電子膨脹閥在多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用.doc

前言：隨著國(guó)家對(duì)于節(jié)能的重視，節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不斷出臺(tái)，對(duì)于空調(diào)節(jié)能的要求也不斷提高，多聯(lián)機(jī)，俗稱“一拖多”空調(diào)正是符合這一要求的空調(diào)系列，“多聯(lián)機(jī)”指的是一臺(tái)室外機(jī)通過(guò)配管連接多臺(tái)室內(nèi)機(jī)，室外側(cè)采用風(fēng)冷換熱形式，室內(nèi)側(cè)采用直接蒸發(fā)換熱形式的一次制冷劑空調(diào)系統(tǒng)。多聯(lián)機(jī)的容量介于普通家用空調(diào)機(jī)和大型中央空調(diào)系統(tǒng)之間，特別適用于中小形建筑空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)用。目前主要應(yīng)用于高檔住宅、酒店政府機(jī)關(guān)、商業(yè)大廈等。多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)由于其：能耗低、響應(yīng)速度快、溫度控制平穩(wěn)、溫度場(chǎng)均勻、室內(nèi)機(jī)形式豐富，技術(shù)成熟，在家用中央空調(diào)領(lǐng)域非常的適用，但其初投資相對(duì)較高，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還不能廣泛推廣。主要的生產(chǎn)廠家包括有三菱、東芝、日立、大金等日本品牌，采用的是直流變速技術(shù)，還有三星、美的、格力、春蘭、華凌等品牌，主要采用了數(shù)碼變頻技術(shù)。1、PAW與PWM技術(shù)：多聯(lián)機(jī)對(duì)于冷媒工質(zhì)有著精確的控制，可以根據(jù)不同的負(fù)荷要求進(jìn)行冷媒流量的調(diào)節(jié)。目前控制的方法主要有兩種：一種是通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)冷媒的流量；另一種采用數(shù)字脈沖控制技術(shù)，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)輸出的工質(zhì)量。這兩種技術(shù)就是目前市場(chǎng)上多聯(lián)機(jī)的主導(dǎo)技術(shù)：變頻和數(shù)碼渦旋技術(shù)。他們都能夠根據(jù)房間的不同冷量需求來(lái)調(diào)節(jié)冷媒工質(zhì)的流量，但實(shí)現(xiàn)的方式并不相同。在多聯(lián)機(jī)技術(shù)及數(shù)碼渦旋技術(shù)中都采用了PWM技術(shù)，而在變頻技術(shù)中還采用了PAM技術(shù)，首先介紹一下兩者的概念。1、 PWM（Pulse Width Modulation）(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。2、 PAM是（Pulse Amplitude Modulation）(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律該表脈沖列的幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。在變頻技術(shù)中PAM技術(shù)與PWM技術(shù)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，來(lái)改變冷媒的流量。而在數(shù)碼蝸旋技術(shù)中，PWM技術(shù)主要用以調(diào)節(jié)電磁閥的開啟閉合的時(shí)間和開啟程度來(lái)調(diào)節(jié)冷媒流量，從而調(diào)節(jié)容量的輸出。因此同樣的技術(shù)在兩種壓縮機(jī)中的應(yīng)用是不相同的。變頻變?nèi)萘考夹g(shù)含量高，調(diào)控裝置復(fù)雜，廠家進(jìn)入的門檻高，沒(méi)有一定的開發(fā)應(yīng)用背景很難掌握該項(xiàng)目產(chǎn)品制造的核心技術(shù)。早期的國(guó)產(chǎn)空調(diào)廠家進(jìn)入多聯(lián)機(jī)市場(chǎng)，一般都與日本空調(diào)廠家合作建立生產(chǎn)線，例如美的和東芝、海信和日立、海爾和三菱重工等。多聯(lián)式VRF空調(diào)是一種高新技術(shù)的體現(xiàn)，與傳統(tǒng)空調(diào)相比，具有顯著的優(yōu)勢(shì)，它集一拖多，智能控制、節(jié)能、分戶計(jì)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)空調(diào)等多種高新技術(shù)于一身，能滿足消費(fèi)者對(duì)舒適性、方便性等方面的要求，在日本已經(jīng)有二十年以上的實(shí)用案例，技術(shù)非常成熟。目前，數(shù)碼渦旋多聯(lián)機(jī)迅速發(fā)展，占有了不少分額，其核心部件數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)主要生產(chǎn)廠家是美國(guó)谷輪公司。據(jù)谷輪公司介紹，中國(guó)市場(chǎng)中的美的、格力、春蘭、華凌、TCL、麥克威爾、三星等八家空調(diào)廠家均采用了谷輪公司的數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)生產(chǎn)多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組。作為其核心的數(shù)碼蝸旋壓縮機(jī)，所采用的是數(shù)碼蝸旋技術(shù)，較之變頻技術(shù)是后進(jìn)技術(shù)。