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通過對變頻(pín)渦旋壓縮機和(hé)數碼渦旋壓縮(suo)機從工❓作🌏原💔理(lǐ)上進行分析，指(zhǐ)出了各自适合(he)的，并對當前市(shi)場上流行的變(biàn)頻和數碼工業(yè)冷水機組進行(háng)了綜合比較，闡(chǎn)述了這兩種工(gōng)業冷水機各自(zi)的優勢和不足(zú)，最後指出了進(jìn)一步研究和推(tuī)廣兩種工業冷(lěng)水機需要解決(jue)的問題。
随着我(wǒ)國工業發展水(shui)平的提高，高精(jīng)度高節能的工(gong)業冷水機🔞已經(jīng)不再是一種奢(shē)侈品，早已走入(ru)人們生活的🌂各(gè)個🍓場所。據統🔞計(ji)，工業冷水機的(de)耗電已占整個(ge)國民經🥵濟用電(dian)🐪量的10%以上，而且(qie)随着經濟的發(fā)展，比例🏃🏻會逐漸(jian)提高。因此，對于(yu)工業冷水機而(ér)言，如何提高系(xì)統的效率已顯(xiǎn)得越來越重要(yào)。這一要🤩求使得(de)開發可變容量(liàng)的工業冷水機(ji)成爲當🛀前的潮(chao)流。可變容量工(gong)業冷水🚩機有很(hen)好的發展市場(chang)。
迄今爲止用于(yu)調節容量的壓(ya)縮機技術真正(zheng)主導市場的隻(zhi)有變頻和數碼(ma)渦旋技術兩種(zhong)，分别采用🆚兩種(zhong)完全不同的方(fang)式進行壓縮機(ji)容量調節，由此(cǐ)帶來了它們在(zài)許多方面的差(chà)異。1978 年，日本部分(fèn)公司🌈提出變頻(pin)空調的概念，由(yóu)于變✌️頻空調具(jù)有許多優點, 因(yīn)此很快進入了(le)發達國家的市(shi)場。而後 “海爾”、“美(měi)👈的”、“格力”等公司(si)㊙️也相應推出了(le)變頻空調産品(pǐn)🏃♂️，并有代替目前(qian)♻️使用的單頻空(kong)調的趨勢💋[2]。1990 年初(chū)，随着渦旋壓縮(suo)機被研制出來(lái)，空調系統的容(rong)量改變方式也(ye)得到很大👣發展(zhan)[3]。全球最大的渦(wo)旋壓縮機廠 Corpland 公(gong)司于1993年提出了(le)數碼渦旋壓縮(suō)機，在工業制冷(leng)設備行業，香港(gǎng)安格斯🈲集團（深(shēn)圳市安格斯機(jī)械有限公司）于(yú)2025年12月完成了高(gāo)精度高節能數(shù)碼渦旋工業冷(lěng)水機的樣機測(ce)🔴試，計劃于2011年全(quan)面推出 該款機(jī)型。
以下對數碼(mǎ)渦旋和變頻渦(wō)旋兩種工業冷(leng)水機做👅了比較(jiào)，分析它們各自(zì)的優勢及不足(zu)。
2 變頻渦旋與數(shu)碼渦旋壓縮機(jī)的工作原理
渦(wo)旋變頻壓縮機(ji)由于采用了變(biàn)頻器（工作原理(li)如圖1所示）, 因此(cǐ)其轉速随頻率(lü)變化而産生不(bú)同的輸氣量，從(cong)而使制冷、制熱(rè)量增大或減小(xiǎo)。當今全封閉變(biàn)頻壓縮機的變(biàn)頻調節有交流(liu)變頻和直流變(bian)頻🔞兩種方式。交(jiāo)流變頻壓縮機(ji)一般指壓縮機(ji)動力采用交流(liu)異步💛電機，由變(bian)頻器向電動機(ji)💔定子側線圈🌍提(tí)供三相交流電(dian)流、産生回轉磁(ci)場,從而在轉👄子(zi)側産生了二🈲次(ci)電流, 因回轉磁(cí)場和二次電流(liú)産生的👈電磁作(zuo)用而産生回轉(zhuǎn)。