变频技术在各种家电产品中的应用

请加群主 　　保守空调紧缩机倚赖其继续地“开、停”来调换室内温度，其一开一停之间轻易产生室温乍寒乍热，并耗费较多电能。变频空调则倚赖空调紧缩机转速的快慢抵达节制室温的宗旨，室温摇动小、电能耗费少，其适意度大大升高。 　　袭用变频节制技巧的变频空调，可按照处境温度主动抉择制热、制冷和除湿运行方法，使居室在短时光内仓卒抵达所需求的温度，并在低转速、低能耗形态下以较小的温差摇动，完结了倏地、节能和适意控温成绩。 　　变频空调的中心是变频器。变频器是20世纪80年头问世的一种高新技巧，它经历对电流的更改来完结电动机运行频次的主动调治，把50Hz的平静电网频次改成30—Hz的变动频次；同时，还使电源电压周围抵达—V，完全处理了由于电网电压不稳而产生空调器不能办事的困难，使空调完结了一个划时光的改革。 　　变频空调经历升高空调紧缩机办事频次的方法，增大了在低温时的制热本领，最大制热量可抵达同类空调器的1．5倍，低温下仍能保持优良的制热成绩。其余，正常的空调分体机惟有四档风速可供调治，而变频空调器的室内风机主动运行时，转速会随空调紧缩机的办事频次在12档风速周围内变动，由于空调风机的转速与空调器的本领合营较为正当、细腻，完结了低噪音的安好运行，最低噪音惟有30分贝左右。 　　变频空调在屡屡发端启动时，先以最大功率、最大风量实行制热或制冷，仓卒热诚所设定的温度后，空调紧缩机便在低转速、低能耗形态下运行，仅以所需的功率保持设定的温度，云云不光温度平静，还防备了空调紧缩机屡次地开开停停所产生的对寿命的衰减，况且耗电量大大降落，完结了高效节能。 　　基于上述道理，变频空调，也遭到了大型宾馆、商厦的喜爱。由于往常大型修建中所用的焦点空调因不能随气温文客流量的变动而主动调治负荷，是以耗能多、电力损失大。据考察统计，如今以焦点空调为代表的暖通空调的耗能险些占了国内修建总耗能的85％。而采纳了变频技巧的智能变频纠合式空调则纠合了家用空妥协焦点空调的好处，在节能方面较前两者有很大的冲破，能够使焦点空调的耗能下降30％至80％，将成为来岁新竣工的商用修建的首选。

