变频、变容、数码涡旋性能对比(精品)

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单击此处编辑母版标,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2004,年,12,月,变频、变容、数码涡旋,性能对比,(探讨小型变能力中央空调技术发展方向),客户支持部摘自科学论文,随着节能与舒适性的要求,及国内自主知识产权变频多联技术的突破性进展,变能力小型中央空调的诸多突出优点,迫使中央空调向小型中央空调发展的趋势越来越明显。小型中央空调器存在多种形式,谁代表未来技术的方向,制造商为了推广自己的产品,八仙过海各显神通,诉说着自己产品的优点。本文试图以科学公正的态度,通过对具有可变冷媒流量能力中央空调技术的对比,认为永磁电机变频系统的变负荷平均效率高于其它系统,将是未来技术的发展反方向。,1,、描述空调器的指标:,描述中央空调器的指标有性能指标、可靠性指标、电气指标和价格指标等。性能指标包括制冷制热能力、效率,(EER,、,COP),;可靠性指标包括:电气可靠性(抗干扰、静电、雷击等)、机械可靠性(震动、跌落冲击、温度循环等);电气指标包括:,EMC,电磁兼容性等;价格同技术指标构成的性价比决定着产品的生命周期,本文对比变容、变频、,ON/OFF,控制(数码涡旋)的原理、能力、效率、电磁兼容、控制精度、风险分析等特点,探索未来技术的发展方向。,1,)、能力调节原理,变频、变容、数码涡旋都是为了改变制冷剂流量,达到调节输出能力的目的。,变频原理:,转轴转速,N=60*f/P,;,式中,N,转速;,f,驱动电源频率;,P,极对数。,从转速公式中可以看出改变驱动电机的电源频率即可改变转速,变频通过变频器实现。压缩机容量的改变是通过压缩机马达的转速改变来实现的。当室内负荷要求提高时压缩机马达的频率随之增高,从而导致马达转速更快,容量提高。同样地,当室内负荷要求降低时,压缩机的频率变低,容量随之降低。,变容原理:,变容是通过使用“热气旁通”的方法来改变的。采用双转子压缩机,短路一缸即可容量降低一半。同样地,在主排气管和吸气管之间,有一个外部旁通电磁阀。当这个电磁阀开启时,压缩机的容量又降低一半。这样,5HP,压缩机能分四级变化:,25%-50%-75%-100%,,变化一级,1.25HP.,ON/OFF,控制(数码涡旋),压缩机容量是通过涡旋盘的周期性啮合与脱开来改变的。当外部电磁阀关闭时,数码涡旋象标准压缩机一样工作,容量达到,100,。所以,在一个,10,秒钟的循环中,如果涡旋盘加载,2,秒钟,卸载,8,秒钟,其平均时间容量就是,20,。加载时间占循环周期的比例可以在,10,到,100,输出容量到范围内任意改变。,2,)、能力调节对比,变频:,一般来说,变频压缩机频率可以从,15-120Hz,连续变化。变频压缩机容量从,12.5,-105,连续改变,空调系统可精确控制室内温度。,变容:,5HP,机分四级容量,25,-50,-75,-100,,另加一台定速,5HP,压机组成,10HP,八级容量控制:,12.5%,、,25%,、,37.5%,、,50%,、,62.5%,、,75%,、,87.5%,和,100%,。这就意味着空调系统无法精确控制室内温度。,ON/OFF,控制(数码涡旋):,ON/OFF,控制的输出在,10,到,100,之间。其最小能力取决于电磁阀到速度响应,由于控制电磁阀到时间比例即可改变压缩机输出,提供了连续到容量输出,能够精确的控制室内温度。,3,)、效率对比,1,:全负荷效率,变频:,变频器的损失占输入功耗的,7%8,,这样系统满负荷的,COP,比未加入变频器的定速系统,COP,降低了,7%8,。,变容:,5HP,机在,100,负荷时,,10HP,机在,50,和,100,两点时,,COP,性能较好,为定速系统的最大,COP.,ON/OFF,控制(数码涡旋):,ON/OFF,控制系统在,100,负荷时的,COP,性能较好,为定速系统的最大,COP,。,4,)、效率对比,2,:变负荷效率,变频:,负荷变化时频率变化,变频器功耗始终保持输入功率的,8,,设定速机满负荷时的最大,COP,为,COPmax,,变频变负荷时的效率(变频、变容、,ON/OFF,控制都未考虑变负荷时室内机的开机数量不减,此时相对换热面积增加引起效率提高的影响)为:,COP=Q/(1+8%)W=COPmax/1.08=0.93COPmax,即负荷从,10%-100%,变化时,空调系统的效率始终保持最大效率的,93%,为恒定值。