稀土永磁电机及控制器在压缩机中的应用

　　1 引言

　　家用制冷电器用得最多的是单相异步电动机,靠电容或电阻分相,其压缩机电机常工作在短时重复状态(通/断式),这样势必带来起动频繁、冲击电流大、电机及压缩机寿命短、制冷温度上下起伏大,即温度稳定性差等一系列弊端,同时系统效率低、噪声大、可控性能差。随着电力电子技术、微电子技术、交流调速技术以及计算机技术的迅速发展,采用变频调速(VVVF)驱动压缩机电机成为先进制冷系统的发展方向。它不但可使电机实现软起动、减小电流冲击、延长电机寿命,还可通过平滑速度调节实现可变制冷量,即高速制冷、低速维持,提高温度稳定性。作为用电大户的压缩机,在推广创造节能效益上十分显著。

　　国外,全球性能源短缺,使日本东芝公司1981年就将VVVF技术用于压缩机电机控制,推出了新一代逆变器空调。到目前为止,发达国家变频调速冰箱空调已获得了广泛的应用,并且向健康、舒适型发展,据日刊介绍, 1990年在日本房间空调器的销售量中已有60%为变频空调,并且逐年增长[1]。我国起步较晚,上世纪90年代后期,部分厂商才开始散件引进组装,有关专家已看好其节能和良好的温度稳定性,国家也在“八五”期间进行了专项攻关,出现了以电机和控制器两条主线的多元化发展格局。一方面压缩机电机从单相异步机发展到两相对称、三相异步机,甚至稀土永磁电机;另一方面变频调速器则从单进单出、单进双出发展到单进三出;控制形式从SPWM、PWM、PFM发展到速度闭环、电流闭环;控制策略也从气隙磁通控制发展到滑模变结构控制参数最优化控制、参数自适应控制;温度闭环从简单的比例反馈、PI控制发展到现代智能型模糊控制,呈现出一派繁荣景象。但要进入实用,使之实现产业化,面临的主要问题仍然是低成本、高可靠性和小型化,包括电路简化、效率高、可维护性强、智能化和自动化等。

　　2 压缩机电机的应用分析

　　由于交流变频调速给压缩机电机带来的优良特性和节能效益,从而打破了单相异步电动机一统家用电器压缩机电机的局面,许多适于调速的电机纷纷登台,出现了交流异步机与同步机互相争夺的现象。一般可作为压缩机驱动电机分为如下几类:

　　2.1 异步电机的应用分析

　　可变制冷量型家用制冷电器作为今后的发展方向,其主要特点是压缩机电机能平滑调速,因此在坚固耐用的异步机上配以调速器就成为可能。

　　(1)鉴于目前国内压缩机厂家不愿改动业已批量生产的生产线,避免一次性投资过大,而又希望通过无级调速改善电机运行性能,实现可变制冷量和节能,为此研制了0.2kW冰箱用和0.8kW空调用变频调速控制器,均为单进单出系统,可直接跨接于220V和压缩机电机之间,由电容或电阻分相,丝毫不改动现有压缩机及电机,减少了过大的投资。但由于磁场不是圆形(非严格90b分相),且频率变化时电机容抗也随之变化,所以低频带载能力差,电机运行性能和节能效果并不十分理想。