------------------------变频技巧在家电产物中的袭用商议---------------------------------------

纲要：家电由于具备高效、节能、适意静噪等显然成绩，于是其功能上风已渐渐在花费周围彰显出来。文章商议了变频技巧在家电产物中的袭用景况，指出变频家电是新一代家用电器的进展趋向，变频技巧已成为最具进展前程的核心技巧。 　　一、引言 　　常常，家用电器用得至多的是单相异步电动机，靠电容或电阻来分相。机电在办事时时处于短时反复形态（开／停），如空调、冰箱等。云云必将带来起动屡次、噪声大、机电寿命短、温度平静性差以及能耗高档一系列毛病。跟着电力电子技巧、微电子技巧、揣度机技巧、传感器技巧的仓卒进展以及人们生存程度的继续升高，人们对家电产物提议了更高的花费请求。为此厂家们无不挖空心思，继续开垦出新一代更高级的家电产物，以餍足和适应不同花费阶级的生存寻找，变频家电便是新一代家用电器进展趋向之一。它不光给这些家电产物带来功用的增进、功能的改良，况且具备显然的节能成绩和降噪成绩，同时使整机寿命较保守家电有显然升高。是以，连年来列国度电厂商都在竞相开垦变频家电产物。 　　变频家电分交换变频和直流变频两类。交换变频家电是指采纳三相感触机电的产物，而直流变频家电是指采纳三相直流无刷机电的产物。两者比拟，后者能较比高，尺寸也较量小，但价钱却比前者胜过很多。如今，我国建立的变频家电大普遍都是交换变频产物。以变频空调来讲，年我国变频空调的产量瞻望可达万台，比昨年飞腾7％，此中交换变频空调占总量的90％以上。如今，越来越多的家电OEM发端涉足变频家电周围。海信抛却定速空调产物，全线变频；海尔、格力、科龙、春兰、长虹接踵投入变频空调周围。0年4月，科龙首推变频冰箱，改写了被业山妻士誉为“最老练、最平静”的冰箱业商场格局。同庚5月，小天鹅公司领先研发的直流变频洗衣机表态京都各大商场┄┄。至此“变频”与家电厂结缘，成为家电业的一个斩新的走光，变频技巧亦成为最具备进展前程的核心技巧。 　　二、异步机电变频调速道理 　　异步机电调速有很多法子，如变极调速、变转差率调速和变频调速等。前两种转差耗费大，效率低，对机电特点来讲都有确定的控制性。 　　变频调速是经历改革定子电源变频次来改革同步频次完结机电调速的。在调速的全部流程中，从高速到低速能够保持有限的转差率，于是具备高效、调速周围宽（10－％）和精度高档功能。节电成绩在20％－30％。 　　变频调速分为两种法子：（1）交－直－交变频，（2）交－交变频。前者合用于高速小容量机电，后者合用于低速大容量拖动系统。 　　从异步机电的转速公式得悉：n=60f/p·(1-s)=n2-Δn1 　　式中：n为机电的转速（r/min）；n2为同步转速（r/min）；Δn1为转差损失的转速（r/min）；p为磁极对数；s为转差率（％）；f为频次（Hz）。 　　从上式能够看出，改革电源频次就能够改革同步转速和机电转速。又由异步机电的电势公式晓得，外加电压类似地与频次和磁通的乘积成正比。即：U∝E≈C1fφ 　　式中：C1为常数，是以有：φ∝E／f≈U/f 　　若外加电压平静，则磁通φ随频次而改革，如频次f降落，磁通φ会增进，产生磁路饱和，励磁电流增进，功率因数降落，死心和线圈过热，显然这是不答应的。为此，要在降频的同时还要降压，这就请求频次与电压妥协节制。其余，在很多场所，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩平静，亦需求保持磁通平静，这亦由频次和电压妥协节制来完结，故称为可变频次可变电压调速（VVVF），简称变频调速。 　　三、变频器的产生与办事道理 　　前已所述，异步机电的变频调速道理主假如经历改革电源频次来实行的。这一功用常常是经历变频器来完结的，变频器正常由整流器、滤波器、启动电路、掩护电路以及节制器（MCU／DSP）等部份构成。图1给出了PWM型交－直－交变频器的节制道理框图。由图可知，这是一个VVVP变频调速系统。首先是将单相或三订交换电源经历整流器并经电容滤波后产生幅值基础平静的直流电压加在逆变器上，哄骗逆变器功率元件的通断节制，使逆变器输出端取得确定形态的矩形脉冲波形。在这边，经历改革矩形脉冲的宽度节制其电压幅值；经历改革调制周期节制其输出频次，进而在逆变器上同时实行输出电压和频次的节制，而餍足变频调速对U/f的妥协节制的请求。PWM的好处是能消除与抵御低次谐波，使负载机电在类似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速周围宽。 　　连年来带启动和掩护电路的智能功率模块（IPM）接踵面市。IPM是将三相逆变IGBT、启动电路以及掩护电路集成在一起芯片上，它的涌现促使了变频家电商场的启动和进展。新式IPM模块以致将开关电源也安排在模块内，更为便哄骗户运用，用户只要要知道接口电路和界说，很快能够构成运行系统。 　　四、变频技巧在家电中的袭用 　　（1）变频洗衣机 　　变频波轮式洗衣机于90年头初开始由日本三菱公司推出，随后新西兰公司也推出了变频搅拌式洗衣机。如今欧洲和日本正在研发变频滚筒式洗衣机。变频洗衣机具备三大特色：一是升高洗衣成绩。由于采纳直接启动式变频机电，其清洗、脱水速率可调，能够针对不同衣物的质量肯定不同的清洗脱水速率。同时，在清洗桶和波轮低速转嫁时也能产生大转矩。采纳电磁制动器，可完结反向高速转嫁。同时可按照清洗物的品种、数目、脏污程度，抉择水流，使衣物的洗净率和磨损率抵达最好成绩。二是节能。