變頻壓縮機(jī)在冰箱中的節(jié)能技術(shù)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(tǒng)的冰箱壓縮機(jī)為單相電機(jī)，屬于定頻壓縮機(jī)，主要通過繞組來控制電機(jī)的運(yùn)行，其功耗約為2～3W。在節(jié)能減排理念提出之后，冰箱的定頻壓縮機(jī)受到了廣泛關(guān)注，大部分研究學(xué)者都對(duì)冰箱的電機(jī)進(jìn)行了分析研究，意在降低定頻壓縮機(jī)的功耗，比如“e-PTC”啟動(dòng)器，能夠有效降低壓縮機(jī)運(yùn)行的功耗，而變頻壓縮機(jī)的出現(xiàn)則進(jìn)一步提升了冰箱的節(jié)能效果。因此，對(duì)于變頻壓縮機(jī)的研究分析具有一定的理論意義。

2 變頻壓縮機(jī)分析

在冰箱的發(fā)展歷程中，壓縮機(jī)的技術(shù)升級(jí)對(duì)冰箱節(jié)能效果的影響是最為重要的，是壓縮機(jī)的發(fā)展帶動(dòng)了冰箱的發(fā)展。就目前的技術(shù)而言，壓縮機(jī)的電機(jī)性能及結(jié)構(gòu)性能有了很大的提升，其制冷效率已經(jīng)達(dá)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(jī)的制冷量及絕熱效率等方面的優(yōu)化也能使冰箱達(dá)到節(jié)能的目的。其中，壓縮機(jī)的制冷量主要由壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，而壓縮機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制可以通過變頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。因此，變頻壓縮機(jī)在冰箱節(jié)能技術(shù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

變頻壓縮機(jī)主要通過模擬三相交流電機(jī)的運(yùn)行方式，利用三個(gè)繞組的差異性工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。在不同的工作狀態(tài)下，繞組的頻率及波形長度有所不同，其轉(zhuǎn)速也有所差異。當(dāng)頻率相對(duì)較高的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增加，變頻壓縮機(jī)的功率增加，相應(yīng)的制冷量升高；當(dāng)頻率相對(duì)較低的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之降低，變頻壓縮機(jī)的功率降低，相對(duì)應(yīng)的制冷量減少。

在實(shí)際的變頻壓縮機(jī)制造過程中，制造企業(yè)會(huì)應(yīng)用永磁材料作為轉(zhuǎn)子的制造材料，以此提升變頻壓縮機(jī)的效率。在變頻壓縮機(jī)運(yùn)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(shù)進(jìn)行電機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)繞組磁場(chǎng)的優(yōu)化，以此提升變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行效率。另外，變頻壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)涉及到變頻板的設(shè)計(jì)，變頻板的功耗會(huì)對(duì)變頻壓縮機(jī)的COP參數(shù)造成較大的影響，變頻板的功耗越大，則表明變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行效率越低。因此，在變頻壓縮機(jī)的制造過程中，制造企業(yè)需要注重變頻板的設(shè)計(jì)，降低其功耗，提升變頻壓縮機(jī)的節(jié)能效果[1]。

3 變頻壓縮機(jī)在冰箱中的節(jié)能技術(shù)分析

3.1 變頻壓縮機(jī)的節(jié)能原理

在實(shí)際的冰箱制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，冰箱的蒸發(fā)器和冷凝器在設(shè)計(jì)方案明確之后，不可以進(jìn)行更改，這就使得冰箱的蒸發(fā)面積以及冷凝面積不會(huì)出現(xiàn)變化。而對(duì)于冰箱的制冷系統(tǒng)來說，制冷量及散熱量與冰箱的蒸發(fā)和冷凝有直接的關(guān)系，蒸發(fā)和冷凝的溫度差會(huì)影響冰箱的散熱量，從而對(duì)冰箱的負(fù)荷造成影響。與此同時(shí)，冰箱的負(fù)荷還會(huì)受到環(huán)境溫度的影響。變頻壓縮機(jī)可以通過轉(zhuǎn)速的變化提供不同的制冷量，如果變頻壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，制冷量也比較少，可滿足低溫環(huán)境下冰箱對(duì)于負(fù)荷的需求；如果變頻壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，制冷量也比較高，則可滿足高溫環(huán)境下冰箱對(duì)負(fù)荷的需求。

