稀土永磁電機(jī)及控制器在壓縮機(jī)中用前景
馬瑞卿 劉衛(wèi)國(guó) 吳 斌 李鐘明 (西北工業(yè)大學(xué)西安710072)
【摘 要】分析目前異步電動(dòng)機(jī)在家用制冷電器中的弊端，介紹與之相應(yīng)的幾種變頻調(diào)速控制器的性能特點(diǎn)，通過與稀土永磁電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)比較分析，展望稀土永磁電機(jī)及其變頻器在可變制冷量家用制冷電器上的應(yīng)用前景。
【敘詞】 永磁電機(jī)變頻器壓縮機(jī)應(yīng)用
1 引 言
家用制冷電器用得最多的是單相異步電動(dòng)機(jī)，靠電容或電阻分相，其壓縮機(jī)電機(jī)常工作在短時(shí)重復(fù)狀態(tài)（通／斷式），這樣勢(shì)必帶來起動(dòng)頻繁、沖擊電流大、電機(jī)及壓縮機(jī)壽命短、致冷溫度上下起伏大，即溫度穩(wěn)定性差等一系列弊端，同時(shí)系統(tǒng)效率低、噪聲大、可控性能差。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，采用變頻調(diào)速(vvvf)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)成為先進(jìn)制冷系統(tǒng)的發(fā)展方向。它不但可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)、減小電流沖擊、延長(zhǎng)電機(jī)壽命，還可通過平滑速度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)可變制冷量，即高速制冷、低速維持，提高溫度穩(wěn)定性。作為用電大戶的壓縮機(jī)，在推廣創(chuàng)造節(jié)能效益上十分顯著，國(guó)外，全球性能源短缺，使日本東芝公司1981年就將vvvf技術(shù)用于壓縮機(jī)電機(jī)控制，推出了新一代逆變器空調(diào)。到目前為止，發(fā)達(dá)國(guó)家變頻調(diào)速冰箱空調(diào)已獲得了廣泛的應(yīng)用，并且向健康、舒適型發(fā)展，據(jù)日刊介紹，1990年在日本房間空調(diào)器的銷售量中已有百分之60為變頻空調(diào)，并且逐年增長(zhǎng)[1]。我國(guó)起步較晚，90年代后期，部分廠商才開始散件引進(jìn)組裝，有關(guān)專家已看好其節(jié)能和良好的溫度穩(wěn)定性，國(guó)家也在“八五”期間進(jìn)行了專項(xiàng)攻關(guān)，出現(xiàn)了以電機(jī)和控制器兩條主線的多元化發(fā)展格局。一方面壓縮機(jī)電機(jī)從單相異步機(jī)發(fā)展到兩相對(duì)稱、三相異步機(jī)，甚至稀土永磁電機(jī)；另一方面變頻調(diào)速器則從單進(jìn)單出、單進(jìn)雙出發(fā)展到單進(jìn)三出；控制形式從spwm、pwm、pfm發(fā)展到速度閉環(huán)、電流閉環(huán)；控制策略也從氣隙磁通控制發(fā)展到滑模變結(jié)構(gòu)控制、參數(shù)****化控制、參數(shù)自適應(yīng)控制；溫度閉環(huán)從簡(jiǎn)單的比例反饋、pi控制發(fā)展到現(xiàn)代智能型模糊控制，呈現(xiàn)出一派繁榮景象。但要進(jìn)入實(shí)用，使之實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，面臨的主要問題仍然是低成本、高可靠性和小型化，包括電路簡(jiǎn)化、效率高、可維護(hù)性強(qiáng)、智能化和自動(dòng)化等。本文針對(duì)這種局面，結(jié)合“八五”攻關(guān)任務(wù)以及近幾年研制的幾種壓縮機(jī)電機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)，通過這兩條主線的對(duì)比研究，展望稀土永磁電機(jī)及變頻器在家用制冷電器中的應(yīng)用前景。
2壓縮機(jī)電機(jī)的應(yīng)用分析
由于交流變頻調(diào)速給壓縮機(jī)電機(jī)帶來的優(yōu)良特性和節(jié)能效益，從而打破了單相異步電動(dòng)機(jī)一統(tǒng)家用電器壓縮機(jī)電機(jī)的局面，許多適于調(diào)速的電機(jī)紛紛登臺(tái)，出現(xiàn)了交流異步機(jī)與同步機(jī)互相爭(zhēng)奪的現(xiàn)象。一般可作為壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分為如下幾類：
（電容或電阻分相）
2.1異步電機(jī)的應(yīng)用分析
可變制冷量型家用制冷電器作為今后的發(fā)展方向，其主要特點(diǎn)是壓縮機(jī)電機(jī)能平滑調(diào)速，固此在堅(jiān)固耐用的異步機(jī)上配以調(diào)速器就成為可能。
(1)鑒于目前國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)廠家不愿改動(dòng)業(yè)已批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線，避免一次性投資過大，而又希望通過無級(jí)調(diào)速改善電機(jī)運(yùn)行性能，實(shí)現(xiàn)可變制冷量和節(jié)能，為此研制了0．2kw冰箱用和0.8kw空調(diào)用變頻調(diào)速控制器，均為單進(jìn)單出系統(tǒng)，可直接跨接于220v和壓縮機(jī)電機(jī)之間，由電容或電阻分相，絲毫不改動(dòng)現(xiàn)有壓縮機(jī)及電機(jī)，減少了過大的投資。但由于磁場(chǎng)不是圓形（非嚴(yán)格90度分相），且頻率變化時(shí)電機(jī)容抗也隨之變化，所以低頻帶載能力差，電機(jī)運(yùn)行性能和節(jié)能效果并不十分理想。
(2)如果將電機(jī)改為兩相對(duì)稱繞組，控制器為單進(jìn)雙出，且嚴(yán)格90度分相，取掉了電容或電阻，電機(jī)只需重新繞線，這樣電機(jī)成本大大降低，并且能保證圓形磁場(chǎng)，而且無容抗受頻率的影響，低頻特性也好，但該方法電壓損失嚴(yán)重，鐵心利用率低，效率也不高。
(3)重新改造電機(jī)，以三相異步機(jī)(im)為好，這種電機(jī)可由通用變頻器將單相交流電分成三相，而且調(diào)速平滑，技術(shù)成熟，控制方法多樣，電機(jī)運(yùn)行特性妤，效率相對(duì)較高。通過0. 8kw三相異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研制，雖然成本比單雙相略高，但運(yùn)行可靠，低速節(jié)能顯著，很適合冰柜和小型空調(diào)器，而且耐用、防爆、易維護(hù)。采用三進(jìn)三出結(jié)構(gòu)，在工 |
