无需序号：如何理解变频空调器的工作原理？

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【摘要】：变频空调器采用由变频压缩机、电子膨胀阀、室内外换热器和风机系统构成的可变容量制冷系统，该系统主要完成三大调节功能，即压缩机功率调节、制冷剂流调节和热交换器能力的调节。变频空调器中使用的变频压缩机，其转速是随供电频率而变化的，所以压缩机的制冷量或制热量均与供电频率成比例地变化。因此，变频空调器起动后，能很快地达到所要求的房间温度，之后又能使室内温度变化保持在较小范围。变频空调器采用的电子膨胀阀

变频空调器采用由变频压缩机、电子膨胀阀、室内外换热器和风机系统构成的可变容量制冷系统，该系统主要完成三大调节功能，即压缩机功率调节、制冷剂流调节和热交换器能力的调节。其中压缩机功率调节由变频器完成，制冷剂流则由电子膨胀阀调节，而热交换能力由风扇调节。

变频空调器采用变频调速技术，它与传统空调相比，最根本的特点在于它的压缩机转速不是恒定的，而是随运行环境的需要而改变，即压缩机转速连续可调，并根据室内空调负荷而成比例变化。当需要急速降温（或急速升温），室内空调负荷加大时，压缩机转速就加快，空调器制冷量（或制热量）就按比例增加；当房间到达设定温度时，压缩机随即处于低速运转，维持室温基本不变。

目前，变频方式有两种：交流变频方式和直流变频方式。

（1）变频器工作原理

变频器是将电网供电的工频交流电变换为适用于交流电动机变频调速用的电压可变、频率可变的交流电的变频装置。交流变频的原理是把220V交流电转换为直流电源，为变频器提供工作电压，然后再将直流电压“逆变”成脉动交流电，并把它送到功率模块。同时，功率模块受电脑芯片送来的指令控制，输出频率可变的交流电压，使压缩机的转速随电压频率的变化而相应改变，这样就实现了电脑芯片对压缩机转速的控制和调节。

1）交流变频。采用交流变频方式的空调器压缩机要使用三相异步电动机，才能通过改变压缩机供电的频率，来控制它的转速。交流-直流-交流变频器的工作原理框图如图7-34所示。

图7-34 交流-直流-交流变频器原理框图

① 整流器。整流器的作用是把交流电整流为直流电。在变频技术中，整流器可采用硅整流元件构成不可控整流器，也可以采用晶闸管元件构成可控整流器。

②逆变器。逆变器的作用是把直流电逆变为频率、电压可调的交流电。在现代交流调频系统中，逆变器使用的功率元件有普通的晶闸管（STR）、门极关断（GTO）晶闸管、大功率晶闸管（GTR）和绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等。

③控制回路。控制回路是根据变频调速的不同控制方式产生相应的控制信号，控制整流器及逆变器中各功率元件的工作状态，使逆变器输出预定频率和预定电压。

控制器有两种控制方式，一种是以各种集成电路构成的模拟控制方式；另一种是以单片机、微处理器构成的数字控制方式。

2）直流变频。直流变频空调器同样是把交流市电转换为直流电源，并送至功率模块，模块同样受电脑芯片指令的控制，所不同的是模块输出的是电压可变的直流电源，驱动压缩机运行，控制压缩机排量。由于压缩机转速是受电压高低的控制，所以要采用直流电动机。直流电动机的定子绕有电磁线圈，而采用永久磁铁作转子。当施加在电动机上的电压增高时，转速加快；当电压降低时，转速下降。利用这种原理来实现压缩机转速的变化，通常称为直流变频。

（2）变频空调器的控制系统

变频空调器的控制系统采用新型电脑芯片，整个系统电路结构如图7-35所示。从图中可以看出，变频空调器的室内机和室外机中，都有独立的电脑芯片控制电路，两个控制电路之间有电源线和信号线连接，完成供电和相互信息交换（即室内、室外机组的通信），控制机组正常工作。

变频空调器工作时，室内机组电脑芯片接收各路传感元件送来的检测信号：遥控器指定运转状态的控制信号、室内温度传感器信号、蒸发器温度传感器信号（管温信号）、室内风扇电动机转速的反馈信号等。电脑芯片接收到上述信号后便发出控制指令，其中包括室内风机转速控制信号、压缩机运转频率的控制信号、显示部分的控制信号（主要用于故障诊断）和控制室外机传送信息用的串行信号等。

