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通(tōng)過對變頻渦(wo)旋壓縮機和(hé)數碼渦旋壓(ya)縮機從工❄️作(zuò)🐕原理上進💋行(hang)分析，指出了(le)各自适合的(de)，并對當前市(shì)場上流行的(de)變頻和數碼(mǎ)工業冷水機(ji)組進行了綜(zong)合比較，闡述(shù)了這兩種工(gong)業冷水機💯各(ge)自的優勢和(hé)不足，最😄後指(zhi)出了進一步(bu)研究和推廣(guǎng)兩種工業💃🏻冷(leng)水機需要解(jiě)決的問題。
随(suí)着我國工業(ye)發展水平的(de)提高，高精度(du)高節能的工(gōng)業冷水機已(yi)經不再是一(yī)種奢侈品，早(zao)已走入人們(men)生活的各個(gè)場所。據統計(jì)，工業冷水機(ji)的耗電已占(zhàn)整個國民經(jīng)濟用電量的(de)10%以上，而且随(sui)着經濟的👈發(fa)展，比例❌會逐(zhu)漸提高。因此(ci)，對于工業冷(lěng)水機而言，如(rú)何提高系統(tǒng)的效率已🔱顯(xiǎn)得越來越🧡重(zhong)要。這一要求(qiu)使得開發可(ke)變容量的工(gōng)業冷水機成(cheng)爲當前的📐潮(chao)流。可變容量(liang)工業冷水機(jī)有很好的發(fa)展市場。
迄今(jin)爲止用于調(diao)節容量的壓(yā)縮機技術真(zhen)正主導市場(chang)的隻有變頻(pín)和數碼渦旋(xuan)技術兩種，分(fèn)别采用兩種(zhong)完全不同的(de)方式進行壓(ya)縮機容量調(diào)節，由此帶來(lai)了它們在許(xu)多方面的差(cha)異。1978 年，日本部(bu)分公司👈提出(chu)變頻空調的(de)概念，由于變(bian)頻空調具♍有(yǒu)許多優點, 因(yin)此很快進入(rù)了發達國家(jia)的市場。而後(hou) “海爾”、“美☎️的”、“格(gé)力”等公㊙️司也(ye)相應推出了(le)🐉變頻空調産(chǎn)品，并有⚽代替(tì)目前使用的(de)單頻空調的(de)趨勢[2]。1990 年初，随(sui)着渦旋🐅壓⁉️縮(suo)機被研制出(chū)來🤟，空調系統(tong)的容量改變(biàn)方式也得到(dào)很大發展[3]。全(quán)球最☂️大的渦(wō)🚶旋壓縮機廠(chang) Corpland 公司于1993年提(tí)出了數碼渦(wo)旋壓縮機，在(zai)工業制冷設(she)備行業，香港(gǎng)安格斯集團(tuan)（深圳市✔️安✨格(ge)斯機械有限(xian)公司）于2025年12月(yuè)完成了高精(jīng)度高節能數(shu)碼渦旋工業(ye)冷水機的樣(yang)機測🏃♂️試，計劃(hua)于2011年全面推(tuī)出 該款機型(xíng)。
以下對數碼(mǎ)渦旋和變頻(pin)渦旋兩種工(gong)業冷水機做(zuò)了比較✉️，分析(xi)它們各自的(de)優勢及不足(zu)。
2 變頻渦旋與(yǔ)數碼渦旋壓(yā)縮機的工作(zuò)原理
渦旋變(bian)頻壓縮機由(yóu)于采用了變(bian)頻器（工作原(yuán)理如圖1所🏃🏻示(shì)）, 因此其轉速(sù)随頻率變化(hua)而産生不同(tong)的輸氣量，從(cong)而💁使制冷、制(zhì)熱量增大或(huò)減小。當今全(quán)封閉變頻壓(ya)縮機的變頻(pin)調節有交流(liú)變頻和直流(liú)變頻兩種方(fang)式。交流變頻(pin)壓縮機一般(bān)指壓縮機動(dong)力采用交流(liú)異步🌂電機，由(you)變頻器向電(diàn)動機定子側(ce)線圈提供三(san)相交流電流(liú)、産生回轉磁(cí)場,從而在轉(zhuǎn)子側産生了(le)二次電流, 因(yīn)回轉磁場和(he)二次電流産(chan)生的電磁作(zuo)用而産生回(huí)⁉️轉。