直流變頻壓縮(suo)☎️機一般指壓縮(suo)機動力采用直(zhi)流無刷電機🤩，即(jí)BLDC電機。工作時🚩,定(ding)子通入脈沖直(zhí)流電👨❤️👨,産生旋轉(zhuan)磁場與轉子永(yong)久磁鐵的磁場(chǎng)相互作用,産生(sheng)所需的轉矩,達(dá)到一定轉速[5]。此(ci)外，大功率變頻(pin)壓縮機逐漸🏃♀️引(yin)入更先進的變(bian)頻控制方式，壓(ya)縮機采用永磁(ci)同步調速電機(jī)，即PMSM電機。它們都(dou)通過将💃頻率電(dian)壓不可控的市(shì)電經過整流逆(nì)變等電力電子(zi)變換得到頻率(lü)電壓可控的電(diàn)源驅動壓縮機(ji)🌏運轉，從而控制(zhi)壓縮機吸排💁氣(qì)量和能力輸出(chu)[6]。
圖1 變頻控制器(qi)工作原理圖
數(shu)碼渦旋壓縮機(jī)（圖2）利用渦旋壓(yā)縮機的軸向柔(rou)性技術👈，動靜渦(wo)⛱️盤能沿軸向脫(tuō)離分開一段距(jù)離實現加載與(yu)卸載，即🔴數碼 0和(he) 1 的轉變（圖3）[1]。當動(dòng)靜渦盤處于👄密(mi)封狀态時，壓縮(suō)機 100％運行；當動靜(jing)渦盤軸向脫離(lí)時，壓縮機吸✂️－排(pai)氣腔導通，壓縮(suo)腔👈内無壓縮⛱️，即(ji)壓縮機電機雖(sui)然運轉，但壓縮(suo)機🧑🏾🤝🧑🏼不作功。通過(guò)組合 0 和 1 狀态🔞的(de)時間，即可實現(xian)任意比例的能(neng)力輸出。
圖2數碼(mǎ)渦旋壓縮機如(rú)下圖
圖3調節機(jī)構如下圖
2 當電(diàn)磁閥處于常閉(bi)位置時，活塞上(shang)下側的壓力爲(wei)排氣壓力，有⛱️一(yī)彈簧确保兩個(gè)渦盤共同加載(zai)。電磁閥通電時(shi)⁉️，調節室内的排(pái)🧑🏾🤝🧑🏼氣被釋放低壓(yā)吸氣管，它導緻(zhi)活塞上移，頂部(bu)渦盤也随之上(shàng)移。該動作使兩(liang)✉️渦旋盤分隔，這(zhe)樣無制冷劑流(liu)量通過渦旋盤(pan)；外接電磁閥斷(duan)電時，再次使壓(yā)縮機滿載，恢🈲複(fú)壓縮機操作。動(dòng)靜渦盤🔴分離間(jian)距的幅度👉值約(yue) 1.0mm。
3、變頻和數碼渦(wō)旋壓縮機在工(gong)業冷水機中的(de)主要應用方案(an)
3.1 變頻渦旋壓縮(suō)機在工業冷水(shuǐ)機中的主要應(ying)用方案
3.1.1 工業冷(lěng)水機
工業冷水(shui)機是渦旋變頻(pín)壓縮機應用的(de)主要形式之💜一(yī)，它主要以風冷(leng)式變頻工業冷(leng)水機、水冷式變(bian)頻工業冷水機(jī)等形式應🔞用于(yu)工業冷水機系(xì)統中。其優點主(zhǔ)要表🤟現在系統(tǒng)結構簡單、壓縮(suo)機回油良✊好、控(kòng)制方案簡單、壓(yā)縮機運行😍平穩(wěn)等方面
3.1.2 熱泵低(di)溫制熱運行
在(zài)我國北方冬季(ji)采暖季節随着(zhe)環境溫度的降(jiang)低，傳統熱泵系(xì)統的制熱量會(hui)迅速降低，而需(xu)求制熱量卻大(da)大♻️增加❄️，從而🌈導(dǎo)緻系統無法滿(mǎn)足冬季人們的(de)實際需求。同時(shí)，外界溫度的下(xia)降，使系統的COP急(ji)劇降低，而壓縮(suō)比越來越大，壓(yā)縮🙇🏻機的排氣溫(wen)度迅速升高，導(dǎo)緻壓縮機的損(sun)壞。由于變頻壓(ya)縮機可以超頻(pin)運行，所以可通(tong)過提高渦旋變(biàn)頻壓縮機的運(yun)行頻率, 增加壓(ya)縮機單位時間(jian)内的排氣量,從(cóng)而使更🈚多地制(zhì)冷劑參與循㊙️環(huán)，以緩解熱泵在(zài)低溫環境下✨制(zhì)熱性能衰減問(wen)題。