变频洗衣机效率高，往日的洗衣机机电的效率仅为40％－50％，而直流变频洗衣机的效率可抵达80％以上，进而完结省俭动力。三是噪声低、振荡小。这是由于直流变频机电的电磁噪声要小于单相感触机电，同时改死板传动为直接传动，使齿轮、皮带、电磁噪声还脱水振荡取得灵验节制。如日本夏普公司开垦的ES－A80E型变频洗衣机。其清洗噪声为28dB。脱水噪声为40dB，脱水振荡增加一半，与8年前该公司的ES－B55机型比拟，如今的ES－A80E机型的耗电约为老机型的三分之一。 　　无锡小天鹅公司是我国最先开垦变频洗衣机的厂家。该公司昨年面市的“洗衣机”，采纳先进的无刷直流变频机电实行无级调速以及PWM变频节制技巧，清洗转速和节奏可同时改革，速率节制天真，可清洗不同质量的全部衣物，按照衣物资地抉择不同脱水转速，进而抵达高洗净、低磨损、免环绕的成绩。其低噪声和高效节能体如今平衡脱水噪声在59dB（A）如下。比普遍洗衣机降落10dB（A）。特设的静音程序，噪声在55dB（A）如下。直流变频机电寿命比保守的感触机电拉长％，而能耗下降50％。 　　（2）变频空调 　　变频空调是空调进展的大趋向，与普遍空调比拟，变频空调在适意性、静音、恒温以及高效运行、拉长运用寿命等方面有显著上风。当升高频次时，紧缩机便高速回旋，输出功率增大。反之，下降频次时，紧缩机的输出功率增加。是以，变频空调可按照不同的室内处境情景，以最适合的输出功率进走运行。而保守的定速机种，则倚赖其继续地“开、停”来调换室内湿度，其一开一停之间轻易产生室温或冷或热，并耗费较多能量。变频空调则倚赖紧缩机转速的快慢抵达节制室温的宗旨，于是室温摇动小，电能耗费少，其适意度大大升高。而袭用变频节制技巧的变频空调，可按照处境温度主动抉择制热、制冷和除湿运行方法，使居室在短时光内仓卒抵达所需求的温度并在低转速、低能耗下以较小的温差摇动，完结倏地、节能和适意的控温成绩。 　　据知道，日本做为变频空调的强国，从80年头初就发端将VVVF变频调速技巧用于紧缩机机电的节制，如今，变频空调已占其商场的90％左右。与此同时，变频空调在我国进展相当快，只是不到8年时光，就抵达与日本先进程度同步。如我国的海尔团体从年发端临盆变频空调，从首先的单转子变频紧缩机技巧进展到今日的袭用直流变频加PAM技巧，将我国的变频技巧带到了一个更高的进展条理，发动了我国变频技巧的周全擢升。如今，海尔变频空调曾经有了8个系列种产物，是如今我国变频空调范围最大的临盆基地。 　　（3）变频冰箱 　　变频冰箱主假如经历变频技巧来调治紧缩机的转速，它经历讨取冰箱各间室温度与设定温度的差值，做为继续节制记号输入到变频器中，进而完结主动改革输出交换电频次的宗旨。云云，在保持冰箱于设定温度平静运行流程中，紧缩机基础保持着继续的低速运行，与保守倚赖通断调治的定速机种比拟，可显然拉长紧缩机的运用寿命，进而抵达节能、省电的宗旨，使冰箱处于最好效率形态下运行。如东芝公司临盆的GR－M12变频冰箱，采纳PWM变频器，全部系统在工频电源起动以后，经历变频器倏地运行，尔后实行工频电源运行可能变频器运行。紧缩机由3个传感器和过载继电器掩护；能够防备过流，还能够防备温度反常或继续变频运行引发的工质挥发不充足而产生的低效率液体紧缩景象。美国Danfoss公司开垦的TLV型可调速紧缩机，其内置的机电节制安装可将紧缩机的转速从r/min降到0r/min，节能40％，并可降5dB(A)。 　　（4）变频微波炉 　　变频微波炉代表了宇宙微波炉的进展方面，具备很高的技巧含量。变频微波炉是以变频器取代了保守的微波炉内变压器，变频器经历变频电路能够将50Hz的电源频次随意地更改成0－Hz的高频次，经历改革频次来取得不同的输出功率，处理了保守微波炉经历对恒定输出功率一再开／关实行火力调控而使食品加热不平匀的毛病，完结了真实意义上的平匀火力调控，经烹调的食品不光口感好，况且养分保管更多。除此除外，与保守微波炉比拟，变频微波炉还具备机身灵便、噪声小、烹调速率快、用电省等好处。如日本松下早先推出的NN－VJFS微波炉，由于采纳了变频电源系统，烹调时光增加了近50％，一样由于变频技巧的采纳，增加了变压器的体积，使机身分量增加了30％，而灵验空间增大了20％以上。 　　其余，变频技巧在主动真空吸尘器、剃须刀、电饭锅、电磁灶、彩电等家电产物也获患有要害的袭用。 　　五、变频技巧的进展方位 　　（1）交换变频向直流变频方位转折 　　直流变频是以数字更改电路取代交换变频中的交换更改电路，使负载机电长期处于最好运行形态。它抛却了交换变频技巧的交换－直流－交换－变转速方法交换机电的轮回办事方法，采纳先进的交换－直流－变转速方法数字机电的节制技巧，无逆变次序，于是增加电流在办事中更改次数，使电能转折效率大大升高，能够完结准确节制，平静肃静高效地运行。同时，防备了交换变频机电电磁噪声较大的弱点，噪声更为低。 　　（2）节制技巧由PWM（脉宽调制）向PAM（脉幅调制)方位进展 　　采纳PWM节制方法的机电转速遭到上限转速的束缚。如对紧缩机来讲，正常不超越r/min。而采纳PAM节制方法的紧缩机转速可升高1.5倍左右，云云大大升高了倏地制冷和制热本领。同时，由于PAM在调换电压时具备对电流波形的整形影响，于是能够取得比PWM更高的效率。其余，在抗烦扰方面也有着PWM无奈比较的出色性，可抵御高次谐波的生成，减小对电网的混浊。 　　（3）功率器件向高集成智能功率模块进展 　　尽管单个功率器件的效率越来越高，节制简化，但电的繁杂性给临盆和测试带来不便。智能功率模块（IPM）是将功率器件的摆设、散热以致启动题目在模块中处理，于是易于运用，牢固性高。以变频空调为例，我国的变频空调险些％采纳IPM方法。

