【HVAC】浅谈全直流变频空调技术

随着社会节能减排需求的日益提升，变频成为当今最炙手可热的关键词之一，对于空调及制冷设备而言，压缩机是名副其实的“心脏”，压缩机以及压缩机行业的产品技术发展对整个暖通行业来说都起着至关重要的作用。但实际上，空调系统的节能与否并不单取决于压缩机，其实压缩机、水泵和风机所使用的电机的节能性共同成为空调是否节能的关键。

众所周知，空调制冷技术最初诞生在西方，但从 20 世纪 60 年代开始，无论在家用空调器生产制造技术方面，还是控制技术方面，日本都一直处于世界最前沿。在 80 年代中期前后，日本将已经发展比较成熟的变频技术和现代控制理论应用于房间空调器，中国制冷学会发布的《中国节能房间空调器产业发展白皮书》中显示，1980 年，日本东芝公司生产出全球第一台变频空调。这种具有划时代意义的应用，一方面促进了房间空调器的技术飞跃，另一方面也为这种高耗能家电产品开辟了高效节能的新途径。所以，在能源极度紧缺的日本，自从变频空调出现以后，便在市场中得到大力的推广，并快速普及。而这一产品在市场化的过程中，变频技术本身也在不断升级换代。

变频技术的升级换代共经历了交流变频、部分直流变频和全直流变频三大阶段：

1）第一代交流变频技术。在发达国家，交流变频空调基本于 1986 年左右进入市场 ；而在中国，基本上是 1995 年左右进入的。交流变频技术是通过变频器改变电源频率，从而改变压缩机转速的一种技术。对变频器的控制是通过传感器将室内温度信息传递给微电脑，输出一定频率变化的波形，控制变频器的频率。当室内急速降温或急速升温时，室内空调负荷加大，压缩机转速加快，制冷量按比例增加；相反地，当室内空调负荷减少时，压缩机正常运转或减速。这一特别的设计使其在较大范围内通过改变电源频率和电压来改变电机的转速，因此称之为交流变频。

2）第二代部分直流变频技术。压缩机电机、室外机风扇电机、室内机风扇电机的任何一个电机采用交流电机均称之为部分直流变频。在发达国家，部分直流变频空调在 1996年就已主导了空调市场 ；而在中国，基本上是在 2008 年才将部分直流变频技术确立为变频空调的基础配置。直流变频的工作原理是把 50 Hz 工频交流电源转换为直流电源，并送至功率模块主电路，功率模块也同样受微电脑控制，所不同的是模块输出的是电压可变的直流电源，压缩机使用的是直流电机，在这方面比交流变频更加省电。效率比交流变频压缩机高 10%～30%，A声级噪声低5～10 dB。不过，部分直流变频由于其风扇电机还是使用的交流电机，室内机亦采用交流电机，所以整机节能水平还有较大的提升空间。

3）第三代全直流变频技术，是指空调的三大核心电机（变频压缩机电机、室外风扇电机、室内风扇电机）都采用了功能强大的直流电机，而借助直流电机的先天优势，匹配先进的控制系统，全直流变频空调无论是节能水平、还是整机性能都得到大幅度提升。

目前，市场上流行的空调室内机的电机有直流电机和交流电机两种。直流电机的定子是一个固定磁场，直流电通过转子的电刷在其周围形成变化的磁场，从而在定子内转动。在工业企业中，由于直流电源相对比较可靠，直流电机一般用于要求可靠运行的机械 ；由于直流电机随着输入电压的变动，转速也相应变动，所以直流电机可以平稳变频。

交流电机是定子所形成的旋转磁场在转子上感应出电势后产生的旋转动力，转速一般是固定的。其结构简单、制造成本低，一般用于家用冰箱、洗衣机、吸尘器。大部分品牌所说的异步电机也属于交流电机的一种，结构简单、制造容易、价格低廉。与之前市场上流行的交流电机相比，直流电机调速在额定转速以下，可以通过调节电枢电压获得非常满意的“恒转矩”调速特性。在额定转速以上可以利用弱磁调速获得“恒功率”调速特性，这使得其在调速及转矩特性方面优势明显；直流变频调速性能优异，能在宽广的范围内平滑而经济地调节速度 ；直流电动机控制简单，稳定可靠 ；直流调速相比交流变频不会对周围设备产生电磁干扰；直流变频低速大扭矩，启动性能优良，转矩脉动小。

最直观的就是节能性和静音性。直流变频通过改变送给电机的直流电压来改变电机的转速，直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频压缩机的电磁噪声与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪声低等特点。

综上，直流变频与交流变频对比，其优势明显，全直流变频空调更是空调行业的顶尖产品，尤其在节能效果与产品的使用稳定性上都更加出众。随着我国空调更新的能效标准出台，传统交流变频空调将在未来几年被淘汰，而全直流变频空调将占据空调市场主流，成为未来空调行业的发展趋势。