一種多速節(jié)能空調(diào)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

明書(shū)(節(jié)能減排大賽國(guó)家二等獎(jiǎng))一、研制背景及意義，我國(guó)城市空調(diào)普及率已經(jīng)超過(guò)55%。對(duì)于空調(diào)這樣的高耗能電器(額定功率735-1500w)，就其占有率來(lái)說(shuō)，節(jié)能潛力巨大。目前市場(chǎng)上普遍使用的空調(diào)節(jié)能技術(shù)和措施種類繁多，主要集中在改良?jí)嚎s機(jī)，無(wú)級(jí)變頻技術(shù)，節(jié)能制冷劑和添加劑和改善冷凝器蒸發(fā)器這四個(gè)方面，但是上述技術(shù)普遍存在成本較高、節(jié)能效果不十分明顯的特點(diǎn)。本方案經(jīng)過(guò)廣泛的市場(chǎng)調(diào)研和分析，縮機(jī)節(jié)能制冷劑和添加劑改善冷凝器蒸發(fā)器節(jié)能效果同使用環(huán)境密切相關(guān)度階段階段好好高高高低空調(diào)的變頻技術(shù)成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，定頻空調(diào)由于能耗大、噪聲大等缺點(diǎn)只能漸被淘汰，但變頻空調(diào)比定頻空調(diào)的價(jià)格高出很多，經(jīng)調(diào)查可知目前大部分的家用空調(diào)市場(chǎng)仍被定頻空調(diào)所占有，要改變空調(diào)耗能過(guò)大的現(xiàn)狀則設(shè)計(jì)出一種新型節(jié)能且成本低廉的空調(diào)。本方案的多速變頻空調(diào)由于同樣具有變頻的功能且主電路簡(jiǎn)單，易于控制，而降低了變頻器的成本，公眾更易于接受。在加入節(jié)電開(kāi)關(guān)后則更加節(jié)能。在電力電子器件制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新項(xiàng)目的研究將具有良好的發(fā)展前景。交交變頻技術(shù)在現(xiàn)有的電力電子技術(shù)基礎(chǔ)上早已達(dá)到成熟階段，市場(chǎng)上的交交變頻器也層出不窮，且都具有良好的變頻性能，但將交交變頻技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)變頻調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例尚未出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)主流空調(diào)節(jié)能技術(shù)的調(diào)查對(duì)比，發(fā)現(xiàn)將交交變頻技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目前市場(chǎng)上的空調(diào)分為定頻空調(diào)和變頻空調(diào)兩種。由于供電頻率不能改變，定頻空調(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，所有它不能通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)控制制冷量，而是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式來(lái)調(diào)節(jié)房間溫度高低，所以定頻空調(diào)雖然能調(diào)節(jié)制冷能力，但壓縮機(jī)的功耗卻居高不下。與之相快，空調(diào)器制冷(熱)量就大；而當(dāng)供電頻率較低時(shí)，空調(diào)器制冷(熱)量就小。所以變頻空調(diào)更加節(jié)能環(huán)保。但是變頻空調(diào)的變頻能力是靠高成本的交直交變頻器實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)致變頻空調(diào)的平均售價(jià)比定頻空調(diào)要高出1000元以上，超過(guò)了使用變頻空調(diào)節(jié)能帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值,成為阻礙變頻空調(diào)推廣的最大障礙。本方案的空調(diào)壓縮機(jī)不再使用將現(xiàn)有變頻空調(diào)的交—直—交變頻器，而是改用交—交變頻器，從而大大降低了成本。又由于在夏季空調(diào)使用高峰，只要室內(nèi)溫度在26℃左右人體即可感覺(jué)舒適，不需要變頻空調(diào)的精確調(diào)節(jié)。所以本設(shè)計(jì)方案可以替代變頻空調(diào)應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。