關鍵詞變頻壓縮機變頻調速系統技術現狀
1引言
由於傳統的製冷系統採用定速壓縮機，因此人們對製冷系統及壓縮機的重點一直是在名義工況和額定轉速下穩態工作時的效率和其它工作特性上。傳統的製冷系統採用定轉速壓縮機，實行開關控制，利用壓縮機上附帶的鼠籠式電動機驅動壓縮機，從而調節蒸發溫度。這種控制方式使蒸發溫度波動較大，容易被冷卻環境的溫度。壓縮機電機在工作過程中要不斷克服轉子從靜止到額定轉速變化過程中所產生的巨大轉動慣量，尤其是帶着負荷啓動時，啓動力矩要高出執行力矩許多倍，其結果不僅要額外耗費電能，而且會加劇壓縮機運動部件的磨損。另外這種執行方式在啓動過程中還會產生較大的振動、噪聲以及衝擊電流，引起電源電壓的波動，因此應採用變頻壓縮機替代定轉速壓縮機，從而避免這種頻繁的起停過程。
而變頻調速技術主要由以下4個方面的關鍵技術組成：逆變器，微控制器，PWM波的生成以及變頻壓縮機的電機選擇。
2三種變頻壓縮機的研究狀況
針對變頻壓縮機的研究，是從往復活塞機開始的，但由於其往復運動的特點，影響到變頻特性的發揮；從而轉到滾動轉子式壓縮機、渦旋壓縮機等迴轉式壓縮機上來，大大提高了壓縮機的性能。總體說來，實驗研究居多，而較少。
2.1往復式活塞壓縮機
日本東芝公司在1980年開發了往復式變頻壓縮機，又在1981年開發了轉子式變頻壓縮機，[1]給出這兩種機器的製冷量和總效率隨頻率變化的實驗數據，從中可以看出往復式在頻率爲25~75Hz時，效率高；而轉子式在30~90Hz時，效率高。並且兩種機型均存在效率最高頻率。在大於此頻率時效率緩慢降低，小於此頻率時，效率則下降很快。另外，Scalabrin測量一臺可變速的開啓式往復壓縮機在不同轉速下的製冷量和輸入功率，他指出這臺壓縮機的容積效率在轉速爲1000rpm時最高，而等熵效率和製冷係數隨轉速的降低而增高[2]。Krueger討論了BPM電機及變頻器的設計，對轉速在2000~5000rpm的冰箱和往復式壓縮機進行了實驗研究，得到壓縮機的轉速爲3000~5000rpm時製冷係數最高；而文獻[3]則給出了其對冰箱用往復式壓縮機的性能試驗和模擬結果，在其研究的轉速範圍內2000~4000rpm，製冷係數隨轉速的增加而降低。還有學者對往復式變頻壓縮機的熱力性能進行了仿真研究，計算了壓縮機內各部位的換熱量和壓力損失。
2.2滾動轉子式壓縮機
在1984年，日本東芝公司的Sakurai和美國普渡大學的Hamilton建立了簡單的滾動轉子式壓縮機的摩擦損失模型[4]，並選取不同的邊界摩擦係數和製冷劑在油中的溶解度計算了不同的轉速下的摩擦功耗。其結果與實驗值相比較，偏差較大。文獻[5]敘述了日立公司1983年批量生產的變頻轉子壓縮機在結構和材料上的改進。文獻[6]研究了單缸和雙缸轉子壓縮機的轉速波動，討論了電流頻率減小時，壓縮機性能降低的原因。文獻[7]採用低密度和鋁合金製作的滑片和轉子以降低高轉速時滑睡瑟轉子間的接觸力和轉子軸承承載。文獻[8]簡單分析了適當降低滑片的質量和厚度可以提高變頻轉子壓縮機的效率，並給出了氣缸、轉子和滑處的溫度及應力分佈的有限元分析結果。Liu和Soedel分析了變頻轉子壓縮機的吸氣和排氣氣流脈動[9，10]和吸氣管氣缸間的傳熱及壓縮機的溫度分佈[11]，討論了影響變頻轉子壓縮機容積效率和氣缸壓縮過程效率的因素，給出了他們用計算機模擬計算出的在不同轉速下的'容積效率和壓縮過程效率，從實驗數據和文獻[1]的實驗可以看出，其計算的容積效率隨轉速的增大而很快的增大。
2.3渦旋式壓縮機
渦旋式壓縮機的原理早在1886年意大利的專利文獻[12]論及到了，1905年法國工程師Creux正式提出渦旋式壓縮機原理及結構，並申請美國專利[13]。渦旋式壓縮機是一種新型的容積式壓縮機，具有結構緊湊、效率高、可靠性強、噪聲低等特點，尤其是用於變頻控制執行。但由於沒有數控加工技術和缺乏對軸向力平衡的妥善解決方法，因而長期未能完成其實用化。進入70年代，美國A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解決了渦旋盤端部磨損補償的密封技術。並在此基礎上與瑞士合作開發了多種工質的渦旋式壓縮機樣機。渦旋式壓縮機的真正規模生產始於日本。1981年日本三電（SANDEN）公司開始生產用於汽車空調的渦旋式壓縮機，1983年日立公司開始生產2~5Hp用於房間空調的渦旋式壓縮機。此外，在美國，自Copeland公司1987年建立渦旋式壓縮機生產線推出其產品後，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分別設廠生產高質量的渦旋式壓縮機。而變頻渦旋壓縮機已於櫃式空調器上，節能效果明顯，製冷係數提高20%左右，成爲渦旋壓縮機的一個研究熱點。