3.2 數碼渦旋壓(yā)縮機在工業冷(lěng)水機中的主要(yào)應用方案
目前(qian)數碼渦旋工業(yè)冷水機的功率(lü)範圍爲3匹~30匹，從(cong)數碼渦旋壓縮(suo)機的功率範圍(wéi)可以看出,它主(zhu)要應用于高精(jing)❗度高💋節能型工(gong)業冷水機中。
4、變(bian)頻和數碼多聯(lian)空調機組的性(xing)能比較
機組運(yun)行範圍及調節(jiē)性能
目前，變頻(pin)壓縮機運行範(fàn)圍一般爲30~115Hz。在高(gao)頻段，變頻壓縮(suō)☎️機可🛀以進一步(bù)提升運行頻率(lü)的方式，使變頻(pín)壓縮機輸出超(chao)過其額定能力(li)。總體上看，變頻(pin)壓縮機可調節(jiē)範圍✊位于其額(é)定能力的48%~104%之間(jiān)[7]。其能量調節須(xū)考慮✂️到壓縮機(jī)頻率調整所需(xu)的時間，由于變(biàn)⭐頻壓縮機本身(shēn)的動态特性限(xian)制，在調🎯整能量(liang)時應✊小于一定(ding)的速度，故調節(jie)爲分步，分階段(duan)調節。
數碼壓縮(suo)機在全負荷時(shi)輸出能力爲100%，不(bu)能實現超負荷(hé)運行。在低負荷(hé)輸出階段，理論(lun)上數碼壓縮機(ji)可以達到無限(xiàn)🤩低的輸出能力(lì)，但在實際機組(zu)設計時要考慮(lǜ)負荷階段所需(xū)的最💰少時間🥵及(jí)卸/負載周🛀期過(guò)長導🐉緻的負面(miàn)🔞作用。數碼壓縮(suo)機要求負載時(shi)間不少于2.5s，以保(bǎo)證壓縮機具有(you)穩定的輸出能(neng)力，在🥰此基礎上(shàng)要求壓縮機卸(xie)/負載周期不大(da)于30s，避免機組參(cān)數有過大的波(bō)動。一般情況下(xià)定義數碼壓縮(suō)機可調節範圍(wei)位于🤩其額定能(néng)力的17%~100%之間[7]。由于(yu)數碼壓縮機通(tōng)過調節卸/負載(zai)周期♋達到在瞬(shùn)間調整輸出能(neng)力的目的，故其(qi)能量調節爲數(shu)字化連續能量(liàng)調節。
由于壓縮(suo)機具有以上不(bu)同的特性，導緻(zhi)兩種多聯空調(diào)機組有不同的(de)特性。當室内能(néng)力需求增加，變(bian)頻機組可進行(hang)壓縮機的超頻(pin)運行以增加制(zhì)冷或制熱能力(lì)，當整機能力需(xu)求很少時，變頻(pin)機組由于其壓(ya)縮限制，必須維(wéi)持在一個❄️較高(gāo)的輸出能力，從(cóng)💔而導緻維護系(xi)統穩定運🔴行的(de)困難程度增加(jiā)以及📱消耗過多(duō)的能源。而數碼(ma)機組從輸出能(neng)力的能力上不(bú)具備超負荷運(yun)行的特性，在低(dī)負荷運行時，由(you)于其壓縮機可(ke)以低至其額定(ding)輸出能☀️力的17%，基(ji)本可✂️以滿足機(ji)組運行的最小(xiǎo)負荷的要求[8]。在(zài)能量調節方面(mian)，數碼壓縮機的(de)連續無級調節(jie)可以更加嚴格(gé)的控制室内溫(wēn)度，與變頻技術(shu)相比是一個提(ti)高,變頻渦旋壓(yā)縮機隻能達到(dao)分步分階段調(diao)節,如圖4。
