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變頻冷柜與定速冷柜相比,四大部件—壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器中,壓縮機(jī)由定轉(zhuǎn)速換成變頻壓縮機(jī),相應(yīng)地節(jié)流裝置由熱力膨脹閥(小型的用毛細(xì)管)變?yōu)殡娮优蛎涢y,系統(tǒng)流量會大范圍的變化,控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度大大增加了。
①變頻壓縮機(jī)空調(diào)用變頻壓縮機(jī)目前已形成一定的批量,但適于冷柜用的低背壓變頻壓縮機(jī)國內(nèi)還沒有廠家生產(chǎn),國外個別大公司雖然有低背壓的變頻壓縮機(jī),但因批量小,成本要高很多(普通定頻壓縮機(jī)的2倍以上)。這是冷柜采用變頻技術(shù)的最大障礙,但目前制冷用變頻壓縮機(jī)供貨少主要是需求問題,并不存在技術(shù)上的難題??照{(diào)變頻壓縮機(jī)和制冷變頻壓縮機(jī)只是工作工況不同,從壓縮機(jī)本身工作原理、生產(chǎn)技術(shù)、制造工藝等方面沒有什么大的區(qū)別。目前國內(nèi)一些大的壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家如:萬寶、松下、上海日立、東芝萬家樂等都已具備生產(chǎn)變頻壓縮機(jī)的能力。
冷柜產(chǎn)量雖沒有家用空調(diào)多,但設(shè)備容量大,又大都常年不間斷工作,所以耗電量同樣很大。隨著人們認(rèn)識水平的提高和變頻技術(shù)的推廣,制冷用低背壓變頻壓縮機(jī)的需求會越來越大。制冷變頻壓縮機(jī)產(chǎn)量的增加會使其成本大幅度下降。
制冷用變頻壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢是提高制冷、空調(diào)全封閉變頻壓縮機(jī)的效率。主要從兩方面著手:一是壓縮機(jī)電動機(jī)的效率,另一個是壓縮機(jī)本身。變頻壓縮機(jī)電動機(jī)主要有交流異步電動機(jī)和直流無刷電動機(jī)兩種。交流電動機(jī)成本低,制造工藝簡單,目前應(yīng)用較廣,但其效率不如直流無刷電動機(jī)。直流無刷電動機(jī)定子繞組用電力電子器件實現(xiàn)換相,轉(zhuǎn)子用稀土永磁材料制成,不需要外部供給電流,減少了損耗,因此效率髙。它既有普通直流電機(jī)良好的調(diào)速性能和啟動性能,又從根本上消除了換向火花、無線電干擾的弊端,具有壽命長、可靠性高和噪聲低、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。
開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)是20世紀(jì)80年代新推出的變速傳動系統(tǒng),由磁阻電動機(jī)和控制器組成,是新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品。該電機(jī)結(jié)構(gòu)十分簡單,但是比普通磁阻電動機(jī)多了轉(zhuǎn)子位置檢測器(一般為光電檢測),總體上比交流異步電動機(jī)簡單、堅固和便宜,又因為繞組電流是直流脈沖,只需整流,無需逆變,所以控制電路簡單。研究表明,這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)速在大范圍變化時,其系統(tǒng)效率比交、直流變頻調(diào)速系統(tǒng)都高,且啟動轉(zhuǎn)矩大,啟動電流小。目前有關(guān)(SRM)的理論尚不夠完善,低速時,轉(zhuǎn)矩有些脈動,噪聲和振動較大,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度不夠高等,有待今后進(jìn)一步研究解決。
在壓縮機(jī)方面,為適應(yīng)變頻帶來的轉(zhuǎn)速變化,傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機(jī)被滾動活塞、渦旋壓縮機(jī)替代。尤其是渦旋式壓縮機(jī),因其優(yōu)異的性能而被認(rèn)為是變頻壓縮機(jī)的首選機(jī)型。