直流變頻(pin)壓縮機一般(ban)指壓縮機動(dong)力采用直流(liú)無刷電機，即(jí)BLDC電機。工作時(shi),定子通入脈(mò)沖直流電,産(chǎn)生旋🈲轉磁場(chǎng)與轉子永久(jiǔ)磁鐵✌️的磁場(chǎng)相互作用,産(chan)生所需的轉(zhuǎn)矩,達到一定(dìng)轉速[5]。此外，大(dà)功率變頻壓(yā)縮機逐漸❤️引(yǐn)入更先進的(de)變頻控制方(fang)式☂️，壓縮機采(cai)用永磁同步(bu)調速電機，即(jí)PMSM電機。它們都(dōu)通過将頻率(lü)電壓不可控(kong)的市電經過(guo)整流逆變等(deng)電力電子變(bian)換得到頻率(lǜ)電壓🌈可控的(de)電源驅動壓(ya)縮機運轉，從(cóng)而控制壓縮(suō)機吸排🌍氣量(liang)和能力輸出(chū)[6]。
圖1 變頻控制(zhi)器工作原理(lǐ)圖
數碼渦旋(xuan)壓縮機（圖2）利(li)用渦旋壓縮(suō)機的軸向柔(róu)性技術⭐，動靜(jìng)渦盤能沿軸(zhou)向脫離分開(kāi)一段距離實(shí)現加載與卸(xie)載，即數碼 0和(hé) 1 的轉變（圖3）[1]。當(dāng)動靜渦盤處(chù)于🌐密封狀态(tai)時，壓縮機 100％運(yun)行；當動靜渦(wō)盤軸向脫離(li)時，壓縮機吸(xi)－排氣腔導通(tōng)，壓縮腔内無(wú)壓縮🏒，即壓縮(suō)機電機雖然(rán)運轉，但壓縮(suō)機不作功。通(tōng)過組合 0 和 1 狀(zhuang)态的時間，即(ji)可實現任意(yi)比例的能力(li)輸出。
圖2數碼(mǎ)渦旋壓縮機(ji)如下圖
圖3調(diao)節機構如下(xia)圖
2 當電磁閥(fa)處于常閉位(wèi)置時，活塞上(shang)下側的壓力(li)爲排氣壓☀️力(lì)，有一彈簧确(que)保兩個渦盤(pan)共同加載。電(diàn)磁😍閥通電時(shí)，調節室内🌈的(de)排氣被釋放(fang)低壓吸氣管(guǎn)，它導緻活塞(sai)上移，頂部渦(wo)盤也随之上(shang)移。該動作使(shǐ)兩渦旋盤分(fen)隔，這樣無制(zhì)冷劑流量通(tong)過渦旋盤；外(wai)接🈲電磁閥斷(duàn)電時，再次使(shǐ)壓縮機滿載(zǎi)，恢複壓縮機(ji)操作。動靜渦(wō)盤👣分離間距(jù)的幅度值約(yuē) 1.0mm。
3、變頻和數碼(mǎ)渦旋壓縮機(ji)在工業冷水(shui)機中的主要(yao)應用✂️方案
3.1 變(bian)頻渦旋壓縮(suo)機在工業冷(lěng)水機中的主(zhu)要應用方案(an)🐆
3.1.1 工業冷水機(jī)
工業冷水機(ji)是渦旋變頻(pin)壓縮機應用(yong)的主要形式(shì)之一，它😄主要(yào)以風冷式變(biàn)頻工業冷水(shui)機、水冷式變(bian)頻工業冷水(shui)機等形式應(yīng)用于工業冷(lěng)水機系統中(zhōng)。其優點主要(yào)表現在系統(tong)結構簡單、壓(yā)💘縮機回油良(liang)好、控制方案(an)簡單、壓縮機(ji)運行平穩等(deng)方面
3.1.2 熱泵低(dī)溫制熱運行(hang)
在我國北方(fāng)冬季采暖季(jì)節随着環境(jìng)溫度的降低(di)，傳統熱泵系(xi)🤞統的制熱量(liàng)會迅速降低(di)，而需求制熱(rè)量卻大大增(zēng)加，從而🛀🏻導緻(zhi)系統無法滿(man)足冬季人們(men)🐉的實際需求(qiú)。同時，外界溫(wen)度的下降，使(shi)系統的COP急劇(ju)降低，而壓縮(suo)比越來越大(dà)，壓縮🈲機的排(pái)氣溫度迅速(sù)🔴升高，導緻壓(yā)♻️縮機的損壞(huai)。由于變頻壓(ya)縮機可以超(chāo)頻運行，所以(yǐ)可通過提高(gāo)渦旋🐉變頻壓(yā)縮機的運行(háng)頻率, 增加壓(ya)縮機單位時(shi)間内的排氣(qi)量,從而使更(geng)🛀多地制冷劑(jì)參與循環，以(yi)緩解熱泵在(zài)低溫環境下(xia)制熱性能🤩衰(shuai)減問題。