圖4 數碼(ma)渦旋與變頻系(xì)統能量調節的(de)比較
能效比
能(neng)效比(EER)是衡量工(gōng)業冷水機性能(néng)優劣的重要參(cān)數,它的高低直(zhi)🏃♂️接反映工業冷(leng)水機的節能效(xiao)果。數碼工業冷(leng)水機與變頻工(gong)業冷水機的能(neng)效比如圖5所示(shi)。
圖5 不同制冷能(neng)力數碼與變頻(pin)系統能效比
從(cóng)圖5可以看出, 從(cong)總體上數碼工(gong)業冷水機由于(yú)采用♈容量調節(jiē)👈範圍大,又可數(shu)字化連續調節(jie)能量的數碼渦(wo)旋壓縮機,其在(zai)不同制冷能力(lì)下能效比較應(ying)用變頻渦旋壓(ya)縮機☁️的變頻工(gōng)業冷水機要高(gao).特别當制冷能(néng)力高于🈲15(KW)時,變頻(pin)工業冷水機✉️的(de)能效比劇烈下(xia)降而數碼工業(ye)冷水機略有上(shang)升。産生以上🤟現(xiàn)象的主要原因(yīn)在于壓縮機的(de)區别，限于壓🚩縮(suo)機設計制造和(he)變頻✌️器控制性(xing)能，設計變頻壓(ya)縮機時一般會(huì)保證額定頻㊙️率(lǜ)段頻率最高并(bing)♻️兼顧整個可🌏運(yùn)行頻率🔴範圍。所(suo)以，一般的變🐉頻(pin)工業冷水機在(zài)輸出适中的制(zhì)冷能🔴力時具有(yǒu)最佳的能效比(bǐ),高于一☂️定範圍(wei)能效就會下降(jiàng)。相對于變頻壓(yā)縮機，數碼壓💃🏻縮(suō)機采用控制壓(yā)縮機卸載和負(fu)荷的時間比例(lì)來進行輸出調(diào)節，因此數碼工(gong)業冷㊙️水機㊙️能效(xiao)比随輸❌出的制(zhi)冷能力的增加(jiā)而增加,當輸💛出(chu)減少時能效比(bǐ)緩慢下降。
啓動(dòng)及運行特性
數(shù)碼壓縮機在啓(qǐ)動時電流相對(dui)較大，等同于普(pǔ)通壓縮機的啓(qi)動特性。由于數(shù)碼壓縮機的周(zhōu)期卸/負載特性(xing)，數碼空調機組(zu)在運行的大部(bù)分區間裏，各項(xiàng)主要參數如🧡高(gāo)壓、低壓、排氣溫(wēn)度等都呈現周(zhōu)期性波動，從而(er)給數碼機組的(de)穩定運行增添(tian)了一定的難度(du)。
變頻壓縮機與(yǔ)數碼壓縮機在(zai)啓動及運行特(te)性方面🔴有較🚩大(dà)🔆的不同。變頻機(jī)組在啓動過程(cheng)中采用變頻壓(yā)㊙️縮機💔低頻啓動(dong)，啓動🚶電流較小(xiao)，對電網基本沒(méi)✍️有沖擊，有利于(yu)保證電網的穩(wen)定。當系統進入(rù)穩定運行階段(duàn)，壓縮機輸出功(gong)率一定，系統各(ge)項運行參數都(dōu)處于穩定狀态(tài)。
回油
回油是多(duo)蒸發器變轉速(sù)壓縮機系統的(de)一個主要問題(ti)[9]。當🛀變🐉頻空調機(ji)組處于低負荷(hé)狀态時，變頻壓(yā)🌏縮機處于♈低頻(pín)狀态‼️，系統内制(zhi)冷劑流速減緩(huan)，在一定頻率下(xia)，制冷劑将沒有(you)足夠的流速帶(dai)動壓縮機潤滑(huá)油從系統中回(hui)到壓縮機，經過(guò)一段時間運行(hang)⭐後，壓縮機油🙇🏻位(wèi)可能降至一個(ge)危險的水平，這(zhè)就要求變頻機(jī)組必須依靠油(you)分離器或複雜(zá)的回油循環回(huí)油，以保證壓💘縮(suō)機的正常油位(wèi)。