據(jù)谷輪公司介紹，該公司不僅提供提供壓縮機(jī)，還提供包括驅(qū)動(dòng)程序、電腦板等整套控制系統(tǒng)。因此空調(diào)廠家進(jìn)入多聯(lián)機(jī)市場(chǎng)的門檻極低，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單組裝即可，不需開發(fā)核心部件，可以快速搶占多聯(lián)機(jī)市場(chǎng)份額。2、 PAM與PWM技術(shù)在變頻與數(shù)碼渦旋技術(shù)中的應(yīng)用變頻變?nèi)萘考夹g(shù)是指單一管路一拖多空調(diào)熱泵系統(tǒng)的室外主機(jī)調(diào)節(jié)輸出能力方式：（1）通過(guò)改變投入工作的壓縮機(jī)的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)主機(jī)的容量，進(jìn)行主機(jī)容量的粗調(diào)節(jié)；（2）通過(guò)變頻裝置改變變頻壓縮機(jī)輸入頻率來(lái)改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行主機(jī)容量的細(xì)調(diào)節(jié)，通過(guò)粗細(xì)配合，可以使得室外主機(jī)輸出能力連續(xù)線性調(diào)節(jié)。在三菱電機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)的應(yīng)用原理為利用PWM技術(shù)，改變輸入電壓的平均電壓，由轉(zhuǎn)速公式：Tn=9550Un*In/Nn(Un:額定電壓,In:額定電流，Nn:額定轉(zhuǎn)速)轉(zhuǎn)矩不變，改變平均電壓就可以改變額定轉(zhuǎn)速，從而改變壓縮機(jī)的冷媒輸出量，其對(duì)冷媒的控制非常精確。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的控制循環(huán)周期包括一段“負(fù)載期”和一段“卸載期”。負(fù)載期間，渦旋盤處于如圖1所示位置，壓縮機(jī)像常規(guī)渦旋壓縮機(jī)一樣工作，輸出100%容量。卸載期間，由于壓縮機(jī)的柔性設(shè)計(jì)，使兩個(gè)渦旋盤在軸向有一個(gè)微量分離，因此不再有制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)輸出為零。這樣，由負(fù)載期和卸載期的時(shí)間便可確定壓縮機(jī)的輸出容量。通過(guò)前面介紹的PWM概念可以知道，它是一種脈寬調(diào)制方式，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)改變電磁閥停止與開啟的時(shí)間，從而改變“負(fù)載期”和“卸載期”的組合，調(diào)節(jié)輸出容量負(fù)載期和卸載期這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是通過(guò)安裝在壓縮機(jī)上的PWM電磁閥來(lái)控制的。如圖一所示，有活塞安裝于頂部的頂渦旋盤處，活塞的頂部有一調(diào)節(jié)室，通過(guò)0.6mm直徑的排氣孔和排氣壓力相連通，而PWM電磁閥連接調(diào)節(jié)室和吸氣管。電磁閥斷電時(shí)處于常閉位置，活塞上下側(cè)的壓力為排氣壓力，以彈簧力確保兩個(gè)渦旋盤處于正常工作位置，使壓縮機(jī)在滿載下工作。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，調(diào)節(jié)室內(nèi)的排氣被釋放到低壓吸氣管，導(dǎo)致活塞上移，帶動(dòng)了頂部的定渦旋盤上移，該動(dòng)作使兩個(gè)渦旋盤分離，導(dǎo)致無(wú)制冷劑通過(guò)渦旋盤，使壓縮機(jī)卸載。當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，壓縮機(jī)再次滿載，恢復(fù)壓縮操作。排氣管PWM電磁閥排氣孔定渦旋盤吸氣口動(dòng)渦旋盤圖1數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的一個(gè)“工作周期時(shí)間”包括“負(fù)載狀態(tài)”時(shí)間和“卸載狀態(tài)”時(shí)間，如圖2所示，通過(guò)數(shù)碼控制改變這兩個(gè)時(shí)間不同時(shí)間組合，就可調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的輸出容量在10%-100%的范圍內(nèi)變化。圖2在變頻技術(shù)中我們分別采用了PAM與PWM技術(shù)，兩種技術(shù)都是為了調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，但這兩種技術(shù)的主要區(qū)別在于調(diào)壓和調(diào)頻是在兩個(gè)不同階段進(jìn)行的。如圖3所示圖3PAM特點(diǎn)：調(diào)壓和調(diào)頻在兩個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行，兩者要求在控制電路上協(xié)調(diào)配合，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。但由于輸入端采用晶閘管可控整流器，當(dāng)電壓調(diào)的較低時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)較小。但PAM在調(diào)壓過(guò)程中可對(duì)電流波形有整形作用，因此可抑制高次諧波的產(chǎn)生。最高轉(zhuǎn)速為PWM的1.5倍。PWM特點(diǎn)：輸入功率因數(shù)較高，調(diào)壓和調(diào)頻都在PWM逆變器上進(jìn)行，則電網(wǎng)功率因數(shù)較高，由于采用PWM逆變器調(diào)壓和調(diào)頻同時(shí)進(jìn)行較易產(chǎn)生高次諧波。