同时，室外机内电脑芯片从监控元件得到感应信号：来自室内机的串行信号、电流传感器信号、电子膨胀阀温度检测信号、吸气管温度信号、压缩机壳体温度信号、大气温度传感信号、变频开关散热片温度信号、除霜时冷凝器温度信号等8种信号。室外电脑芯片根据接收到的上述信号，经运算后发出控制指令，其中包括室外风扇的转速控制信号、压缩机运转的控制信号、四通电磁阀的切换信号、电子膨胀阀制冷剂流量控制信号、各种安全保护监控信号、用于故障诊断的显示信号、控制室内机除霜的串行信号等。

图7-35 变频空调系统电路结构

（3）变频空调器的制冷系统及其特有部件

变频空调器的制冷系统一般由变频压缩机、室内与室外换热器（冷凝器、蒸发器）、电子膨胀阀、电子换向阀、除霜电磁阀等部件组成，如图7-36所示。

图7-36 变频空调制冷系统组成

1）变频压缩机。变频空调器中使用的变频压缩机，其转速是随供电频率而变化的，所以压缩机的制冷量或制热量均与供电频率成比例地变化。这样，压缩机可以在较低的转速下，在较小的起动电流下起动。之后，依靠连续运转时转速的变化，使其制冷量或供热量发生变化，以便和房间负荷相适应。因此，变频空调器起动后，能很快地达到所要求的房间温度，之后又能使室内温度变化保持在较小范围。

变频压缩机的优点如下：

①在频率变化时，变频压缩机的制冷量或制热量变化范围大，能很好地适应空调房间因室外气温变化时引起负荷变化的要求。特别是冬季严寒季节，房间温度低、散热量大的情况下，变频压缩机可以高速运转，使空调器产生较大的制热量，维持舒适的供暖室温。此外，变频压缩机起动后高速运转，可以使房间温度很快升高。

②在低频率下运转时，变频压缩机的制冷能效和供暖性能系数显著提高。因此，变频压缩机比传统压缩机开关运转方式能节省电力消耗，一般节能在30%以上。

2）热交换器（蒸发器和冷凝器）。空调器中使用的热交换器主要采用平面散热片型的热交换器，如图7-37所示。包括散热片、发卡形长腰管、U形弯管。这样不但结构坚固，空气压力损失小，同时也构成了制冷剂流动的封闭系统。由于变频空调器的制冷（热）量变化范围大，因此，室、内外热交换器的发卡形长腰管、U形弯管等管路全部采用内螺纹钢管，不仅可以增大热交换面积，而且可以使流动的制冷剂产生紊流，从而提高了热交换效率。散热片采用翅片式覆膜铝片，不仅可以防止水滴的形成，而且可以提高热交换器的换热效率。

图7-37 热交换器外形

3）电子膨胀阀。空调器制冷循环系统中，常用节流方式有毛细管节流和电子膨胀阀节流两种。

变频空调器采用的电子膨胀阀由微电脑控制，利用步进式电动机驱动，在整个系统中可以非常精确并流畅地控制制冷剂的流动量，适用于制冷剂流量变化快且变化范围大的制冷系统中。它与原有的热力式膨胀阀不同，由于采用步进式电动机控制，可以非常精确地控制阀体的开度，并且开关调节快速、省电、体积较小。在系统中不但可以调节制冷剂的流量，而且可以实现多种保护，如防冻结保护、制冷防冷凝器温度过高保护、防过载保护、防压缩机排气温度过高保护等。电子膨胀阀结构如图7-38所示。

4）除霜电磁阀。空调器在制热运行时，室外机热交换器会因着霜而影响换热效果。普通定速空调器是通过电子换向阀改变制冷剂流向，以达到除霜的目的；而在变频空调器系统中加入除霜电磁阀后，可以在不改变换向阀状态的情况下，达到除霜的目的。原理是当微电脑通过传感器检测判定室外热交换器结霜时，除霜电磁阀打开，从压缩机中出来的高温高压气态制冷剂一部分不经过室内热交换器直接回到室外热交换器，这些制冷剂带来的热量会除掉热交换器上的霜。空调器除霜电磁阀外形如图7-39所示。

由于变频压缩机可以通过改变压缩机转速，在较大范围内调节空调器的制冷（热）量，加之电子膨胀阀对流量的精确控制，目前在空调器的一拖多技术中广泛采用变频系统。图7-40所示为变频一拖二空调器的制冷系统。

图7-38 电子膨胀阀结构

图7-39 空调器除霜电磁阀外形

图7-40 变频一拖二空调器的制冷系统

无需序号：如何理解变频空调器的工作原理？

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