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

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(jì)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(dāng)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(jìn)步過程中的重要問題，隨著現(xiàn)代化的不斷加快，各國對(duì)于能源的消耗量與日俱增，這在很大程度上帶來了嚴(yán)重的能源危機(jī)。針對(duì)能源缺乏的問題，我國政府也在積極地做出應(yīng)對(duì)措施，并大力倡導(dǎo)從源頭上解決問題，不斷發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，以達(dá)到降低能耗、節(jié)約能源的最終目的。文章主要針對(duì)空調(diào)器的使用進(jìn)行分析，針對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)器大量的能源損耗問題進(jìn)行介紹，由此推出新一代的變頻空調(diào)器，對(duì)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(jìn)行深入的探討，由此來為我國降低能耗提出應(yīng)對(duì)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(shì)

[中圖分類號(hào)]TM925 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(duì)于能源的需求量也在不斷增加。目前，我國為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)于節(jié)能降耗技術(shù)的研究也是愈發(fā)重視。當(dāng)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(chǎng)，正是由于其運(yùn)行效率低下導(dǎo)致很大程度上的能源浪費(fèi)，因而當(dāng)前設(shè)計(jì)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(shì)，主要體現(xiàn)在其節(jié)能效果優(yōu)異。就目前而言，我國對(duì)于變頻空調(diào)器的使用逐漸增多，國外針對(duì)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(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，以此來提高空調(diào)器變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。我國關(guān)于變頻空調(diào)器的使用是20世紀(jì)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(chǎng)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(shì)的基礎(chǔ)上，開始進(jìn)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(shí)間較晚，但在該方面的研究發(fā)展始終沒有減少，因而當(dāng)前我國市場(chǎng)對(duì)于變頻空調(diào)器的需求量很大，同時(shí)國內(nèi)也有生產(chǎn)的能力，由此便推動(dòng)了我國空調(diào)市場(chǎng)的良性競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展，對(duì)于變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)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(shì)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(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)帶來了一定的難度，同時(shí)伴隨著一些國外生產(chǎn)廠家對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)的封鎖，導(dǎo)致當(dāng)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(dāng)前我國空調(diào)器變頻技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行分析，對(duì)當(dāng)前空調(diào)器變頻技術(shù)控制理論在實(shí)際應(yīng)用過程中所存在的問題進(jìn)行探討，由此來促進(jìn)我國變頻空調(diào)器控制系統(tǒng)的進(jìn)一步升級(jí)。在該方面的研究過程中，需要對(duì)空調(diào)器的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)于傳統(tǒng)的空調(diào)器而言，在使用過程中壓縮機(jī)電機(jī)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(dòng)慣量，其中啟動(dòng)力矩需要高出運(yùn)行力矩很多倍，這就導(dǎo)致在實(shí)際的使用過程中會(huì)耗費(fèi)巨大的電能，長(zhǎng)期以往便會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)部件受到巨大的磨損。因而在變頻空調(diào)器的設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)其變頻壓縮機(jī)進(jìn)行具體的要求，即避免頻繁的啟停過程。以下便針對(duì)空調(diào)器的變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)組成的研究。

1.1 逆變器的簡(jiǎn)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(yùn)行過程中還會(huì)使用到一個(gè)逆變器控制器、一個(gè)輔助電源以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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(shí)在連接的過程中也是比較復(fù)雜的，需要耗費(fèi)大量的人力。因而對(duì)于變頻空調(diào)器的逆變器進(jìn)行了改進(jìn)，采用六個(gè)絕緣柵級(jí)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(diǎn)，因而最終在使用過程中具有驅(qū)動(dòng)頻率小、開關(guān)頻率高等方面的優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前的研究過程中，我國智能技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)于空調(diào)器變頻技術(shù)中的逆變器進(jìn)行了進(jìn)一步的變革，在此過程中，逆變器具有更高的可靠性，同時(shí)也能在使用過程中進(jìn)一步對(duì)電路起到保護(hù)作用，而價(jià)格方面也是比較合理的，因而此逆變器在當(dāng)前空調(diào)市場(chǎng)中的應(yīng)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(jī)電機(jī)的應(yīng)用分析

