变频空调压缩机及变频调速系统介绍

 

1   引言 
　　由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此人们对制冷系统及压缩机的研究重点一直
是在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转
速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发
温度。这种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作
过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着
负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧
压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲
击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种
频繁的起停过程。
　　而变频调速技术主要由以下

4 个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM 波的

生成以及变频压缩机的电机选择。
　　

2   三种变频压缩机的研究状况

　　针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到
变频特性的发挥；从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高
了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。
　　

2.1   往复式活塞压缩机

　　日本东芝公司在

1980 年开发了往复式变频压缩机，又在 1981 年开发了转子式变频压

缩机，文献

[1]给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往

复式在频率为

25~75Hz 时，效率高；而转子式在 30~90Hz 时，效率高。并且两种机型均存

在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外
Scalabrin 测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出
这台压缩机的容积效率在转速为

1000rpm 时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而

增高

[2]。Krueger 讨论了 BPM 电机及变频器的设计，对转速在 2000~5000rpm 的冰箱和往复

式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为

3000~5000rpm 时制冷系数最高；而文献

[3]则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内
2000~4000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能
进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。
　　

2.2  滚动转子式压缩机

　　在

1984 年，日本东芝公司的 Sakurai 和美国普渡大学的 Hamilton 建立了简单的滚动转

子式压缩机的摩擦损失模型

[4]，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算

了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献

[5]叙述了日立公司

1983 年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献[6]研究了单缸和双缸转子
压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献

[7]采用低密度

和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献
[8]简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、