3.2 數碼(ma)渦旋壓縮機(jī)在工業冷水(shuǐ)機中的主要(yao)應用方案
目(mù)前數碼渦旋(xuan)工業冷水機(jī)的功率範圍(wéi)爲3匹~30匹，從💞數(shù)🔴碼渦⭕旋壓縮(suō)機的功率範(fàn)圍可以看出(chu),它主要應用(yong)于高精📐度高(gao)節能型工業(ye)冷水機中。
4、變(bian)頻和數碼多(duō)聯空調機組(zǔ)的性能比較(jiao)
機組運行範(fan)圍及調節性(xìng)能
目前，變頻(pín)壓縮機運行(hang)範圍一般爲(wei)30~115Hz。在高頻段，變(bian)頻壓縮機可(kě)以進一步提(tí)升運行頻率(lǜ)的方式，使變(bian)頻壓縮機輸(shū)出超過其🎯額(e)定能力。總體(tǐ)上看，變頻壓(yā)縮機可調節(jie)範圍位于其(qi)額定能❗力的(de)48%~104%之間[7]。其能量(liàng)調節須考慮(lü)到壓縮機頻(pín)率調整所需(xū)的時間，由于(yu)變頻壓縮機(jī)本身的動态(tài)特⁉️性限制，在(zài)調整能量時(shi)應📞小于一定(ding)的🐪速度，故調(diào)節爲分步，分(fèn)階段調節。
數(shù)碼壓縮機在(zài)全負荷時輸(shu)出能力爲100%，不(bu)能實現超負(fù)荷運行。在低(di)負荷輸出階(jie)段，理論上數(shù)碼壓縮機💘可(ke)以達到無限(xiàn)低的輸出能(néng)力，但在實際(ji)機組設計🏒時(shí)要考慮負荷(he)階段所需的(de)最少時間及(ji)卸/負載周期(qī)過長導緻的(de)負面作用。數(shu)碼壓縮機要(yào)求負載時間(jian)不少于2.5s，以保(bǎo)證壓縮機具(ju)有穩定的輸(shu)出能力，在此(cǐ)基礎上要求(qiú)壓縮機卸/負(fu)載周期不大(da)于30s，避免機組(zu)參數有過大(dà)的☔波動。一⁉️般(ban)情況下🏒定義(yì)數碼壓縮機(ji)可調節範圍(wéi)位于其額定(ding)能力的17%~100%之💋間(jiān)[7]。由于數碼壓(ya)縮機通過調(diào)節卸/負👌載周(zhōu)期達到在瞬(shùn)間調整輸出(chū)能力的目的(de)，故其能量調(diào)節爲數字化(huà)☀️連續能量調(diao)節。
由于壓縮(suō)機具有以上(shàng)不同的特性(xìng)，導緻兩種多(duō)聯空調機組(zu)有不同的特(te)性。當室内能(néng)力需求增加(jia)，變頻機組可(ke)進行壓縮👄機(jī)的超頻運行(háng)以增加制冷(lěng)或制熱能力(li)，當整機能力(li)需求很少時(shi)，變頻機組由(yóu)于🔞其壓縮限(xian)制，必須維持(chi)在一個💃較高(gāo)的輸出能力(lì)，從⛹🏻♀️而導緻維(wei)護系統穩定(ding)運行的困難(nan)程度增加以(yǐ)及消耗過多(duō)的能源。而數(shù)碼機組從輸(shū)出能力的能(néng)力上不具備(bei)超負荷運行(hang)的✌️特性，在低(dī)負荷運行時(shi)，由于其壓縮(suo)機可以低至(zhi)其額定輸出(chū)能力的17%，基本(běn)可以滿足機(jī)組運行的最(zuì)小負荷的要(yào)求[8]。在能量調(diao)節方面，數碼(mǎ)壓縮機的連(lián)續🛀🏻無級調節(jiē)可以更加嚴(yán)格🐆的控制室(shi)内溫度，與變(biàn)頻技術相比(bǐ)是一個提高(gāo),變頻渦旋壓(ya)縮機隻能達(da)到分步分階(jiē)段調節,如圖(tu)4。