,变容:,COP,仅在,50,和,100,两点时性能较好,但在变负荷时由于大马达拉小车的因素,电机效率下降。空调系统的效率除电机效率下降外,还存在排气短路的损失,低负荷下降,30%,,则变容压缩机系统的,COP,从,70%COPmax,至,100COPmax,之间变化。,ON/OFF,控制(数码涡旋):,根据数码涡旋资料介绍,卸载状态下,压缩机电机无负载空转消耗功率大约为满负荷功率的,10,。以此计算其,10,负荷时的,COP,10,负荷时压机满载工作,1,秒钟,空转,9,秒钟,其,10,秒周期内的实际平均功耗,:,W=(1*Wmax+9*10%Wmax)/10=19%Wmax,实际平均输出能力,:,Q=10%(Qmax),其中,Wmax,、,Qmax,为,100,负荷时的功耗与输出能力。则,10,负荷时的效率为:,COP=Q/W=10%*(Qmax)/19%Wmax=10/19*,COPmax,=0.5*,COPmax,计算结果说明,10,负荷时的,COP,是满负荷时的,50,。从,10,负荷到,100,负荷变化时,COP,的变化从,50,COPmax,到,100%,COPmax,变化。,5,)、效率对比,3,:效率波动,变频:,变频系统需求能力恒定时,频率恒定。系统内制冷剂流动稳定,压力温度无波动,极易实现系统到过热度优化控制,使系统效率保持稳定高效。,变容:,变容运行稳定,同变频。,ON/OFF,控制(数码涡旋):,以,10,秒为周期到加载卸载,存在,10,秒周期的制冷剂压力、温度波动,过热度不稳定难使系统效率更高。,6,)、电机效率,人类追求高效、节能与环保的历史,决定了人类的文明历史。,BLDCM,(无刷直流电机)与,PMSM,(永磁同步电机)电机的起动力矩大,效率比,AC,异步电机高,4,-13,,功率因数比异步电机高,5,-20,,尺寸小,节约成本,随着驱动控制技术的突破,永磁电机开始在家电中大量应用如:永磁直流无刷风机、直流无刷电机压机、永磁同步,PMSM,压机。,图,1,为永磁电机与交流电机铜损、铁损对比,图,2,为,BLDCM,与,ACM,系统的效率对比,EFF:Efficiency,BL:Brushless,IM:Induction motor,(conventional type),Wfs:Ferrous wattage loss,Wcos:Copper wattage loss,图,1,Comparison of loss in BL with IM,图,1,图,2,采用永磁,PMSM,电机压机与,BLDCM,电机风机的全直流变频中央空调系统的功耗比交流系统减少,20,,经系统优化,,COP=3.5,。根据其效率变化随负荷变化的特点,其负荷变化,10,至,100,时的,COP=3.5,不变。其综合效率远高于其他能力调节系统。,图,3,为三种系统的变负荷效率对比,图,3,7,)、控制精度对比,变频:,负荷稳定时,频率稳定,室温控制优良。负荷要求变化时,变频器迅速跟踪,满足要求。,变容:,负荷稳定时,由于只有八级调节,室内温度控制不精确。负荷要求变化时,能迅速跟踪,满足要求。,ON/OFF,控制(数码涡旋):,同变频。,8,)、电磁兼容对比,变频系统由于整流及变频的转换,其干扰高于其它系统,但变频、变容、,数码涡旋执行相同的电磁兼容性标准,都符合,EMC,电磁兼容的要求。,9,)、可靠性与风险对比,变频:,20,多年的实践检验,各项技术成熟可靠,无未来的未知风险。,变容:,回油困难,使用双转子压缩机,旁通时单转子运转振动大,.,ON/OFF,控制(数码涡旋):,由于长期运行存在每,10,秒周期的加载卸载,电流波动大。大批集中使用时,,例如,1000,台集中使用,由于启动时间不是零,按照概率,即使平均计算每,秒钟有,100,台同时启动,实际上肯定有更多台,甚至是数百台,在同一秒钟,内同时启动,巨大的启动电流对供电系统带来的影响如何,尚无实验证明,,未来风险不确定。,10,)、启动电流对比,变频:,变频低压启动电流小。,变容:,定速启动电流大,仅第一次启动时有。,ON/OFF,控制(数码涡旋):,定速启动电流大,,10,秒内周期重复。,结论:,永磁电机的变频变速系统,启动电流小,满足电磁兼容要求,具有较高,的平均效率,无未知的风险,是未来节能发展的方向,其他系统可能是过渡,性产品,但由于控制简单,目前还是有一定的市场需要。,谢谢,!,
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