數碼渦旋壓縮(suo)機是一種獨特(te)的壓縮機，理論(lun)上它無需油♊分(fen)離器或回油循(xun)環。數碼渦旋壓(ya)縮機靠外接電(dian)磁閥的開🈲閉控(kòng)制壓縮機的卸(xiè)負載，在卸載周(zhōu)期内，系統内制(zhi)冷劑流速幾乎(hu)爲零，離開壓縮(suō)機的☔油很少；在(zài)負載周期内，系(xi)統内🈲制冷劑流(liu)速接近滿負荷(he)流速，足以使管(guǎn)路内的油回到(dao)壓🐆縮機。故相對(duì)于變頻工業冷(lěng)水機，數碼工業(yè)冷水機回油更(gèng)☎️加容易。
電磁幹(gàn)擾
電磁幹擾是(shi)變頻工業冷水(shui)機的一個主要(yào)問題。變頻工業(yè)冷水🙇♀️機中的變(biàn)頻壓縮機須采(cǎi)用大功率整流(liu)和逆變器件，在(zài)電🤩壓整流和逆(nì)變過程中，電壓(yā)、電流發生劇變(biàn)，産生高頻電磁(cí)噪聲，會對電網(wǎng)和工廠電器産(chan)生🌍幹擾作用。在(zài)世界上許多國(guo)家，尤其在歐⚽洲(zhōu)，對任何系統可(kě)能散發的電磁(ci)幹擾量有嚴格(gé)的限制。由于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的加載和卸載(zai)是機械操作，數(shù)碼渦旋系統産(chan)生的電磁幹擾(rao)可忽略不計，具(jù)有更好的電磁(cí)兼容性，可用于(yu)通訊⭐機房等精(jīng)密場所，适應性(xing)更廣。
可靠性
工(gong)業冷水機的可(kě)靠性是研究開(kāi)發的一個重要(yào)方面，在變頻工(gōng)業冷水機系統(tong)内，電子控制裝(zhuang)置一般很複雜(za)。鑒于安裝的✉️不(bu)确定性和天氣(qì)變化的極端性(xìng)，複雜的電子控(kong)制裝置會影響(xiang)系統的可靠性(xìng)。如果采用各種(zhong)旁通裝置，如熱(rè)氣旁通管和液(yè)體旁通管，可靠(kao)性将更難保證(zhèng)[10]。數碼工業冷水(shui)🐪機系統基本上(shang)是簡易系統，隻(zhī)需簡單的電子(zǐ)控制，故較變頻(pín)工業冷水機系(xi)統更🏃🏻加可靠。
小(xiǎo)結
由于變頻渦(wo)旋壓縮機與數(shu)碼渦旋壓縮機(jī)在工作原理和(hé)結構上的區别(bie)，變頻工業冷水(shui)機與數碼工📐業(yè)冷水機有各自(zi)不同的應用前(qián)景：變頻渦旋壓(yā)縮機可用✍️于工(gong)業冷水機、低溫(wen)熱泵、等多種工(gong)業冷水機中，數(shù)碼壓縮機由于(yú)其功率範圍而(er)主要應用于工(gong)業冷水機🏃🏻♂️中。由(yóu)于兩種壓縮機(jī)都主要應用于(yú)工業冷水機中(zhong)，本文主要針對(duì)兩種工業冷水(shui)機的運☂️行範圍(wei)及調節性能、能(neng)效比、啓動及運(yùn)行特性、回油、電(diàn)磁幹擾、可靠性(xìng)等🤞方面詳細分(fèn)析了各自的優(yōu)勢和不足。針對(duì)各自系統的不(bu)足，變頻技術應(yīng)着重解決低頻(pín)時提升能☁️效比(bǐ)、電磁幹擾等方(fang)面的問題，而🈲數(shù)碼技術應🐕重點(diǎn)解決如何減少(shao)壓縮機啓動電(diàn)流大以及運行(hang)時系統内壓力(lì)波動等問題 。
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