圖4 數碼渦旋(xuan)與變頻系統(tǒng)能量調節的(de)比較
能效比(bi)
能效比(EER)是衡(heng)量工業冷水(shui)機性能優劣(lie)的重要參數(shu),它的高低直(zhi)接反映工業(yè)冷水機的節(jiē)能效果。數碼(ma)工業🙇♀️冷水機(jī)與變頻工業(yè)冷水機的能(neng)效比如圖5所(suo)示。
圖5 不同制(zhì)冷能力數碼(mǎ)與變頻系統(tǒng)能效比
從圖(tu)5可以看出, 從(cong)總體上數碼(mǎ)工業冷水機(ji)由于采用容(róng)量調節❄️範圍(wei)大,又可數字(zì)化連續調節(jiē)能量的數碼(mǎ)渦旋壓縮機(jī),其在不同制(zhi)冷能力下能(neng)效比較應用(yòng)變頻渦旋壓(ya)縮機的變頻(pín)⭕工業冷水機(ji)要高.特别當(dang)制冷能力高(gāo)于15(KW)時,變頻工(gong)業冷水機的(de)能效比劇烈(lie)下降而數碼(mǎ)工業冷水機(ji)略有上✍️升。産(chan)生以上現象(xiàng)的主要原因(yīn)在于壓縮機(jī)的區别，限于(yu)壓縮機設計(ji)制造和變頻(pin)器控制性能(néng)，設計🐅變頻壓(ya)縮機時一般(ban)會保證額定(dìng)頻♍率段頻率(lü)最高并兼⛷️顧(gu)整個可運行(hang)頻率💯範圍。所(suǒ)以，一般的變(biàn)🔴頻工業冷水(shui)機㊙️在輸✂️出适(shì)中的制冷能(néng)力時具有最(zuì)佳的能效比(bi),高于一定範(fan)圍能效🥵就會(huì)下降。相對于(yú)變頻壓縮機(jī)，數碼壓🔆縮機(jī)采用控制壓(ya)縮機卸👉載和(hé)負荷的時間(jiān)比例來‼️進行(háng)輸出調節，因(yīn)此數碼工業(yè)冷水機能🈚效(xiao)比随輸出的(de)制冷能力的(de)增加而增加(jia),當輸出減少(shao)時能效比緩(huǎn)慢下降。
啓動(dong)及運行特性(xìng)
數碼壓縮機(ji)在啓動時電(dian)流相對較大(dà)，等同于普通(tong)壓縮機的啓(qǐ)動特性。由于(yú)數碼壓縮機(jī)的周期卸/負(fu)載特📐性，數碼(mǎ)空調機組在(zai)㊙️運行的大部(bù)分區間裏，各(ge)項主要參數(shu)如高壓、低壓(yā)、排氣💘溫度等(deng)都呈現周期(qi)☁️性波動，從而(ér)給數碼機組(zu)的穩定運行(háng)增添了一定(ding)‼️的難度。
變頻(pin)壓縮機與數(shu)碼壓縮機在(zai)啓動及運行(hang)特性方面有(you)較大的不同(tóng)。變頻機組在(zài)啓動過程中(zhōng)采用變頻壓(yā)縮機低頻㊙️啓(qi)動，啓動🐅電流(liú)較小，對電網(wang)基本沒❌有沖(chong)擊，有利于♊保(bǎo)證電網的穩(wen)定。當系統進(jìn)入穩定運行(hang)階段，壓縮機(ji)輸出功率一(yī)定，系統各項(xiang)運行參數都(dōu)處于穩🏃🏻♂️定狀(zhuang)态。
回油
回油(you)是多蒸發器(qì)變轉速壓縮(suo)機系統的一(yi)個主要🐇問題(ti)[9]。當變頻🙇🏻空調(diao)機組處于低(di)負荷狀态時(shí)，變頻壓縮機(ji)處于低頻狀(zhuàng)态，系統内制(zhì)冷劑流速減(jiǎn)緩，在一🈲定頻(pín)率下，制冷劑(jì)将沒有足夠(gòu)的流速帶動(dong)壓縮機潤滑(huá)油從系統中(zhong)回🌐到壓縮機(ji)，經過一段時(shí)間運行後，壓(yā)縮機油位可(kě)能降至一個(ge)危險的🌈水平(píng)，這就要🐅求變(biàn)頻機組必須(xu)依靠油分離(lí)器或複雜的(de)回油循💘環回(hui)油，以保證壓(yā)縮機的正常(chang)油位。