由于受到晶閘管開關(guān)次數(shù)限制，頻率改變也受到一定的限制，因此最高轉(zhuǎn)速為7000轉(zhuǎn)/分。由于三菱電機(jī)空調(diào)采用了大容量直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，所以需要調(diào)節(jié)平均電壓來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而PWM正滿足了該要求，可通過(guò)改變占空比來(lái)改變平均電壓從而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。（如圖4）由于輸入功率及電網(wǎng)因數(shù)較高，所以應(yīng)用于三菱電機(jī)大匹數(shù)的空調(diào)系統(tǒng)中。而PAM同樣是一種調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的技術(shù)，雖然它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。但由于輸入端采用晶閘管可控整流器，當(dāng)電壓調(diào)的較低時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)較小，所以被應(yīng)用于三菱電機(jī)小匹數(shù)的POWERMULTI系列的空調(diào)系統(tǒng)中。圖4在數(shù)碼蝸旋壓縮機(jī)中，也同樣遇到了PWM技術(shù)，但其運(yùn)用的場(chǎng)合并不相同，它被運(yùn)用于PWM電磁閥中，用于負(fù)載和卸載之間的調(diào)配上。因此外界經(jīng)常見(jiàn)到的PAM和PWM技術(shù)，在變頻技術(shù)和數(shù)碼渦旋技術(shù)上的運(yùn)用是不相同的，變頻技術(shù)對(duì)于PAM和PWM技術(shù)的要求更高。3、 兩種技術(shù)的比較 31技術(shù)成熟性比較 變頻技術(shù)是成熟可靠的技術(shù)，應(yīng)用于空調(diào)領(lǐng)域也已經(jīng)有二十年的時(shí)間，工程實(shí)例已經(jīng)證明應(yīng)用該技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)是有保證的。 數(shù)碼渦旋技術(shù)開發(fā)的時(shí)間很短，對(duì)于壓縮機(jī)的機(jī)械要求很高且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，應(yīng)用于空調(diào)領(lǐng)域只有五年左右的時(shí)間，谷輪公司的數(shù)碼渦旋空調(diào)技術(shù)并沒(méi)有在美國(guó)使用過(guò)的經(jīng)驗(yàn)，還沒(méi)有經(jīng)過(guò)足夠時(shí)間可靠性運(yùn)行的體驗(yàn)。32容量調(diào)節(jié)和溫度濕度的調(diào)節(jié) 數(shù)碼渦旋容量調(diào)節(jié)范圍廣，調(diào)溫速度快，除濕能力好。 變頻壓縮機(jī)的容量輸出是通過(guò)變頻分級(jí)達(dá)到的，由于N=120*f*(1-S)/P(f表示頻率，S表示轉(zhuǎn)差率，P表示極對(duì)數(shù)),通過(guò)改變頻率可以改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，而無(wú)論采用PAM或者PWM技術(shù)，進(jìn)行變頻，其頻率的改變都必須經(jīng)過(guò)中間頻率，因此存在一定的時(shí)間滯后。而數(shù)碼渦旋通過(guò)PWM電磁閥調(diào)節(jié)負(fù)載和卸載時(shí)間，容量能迅速?gòu)?0%到100%，不需要分步實(shí)現(xiàn)，屬于連續(xù)和無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。變頻壓縮機(jī)必須通過(guò)中間頻率，從低頻到高頻的轉(zhuǎn)換，存在時(shí)間的滯后，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷突然發(fā)生變化時(shí)，變頻系統(tǒng)無(wú)法立即響應(yīng)負(fù)荷的變動(dòng)，使得室溫的波動(dòng)較大。而數(shù)碼渦旋技術(shù)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和寬廣的調(diào)節(jié)范圍確保了室內(nèi)空氣溫度的精確控制。 變頻系統(tǒng)在低容量（低頻）運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)溫度較低，隨著運(yùn)行頻率的降低，蒸發(fā)溫度逐漸升高，整個(gè)運(yùn)行階段平均蒸發(fā)溫度較高，而一般的空調(diào)系統(tǒng)多在部分負(fù)荷下運(yùn)行，這就導(dǎo)致了除濕能力的下降。而數(shù)碼系統(tǒng)無(wú)論在何種運(yùn)行比例時(shí)，其負(fù)載運(yùn)行時(shí)均是全負(fù)荷，所以如圖所示能在整個(gè)運(yùn)行階段保持較低的蒸發(fā)溫度，尤其是容量在40%80%范圍內(nèi)（較常使用的容量區(qū)間），數(shù)碼渦旋體現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢(shì)，所以其顯熱比較少，除濕能力較強(qiáng)，保證了高精度的除濕要求。數(shù)碼渦旋空調(diào)這種在低容量情況下能有效提供較好的濕度控制功能，對(duì)于相對(duì)濕度較高的地區(qū)及一些特殊場(chǎng)合尤為適用。 33對(duì)電網(wǎng)的沖擊干擾 數(shù)碼渦