此外,在目前制冷變頻壓縮機(jī)還缺少成熟產(chǎn)品的情況下,可考慮采用普通定頻壓縮機(jī)進(jìn)行小范圍的變頻調(diào)節(jié)。國內(nèi)有些生產(chǎn)廠家在開發(fā)研制變頻空調(diào)的初期也采用這種方案,另有一些研究者也對普通壓縮機(jī)在低頻范圍內(nèi)的變頻特性進(jìn)行了研究,實踐證明這種方案是可行的,而且比較經(jīng)濟(jì)。但是普通定頻壓縮機(jī)電源頻率一般不能高于50Hz,而且在低轉(zhuǎn)速下又有供油、共振等問題。另外普通壓縮機(jī)在低轉(zhuǎn)速下,效率的下降明顯。所以,普通定頻壓縮機(jī)實施變頻,獲得節(jié)能的效果還有待進(jìn)一步驗證。
②電子膨脹閥電子膨脹閥由閥體、閥針和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成,根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理可分為四種:熱電式膨脹閥、熱動式膨脹閥、電磁式膨脹閥和電動式膨脹閥。對不同電子膨脹閥的驅(qū)動形式,各有其優(yōu)缺點(diǎn)。熱電式和熱動式膨脹閥通過加熱雙金屬片或充注的工質(zhì)來驅(qū)動閥針,因雙金屬片和充注工質(zhì)本身的熱慣性,反應(yīng)速度較慢。熱動式產(chǎn)品以Danfoss公司為代表,多應(yīng)用在大型制冷裝置中,雙金屬片的熱電式膨脹閥目前已經(jīng)比較少見。電磁式膨脹閥通過改變占空比(一個周期內(nèi)幵閥時間/周期時間),調(diào)節(jié)閥的流通能力。由于閥的開度只有兩種狀態(tài),全開和全閉,所以調(diào)節(jié)過程中系統(tǒng)壓力、溫度波動較大。另外,閥體在工作過程中不斷受到開閥、關(guān)閥的沖擊,影響壽命。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的電動式膨脹閥其執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬連續(xù)調(diào)節(jié)型,所以有較好的穩(wěn)態(tài)控制精度。其響應(yīng)速度因受驅(qū)動頻率的限制,比電磁閥型的稍慢?但從過熱度控制來講,完全能夠滿足要求。從動態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)精度、價格、可靠性等綜合性能對比看,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的電動式膨脹閥較為優(yōu)越,應(yīng)用較多。擬采用電動式膨脹閥作為冷柜節(jié)流元件。
③控制器壓縮機(jī)內(nèi)藏式的冷柜,由于結(jié)構(gòu)緊湊,控制器相對簡單,可用一個單片機(jī)實現(xiàn)控制功能。分體式冷柜的壓縮機(jī)和冷凝器放在室外機(jī)組中,一般安放在超市的樓頂。如果釆用變頻,建議室內(nèi)及室外機(jī)組采用兩組控制板。室外機(jī)組控制板一般選擇專門針對電機(jī)變頻控制設(shè)計的專用微控制器或數(shù)字信號處理器。它主要完成壓縮機(jī)電動機(jī)變頻控制、溫度的控制、故障檢測及保護(hù)等重要的控制任務(wù);室內(nèi)機(jī)組控制板主要完成溫度的檢測、電子膨脹閥的控制、化霜控制、人機(jī)交互等室內(nèi)、室外機(jī)通過串行口進(jìn)行通訊。這樣分工協(xié)作,消除傳感器連線過長造成的連線電阻及干擾的影響,可以取得更好的變頻效果,同時也為制造廠商開發(fā)變頻冷柜系列產(chǎn)品提供方便。所有的冷柜室內(nèi)機(jī)組控制器可用同一型號。室外機(jī)組冷柜的冷量選用帶不同功率模塊的室外機(jī)控制板。
采用微電腦控制器,根據(jù)檢測的冷柜內(nèi)溫度及蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度,計算出壓縮機(jī)電動機(jī)所需的轉(zhuǎn)速、膨脹閥的開度,從而快速準(zhǔn)確控制冷柜柜內(nèi)溫度,同時保證制冷系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。