數碼渦(wo)旋壓縮機是(shi)一種獨特的(de)壓縮機，理論(lun)上它無✍️需❌油(you)分離器或回(hui)油循環。數碼(mǎ)渦旋壓縮機(jī)靠外接電磁(cí)閥的開閉控(kong)制壓縮機的(de)卸負載，在卸(xie)載周期内，系(xi)統内制🧡冷劑(jì)流速幾乎🛀爲(wei)零，離開壓縮(suō)機的❄️油很少(shǎo)；在負載周期(qī)内，系統内制(zhì)冷劑流速接(jiē)近滿🛀🏻負荷流(liú)速，足以使管(guan)路内🐅的油回(hui)到壓縮機。故(gu)相對于變頻(pín)工業冷🤩水機(ji)，數碼工業冷(lěng)水機回油更(gèng)✊加容易。
電磁(cí)幹擾
電磁幹(gàn)擾是變頻工(gōng)業冷水機的(de)一個主要問(wèn)題。變頻工業(yè)冷水機中的(de)變頻壓縮機(jī)須采用大功(gōng)率整流和逆(ni)變器件，在電(dian)壓整流和逆(ni)變過程中，電(diàn)壓、電👉流發生(sheng)劇變，産生高(gāo)頻電磁噪聲(shēng)，會對電網和(he)工廠電器産(chan)生幹擾作用(yong)。在世界上許(xǔ)多國家，尤其(qí)在歐✍️洲，對任(ren)何系統可能(neng)散發的電磁(ci)幹擾量有嚴(yan)格的☔限制。由(you)于數碼渦旋(xuan)壓縮機的加(jiā)載和卸載是(shì)機械操作，數(shù)碼渦旋系統(tǒng)産生的電磁(ci)幹擾可忽略(luè)不計⭐，具有更(geng)好的電磁兼(jiān)容性，可用于(yú)通訊機房等(deng)精密場所，适(shì)應性更廣。
可(ke)靠性
工業冷(lěng)水機的可靠(kao)性是研究開(kai)發的一個重(zhòng)要方面，在🥰變(bian)✍️頻工💋業冷水(shuǐ)機系統内，電(diàn)子控制裝置(zhì)一般很複雜(zá)。鑒于安裝的(de)不确🌏定性和(hé)天氣變化的(de)極端🏃♀️性，複雜(za)的電子控制(zhì)裝置會影響(xiang)系統的可靠(kào)性。如果采用(yong)各☀️種旁通裝(zhuāng)置，如熱氣旁(páng)通管和液體(ti)旁通管，可靠(kào)性将更難保(bao)證[10]。數碼工業(yè)冷水機系統(tong)基本上是簡(jiǎn)易系🌈統✂️，隻需(xū)簡單的電子(zǐ)控制，故較變(biàn)頻工業冷水(shuǐ)機🚶系統更加(jia)可靠。
小結
由(you)于變頻渦旋(xuan)壓縮機與數(shù)碼渦旋壓縮(suō)機在工作㊙️原(yuan)理㊙️和結構上(shàng)的區别，變頻(pin)工業冷水機(ji)與數碼工業(ye)冷👣水機有各(gè)自不同的💔應(yīng)用前景：變頻(pin)渦旋壓縮機(jī)可用于工業(ye)冷水機、低溫(wen)熱泵、等多👌種(zhong)工業冷水機(ji)中，數碼壓縮(suō)機由于其功(gong)率範圍而主(zhu)要應用于工(gōng)業冷水機中(zhōng)。由于兩種⛷️壓(ya)縮機都主要(yào)應用于工♈業(yè)冷水機中，本(ben)文主要針對(dui)兩✊種工業冷(leng)水機的運行(háng)範圍及調節(jie)性能、能效比(bi)、啓動及🎯運行(hang)特性、回油💞、電(diàn)磁幹擾、可靠(kào)性等方面詳(xiang)細分析了各(gè)自的優勢和(he)不足。針🈲對各(ge)自系統的不(bú)足，變頻技術(shù)應着重解☎️決(jué)低頻時提升(shēng)能效比、電💯磁(ci)幹擾等方面(mian)的問題，而數(shu)碼技術應重(zhòng)點解決如何(he)減少壓縮機(jī)啓動電流❤️大(da)以及運行時(shí)系統内壓力(li)波動👅等問題(tí) 。
參 考 文 獻
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