一般的，變頻壓縮電機(jī)包含兩種類型，即根據(jù)電流類型劃分為交流異步電動(dòng)機(jī)以及直流無刷電動(dòng)機(jī)。當(dāng)前我國壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠商對(duì)于變頻壓縮機(jī)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(shí)際應(yīng)用的過程中交流電動(dòng)機(jī)的使用比較廣，這主要是由于交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(chǎng)定向的電子電流矢量變換控制進(jìn)行研究，由此來使其具備普通電機(jī)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(zhǎng)的使用壽命。根據(jù)兩種壓縮機(jī)電機(jī)的不同點(diǎn)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)直流無刷電動(dòng)機(jī)有著更好的性能，因而也成為未來變頻壓縮機(jī)電機(jī)的主要發(fā)展方向。當(dāng)前國外在發(fā)展過程中針對(duì)變頻空調(diào)器重新設(shè)計(jì)了壓縮機(jī)，并將單相電容的電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，由此具備了較好的調(diào)速性能。而我國對(duì)于該方面的研究仍有待進(jìn)一步提升，隨著國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于變頻壓縮機(jī)的需求量不斷增大，有必要研究出符合我國使用的壓縮機(jī)，由此來設(shè)計(jì)相應(yīng)的單相電容電機(jī)的變頻器，為國內(nèi)變頻壓縮電機(jī)的發(fā)展提供相應(yīng)的技術(shù)支撐。

2 智能控制在空調(diào)器中的應(yīng)用分析

當(dāng)前隨著相關(guān)科學(xué)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(jìn)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(duì)空調(diào)器的控制方法開始采用以單機(jī)片為核心的溫度控制器，并采用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此便形成了一個(gè)閉環(huán)連續(xù)控制系統(tǒng)。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，家用空調(diào)處于密閉環(huán)境之中，其被控制的對(duì)象則是房間的溫度場(chǎng)，因而在進(jìn)行熱交換的過程中也比較復(fù)雜，而采用PID調(diào)節(jié)器參數(shù)則很大程度上又會(huì)對(duì)數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生依賴，這就導(dǎo)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(duì)該方面的問題進(jìn)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(gè)分支，在應(yīng)用過程中適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且無法使用傳統(tǒng)理論進(jìn)行建模的問題。因而在空調(diào)系統(tǒng)的控制過程中，對(duì)于控制對(duì)象的多方面特征進(jìn)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(yīng)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(dāng)前我國已經(jīng)將智能控制成功地應(yīng)用于家用空調(diào)器控制系統(tǒng)中，實(shí)踐證明該方面的研究結(jié)果有著極為重要的價(jià)值。模糊控制技術(shù)在空調(diào)器中的應(yīng)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(zhǔn)進(jìn)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(duì)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(duì)于空調(diào)器系統(tǒng)的研發(fā)有著重要意義，這也是我國當(dāng)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(duì)模糊控制器進(jìn)行了一定的改進(jìn)，在長(zhǎng)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(dāng)前所存在的主要問題

當(dāng)前變頻空調(diào)器的研究過程中仍然存在著很多的重點(diǎn)研究問題，其中包括能效比指標(biāo)的改進(jìn)以及控制器的參數(shù)優(yōu)化等。其中能效比指標(biāo)的改進(jìn)問題顯然是研究的熱點(diǎn)問題之一，能效比是用來評(píng)價(jià)空調(diào)器效率指標(biāo)的參數(shù)，在實(shí)際的評(píng)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(dāng)前空調(diào)器的能效比是在國家標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境溫度以及濕度條件下按照額定功率運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)態(tài)能效比，我國相應(yīng)的生產(chǎn)商家也都遵循這一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行空調(diào)器的優(yōu)化研究。但在實(shí)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(shí)空調(diào)器也會(huì)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(shí)際使用過程中的運(yùn)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(shí)際運(yùn)行中變頻空調(diào)器卻有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，即實(shí)際的運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于普通的空調(diào)器。因而為了進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，在此過程中充分考慮到環(huán)境的變化等因素，對(duì)于變頻空調(diào)器的進(jìn)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(shì)進(jìn)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(shì)，也是空調(diào)器發(fā)展的最終目標(biāo)。

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