此外，含變壓器的電器設(shè)備在待機(jī)而沒(méi)有切斷源的情況下都有待機(jī)功耗。在關(guān)閉開(kāi)關(guān)卻插些電器一天就要耗電4度?？照{(diào)一般沒(méi)有機(jī)℃也不能明顯改變?nèi)梭w的舒適程度。這也是國(guó)務(wù)院二、設(shè)計(jì)方案在辦公室、家庭環(huán)境下采用昂貴的無(wú)級(jí)變頻技術(shù)對(duì)室溫進(jìn)行精確的控制顯得得不償失。本值，當(dāng)檢測(cè)到電源導(dǎo)線電流小于閾值，則觸發(fā)延時(shí)繼電器在某個(gè)時(shí)間段后仍處于待機(jī)狀態(tài)則切有效輔助。2.1主要解決方案和原理圖將現(xiàn)有空調(diào)的交-直-交變頻器改為交-交變頻器，運(yùn)用交-交變頻使原來(lái)的整流和逆變電路用一個(gè)交-交變頻電路代替，使主電路中的可控元件更少，電路更簡(jiǎn)單。同時(shí)省去了交-直-交變頻器平滑變速的功能，改造后的主電路及觸發(fā)電路則省去了使變頻器平滑調(diào)速的控制電路。從而大大降低了變頻器的成本。閘管的觸發(fā)脈沖由555定時(shí)器芯片及電容電阻構(gòu)成，在通過(guò)延時(shí)器及其他相關(guān)元器件構(gòu)成觸發(fā)HZHZ的雙檔電源。在通過(guò)使用繼電器組建控制電路與空調(diào)的溫度傳感器相連，根據(jù)傳感器發(fā)出的溫度信號(hào)來(lái)選擇電源的頻率檔，即當(dāng)空調(diào)制冷時(shí)選擇HZ，則通過(guò)溫度過(guò)交交變頻電路變?yōu)?5HZ，則電機(jī)以1/2的轉(zhuǎn)外25HZ檔還可運(yùn)用于空調(diào)電機(jī)啟動(dòng)，由于電機(jī)的啟動(dòng)電流正比與電源電壓的頻率，從而可減小電機(jī)的啟動(dòng)電流，減小對(duì)電器的沖擊，降低能耗。圖中節(jié)電開(kāi)關(guān)接在電源側(cè)，其功能為在空調(diào)不工作而處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲，可自動(dòng)切斷總電源，減少不必要的電能浪費(fèi)。綜合來(lái)看此空調(diào)系統(tǒng)不僅具有優(yōu)越的性能而且從多個(gè)方面減少能耗，達(dá)到節(jié)能增效。(1)交交變頻主電路原理[2]：改變傳統(tǒng)空調(diào)定頻的模式,引入交交變頻調(diào)速,通過(guò)改變電源頻率改變空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)Z的1/2。則可達(dá)電路由左右兩組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，左右兩組變頻器都是相控整流電路，左半橋工作時(shí)，負(fù)載電流為正，右半半橋工作時(shí)，負(fù)載電流為負(fù)。讓兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。晶閘管觸發(fā)控制方式：通過(guò)控制8個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間可將工頻變?yōu)樵瓉?lái)的一半。晶ssz頻電路直接輸出波形；波形二為經(jīng)過(guò)濾波后的輸出電壓波形；波形三為輸出電壓起振過(guò)程；(2)晶閘管觸發(fā)電路[3]：f=1/T=1/0.7(R1+R2)Cq=R1/(R1+R2) (3)控制電路設(shè)溫度為27度，則空調(diào)開(kāi)始制冷時(shí)通過(guò)控制電路控制使壓縮機(jī)工作在高頻檔，則電機(jī)轉(zhuǎn)速高，迅速制冷；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到27度時(shí)，則可根據(jù)傳感器發(fā)出的溫度信號(hào)使控制電路選擇低頻檔，使壓縮機(jī)工作在一半轉(zhuǎn)速，能維持室內(nèi)溫度即可，同時(shí)降低功率損耗。(2)啟動(dòng)控。控制電路的電路圖見(jiàn)圖11。控制開(kāi)關(guān)選擇分三個(gè)階段，第一階段為啟動(dòng)時(shí)低頻檔25Hz保護(hù)元件：熔斷器FU1(電機(jī)過(guò)載保護(hù))；FU2(控制電路的短路保護(hù))；斷路器QF(電機(jī)短路、過(guò)載保護(hù))。過(guò)程，從而達(dá)到自動(dòng)保溫工作。(4)節(jié)電開(kāi)關(guān)溫度感應(yīng)電路：多諧振蕩器產(chǎn)生的的振蕩頻率為fc=1.443/((R+2Rt)*C1),由于熱敏M空調(diào)插座將在系統(tǒng)關(guān)閉后自動(dòng)切斷插座電源。