------------------------------变频器基础电路图----------------------------------------------------

如今，通用型变频器绝大普遍是交—直—交型变频器，常常尤以电压器变频器为通用，其主回路图（见图1.1），它是变频器的中心电路，由整流回路（交—直替换），直流滤波电路（能耗电路）及逆变电路（直—交调换）构成，自然还囊括有限流电路、制动电路、节制电路等构成部份。

1）整流电路

如图1.2所示，通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥构成。它的功用是将工频电源实行整流，经中心直流次序平波后为逆变电路和节制电路供给所需的直流电源。三订交换电源正常需经历摄取电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。网络的影响，是摄取交换电网的高频谐波记号和浪涌过电压，进而防备由此而毁坏变频器。当电源电压为三相V时，整流器件的最大反向电压正常为1—V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。

2）滤波电路

逆变器的负载属感性负载的异步电动机，不管异步电动机处于电动或发电形态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的替换，这类无功用量要靠直流中心电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的摇动，直流滤波电路起到对整流电路的输出实行滤波的影响。

通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，常常是由多少个电容器串连和并联产生电容器组，以取得所需的耐压值和容量。其余，由于电解电容器容量有较大的离别性，这将使它们随的电压不相等。是以，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离别性的影响，于是电容的寿命则会严峻限制变频器的寿命。

3）逆变电路

逆变电路的影响是在节制电路的影响下，将直流电路输出的直流电源更改成频次和电压均能够随意调治的交换电源。逆变电路的输出便是变频器的输出，是以逆变电路是变频器的中心电路之一，起着特别要害的影响。

最罕见的逆变电路构造情势是哄骗六个功率开关器件（GTR、IGBT、GTO等）构成的三相桥式逆变电路，有规律的节制逆变器中功率开关器件的导通与关断，能够得就随意频次的三订交换输出。

常常的中小容量的变频器主回路器件正常采纳集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各类传感器、掩护电路及启动电路。如三菱公司临盆的IPMPM50RSA，富士公司临盆的7MBP50RA，西门子公司临盆的BSM50GD等，内部集成了整流模块、功率因数矫正电路、IGBT逆变模块及各类探测掩护功用。模块的榜样开关频次为20KHz，掩护功用为欠电压、过电压和过热阻碍时输出阻碍记号灯。

逆变电路中都摆设有续流电路。续流电路的功用是当频次降落时，异步电动机的同步转速也随之降落。为异步电动机的更生电能反应至直流电路供给通道。在逆变流程中，寄生电感释放能量供给通道。其余，当位于统一桥臂上的两个开关，同时处于开明形态时将会涌现短路景象，并销毁换流器件。是以在现实的通用变频器中还设有缓冲电路等各类响应的帮助电路，以保证电路的正常办事和在产生不测景况时，对调流器件实行掩护。

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