因此，在冰箱制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器固定的基礎(chǔ)上，變頻壓縮機(jī)制冷量降低之后，很容易使蒸發(fā)器和冷凝器發(fā)生匹配過大的現(xiàn)象，在很大程度上提高了冰箱的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，降低蒸發(fā)溫度、冷凝溫度與環(huán)境溫度之間的差值，從而提升變頻壓縮機(jī)的制冷效率，才能實(shí)現(xiàn)冰箱的節(jié)能。

3.2 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果

通過變頻壓縮機(jī)的節(jié)能原理可知，當(dāng)制冷量相對(duì)較小時(shí)，變頻壓縮機(jī)能夠產(chǎn)生較高的蒸發(fā)溫度，從而提高制冷效率。一般來說，冰箱的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，而變頻壓縮機(jī)的節(jié)能技術(shù)可以應(yīng)用于低溫及高溫等多種環(huán)境下。在低溫環(huán)境下，冰箱附近的熱負(fù)荷相對(duì)較小，消耗的電量隨之降低；在高溫環(huán)境下，冰箱附近的熱負(fù)荷相對(duì)較大，壓縮機(jī)需要進(jìn)行長時(shí)間的運(yùn)行，不僅工作效率低，消耗的電量也比較大。有研究學(xué)者對(duì)變頻壓縮機(jī)和定頻壓縮機(jī)在冰箱中的節(jié)能效果進(jìn)行了分析，分析的結(jié)果顯示：在變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行中，會(huì)根據(jù)冰箱不同的溫度環(huán)境，設(shè)定相應(yīng)的制冷量參數(shù)，通過制冷量參數(shù)的調(diào)節(jié)，使變頻壓縮機(jī)的制冷量和冰箱的熱負(fù)荷相對(duì)應(yīng)，降低冰箱的能源損耗，保障冰箱在任意溫度環(huán)境下都有良好的節(jié)能效果。

3.3 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用方式

第一，直冷單循環(huán)制冷系統(tǒng)。在目前應(yīng)用較為廣泛的電腦溫控冰箱中，主要通過開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)對(duì)控制板的設(shè)計(jì)，這類冰箱的控制板功耗能夠控制在0.2W以內(nèi)，24小時(shí)的耗電量為0.0048kW?h。在機(jī)械溫控冰箱中，功率主要由壓縮機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生，功耗約在2W左右，24小時(shí)的耗電量為0.48kW?h，能耗相對(duì)較大。因此，變頻壓縮機(jī)能夠通過直冷單循環(huán)制冷系統(tǒng)轉(zhuǎn)變電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，提升自身的運(yùn)行效率。具體而言，變頻壓縮機(jī)可以在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況下，提升制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，避免控制板出現(xiàn)功耗，實(shí)現(xiàn)冰箱的節(jié)能。

第二，無霜冰箱系統(tǒng)。和直冷冰箱系統(tǒng)相比，無霜冰箱系統(tǒng)更為復(fù)雜，包括制冷系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)以及化霜系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)，變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間控制難度較大。有研究學(xué)者將化霜累計(jì)時(shí)間控制不變，對(duì)變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行分析，當(dāng)變頻壓縮機(jī)保持在1600RPM的低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，在蒸發(fā)溫度提高2℃的同時(shí)，變頻壓縮機(jī)的效率提升了10%，有效實(shí)現(xiàn)了冰箱的節(jié)能。

第三，風(fēng)直冷多循環(huán)系統(tǒng)。冰箱的風(fēng)直冷多循環(huán)系統(tǒng)具備一定的獨(dú)立性，冰箱的冷藏室及冷凍室均保持獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，冷藏室和冷凍室應(yīng)用的蒸發(fā)器采用并聯(lián)的連接方式，充分體現(xiàn)了多循環(huán)制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。在該制冷系統(tǒng)中，可以根據(jù)不同冷凍室的能量需求，進(jìn)行制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的調(diào)節(jié)，降低變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，降低電量及能耗。這種節(jié)能技術(shù)能夠確保變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)滿足冰箱的制冷需求，有助于制冷效率的提升，實(shí)現(xiàn)了變頻壓縮機(jī)制冷量的高效控制[2]。

4 結(jié)論

綜上所述，變頻壓縮機(jī)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(yīng)用。通過本文的分析可知，變頻壓縮機(jī)在應(yīng)用的過程中，充分利用自身的可調(diào)節(jié)性，保障制冷系統(tǒng)的制冷量和冰箱的熱負(fù)荷向?qū)?yīng)，提升變頻壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，降低冰箱的能耗，使冰箱在多種環(huán)境溫度下具備良好的節(jié)能效果，促進(jìn)了冰箱的節(jié)能技術(shù)發(fā)展。