W的小功率變壓器改制成，即把該變壓器的低壓繞組拆去，用電源線在變壓器鐵芯上繞3~5電路可裝進(jìn)插座內(nèi)，只需電路正確組裝，并且通過(guò)調(diào)整變壓器低壓繞組的圈數(shù)找到能提供給2.2方案延伸(1)三相矩陣式變頻電路突破了單相交交變頻只能成倍降頻的功能，優(yōu)越與單相交交變頻電路，使變頻功能更完善。保問(wèn)題，是一種“綠色”的變換器。其電氣向能十分理想，有良好的發(fā)展前景。(2)電機(jī)變極調(diào)速[4]：。2.3主要的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新之處(1)與定頻空調(diào)對(duì)比且對(duì)壓縮機(jī)的壽命有一定的影響。運(yùn)用交交變頻電路將定頻空調(diào)改造為有兩個(gè)固定頻率的雙速空調(diào)，則可改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。供電頻率為高檔時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速快，空調(diào)器采用這種工作方式有許多優(yōu)勢(shì)。交交變頻空調(diào)的特點(diǎn)：(1)省電性：由于它的壓縮機(jī)不會(huì)頻繁開(kāi)啟，會(huì)使壓縮機(jī)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，這可以使空調(diào)整體達(dá)到節(jié)能20%以上室溫劇烈變化所引起的不適感。(3)低頻起動(dòng)：“交交變頻空調(diào)”采用變頻控制技術(shù)，啟動(dòng)由于具有變速的功能而減少了很多不必要能量的消耗，達(dá)到了在增加舒適度延長(zhǎng)壓縮機(jī)壽命的基礎(chǔ)上節(jié)能的目的。(2)與現(xiàn)有變頻空調(diào)對(duì)比現(xiàn)有的變頻空調(diào)變頻器為利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置.主要采用交—直—交方式,先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源,然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī).變頻器的電路一般功功率.通過(guò)變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。與之相比雙速空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)：(1)由于室內(nèi)溫度變化幅度相對(duì)不是很大，所以空調(diào)對(duì)溫度的敏感度也可以相應(yīng)降低，則雙速空調(diào)完全可達(dá)一個(gè)主回路，就能替代交—直—交變頻器中的整流和逆變部分，同時(shí)減少了可控器件的控制將電源頻率調(diào)節(jié)為另一固定值，則省去了原空調(diào)變頻器平滑變速的控制功能，又在原有的更有效的推廣。(3)多速空調(diào)的其他應(yīng)用方式在春秋換季季節(jié)溫度相對(duì)適宜，若需要空調(diào)調(diào)節(jié)則其溫度調(diào)節(jié)范圍較小，壓縮機(jī)在低頻率，同樣能達(dá)到節(jié)能的目的。(4)節(jié)電開(kāi)關(guān)通過(guò)設(shè)計(jì)電路達(dá)到控制空調(diào)待機(jī)狀態(tài)時(shí)切斷電源的目的，節(jié)省了平時(shí)生活中無(wú)意浪費(fèi)掉有大的突破。且三相矩陣式變頻可使其具有更好的電氣性能。三、理論設(shè)計(jì)計(jì)算(1)主要技術(shù)指標(biāo)OP所以空調(diào)能效比通常指的是制冷能效比EER。例如，一臺(tái)定速空調(diào)的制冷量是4800W，制冷耗電量級(jí)(2)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：四、預(yù)期成果及效益以家用空調(diào)為例，北京居民生活用電每度0.4883元為參照，一年一臺(tái)空調(diào)可省電費(fèi)閘管觸發(fā)電路定子繞組五、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用本設(shè)計(jì)提出了一種將目前很成熟的交-交變頻技術(shù)引入到空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方案。(1)同定頻空調(diào)相比具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)。(2)同變頻空調(diào)相比具有低成本優(yōu)點(diǎn)。(3)