頻空調(diào)器重新設(shè)計了壓縮機，并將單相電容的電機進行改進，由此具備了較好的調(diào)速性能。而我國對于該方面的研究仍有待進一步提升，隨著國內(nèi)市場對于變頻壓縮機的需求量不斷增大，有必要研究出符合我國使用的壓縮機，由此來設(shè)計相應的單相電容電機的變頻器，為國內(nèi)變頻壓縮電機的發(fā)展提供相應的技術(shù)支撐。

2 智能控制在空調(diào)器中的應用分析

當前隨著相關(guān)科學技術(shù)的快速發(fā)展，家用空調(diào)器的研究也有了很大的進展，其中最為顯著的變化便是空調(diào)器的控制方法。目前，針對空調(diào)器的控制方法開始采用以單機片為核心的溫度控制器，并采用PID進行調(diào)節(jié)，由此便形成了一個閉環(huán)連續(xù)控制系統(tǒng)。在實際的應用過程中，家用空調(diào)處于密閉環(huán)境之中，其被控制的對象則是房間的溫度場，因而在進行熱交換的過程中也比較復雜，而采用PID調(diào)節(jié)器參數(shù)則很大程度上又會對數(shù)學模型產(chǎn)生依賴，這就導致在使用過程中有著很大的矛盾。而我國智能技術(shù)的發(fā)展則對該方面的問題進行了有效的解決，其中模糊控制則是人工智能技術(shù)中形成比較早的一個分支，在應用過程中適合于結(jié)構(gòu)復雜且無法使用傳統(tǒng)理論進行建模的問題。因而在空調(diào)系統(tǒng)的控制過程中，對于控制對象的多方面特征進行分析，其中控制參數(shù)在線條件比較困難，而FLC卻能夠較好地適應這一類特征，這就很大程度上引起了空調(diào)研究領(lǐng)域人員的廣泛關(guān)注。當前我國已經(jīng)將智能控制成功地應用于家用空調(diào)器控制系統(tǒng)中，實踐證明該方面的研究結(jié)果有著極為重要的價值。模糊控制技術(shù)在空調(diào)器中的應用研究仍在不斷深入，而在研究的過程中也逐漸的由溫度控制向著以PMV控制基準進行發(fā)展，其中與人工智能領(lǐng)域相結(jié)合的智能模糊控制也在一定程度上對過程參數(shù)的變化提出了新的要求，且國外已經(jīng)出現(xiàn)了一些基于遺傳算法的模糊空調(diào)器等空調(diào)系統(tǒng)。由此可見，在智能模糊控制方面的研究對于空調(diào)器系統(tǒng)的研發(fā)有著重要意義，這也是我國當前空調(diào)控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。我國很多科研人員都針對模糊控制器進行了一定的改進，在長期的研究過程中解決了智能化程度不高，控制效果不理想等問題，然而在接下來的研究過程中，仍有必要結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)本身來研究模糊控制，這也是提高空調(diào)器性能的重要舉措。

3 變頻空調(diào)器當前所存在的主要問題

當前變頻空調(diào)器的研究過程中仍然存在著很多的重點研究問題，其中包括能效比指標的改進以及控制器的參數(shù)優(yōu)化等。其中能效比指標的改進問題顯然是研究的熱點問題之一，能效比是用來評價空調(diào)器效率指標的參數(shù)，在實際的評估過程中，制冷工況用EER表示，而制熱工況則使用COP值來表示。當前空調(diào)器的能效比是在國家標準的環(huán)境溫度以及濕度條件下按照額定功率運行時的穩(wěn)態(tài)能效比，我國相應的生產(chǎn)商家也都遵循這一標準進行空調(diào)器的優(yōu)化研究。但在實際的使用過程中，周圍的環(huán)境條件始終都在發(fā)生變化，同時空調(diào)器也會發(fā)生一定的功率損失，因而能效比無法反映出空調(diào)器實際使用過程中的運行效率，變頻空調(diào)器的能效與普通相比也無較大差別，但在實際運行中變頻空調(diào)器卻有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢，即實際的運行效率遠高于普通的空調(diào)器。因而為了進一步發(fā)展變頻空調(diào)器，國家制定了季節(jié)能效比作為空調(diào)器的效率標準，在此過程中充分考慮到環(huán)境的變化等因素，對于變頻空調(diào)器的進一步研發(fā)有著很大的幫助。

4 結(jié)束語

就變頻空調(diào)器控制系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行了深入的分析研究，由此可知，變頻空調(diào)器在未來的發(fā)展過程中有著較大的優(yōu)勢，也是空調(diào)器發(fā)展的最終目標。

參考文獻

[1] 陳紹林，胡作平，朱松偉，等.基于智能功率檢測的變頻空調(diào)器電量管理系統(tǒng)設(shè)計[J].制冷與空調(diào)，2019，19（7）：22-27.

[2] 尹琎，陳堅波，朱驍.變頻空調(diào)器的WiFi控制系統(tǒng)設(shè)計[J].日用電器，2015（1）：15-17.

[3] 劉杰.矢量控制技術(shù)在變頻空調(diào)器中的研究與應用[D].廣州：廣東工業(yè)大學，2013.

[4] 陳天毅，劉隆強，張新民，等.變頻器控制交流電動機正反轉(zhuǎn)技術(shù)的研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（6）：133-134.

[5] 李淑梅.淺析變頻器的工作原理和控制方式[J].科協(xié)論壇，2009（1）：10-11.

[6] 胡雪梅，韓全立，宣峰，等.通用變頻器功能參數(shù)的設(shè)置[J].機床與液壓，2010（4）：34-37.

[7] 王廷才，胡雪梅.變頻器原理及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.