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通過對(dui)變頻渦旋壓縮機(jī)和數碼渦旋壓縮(suō)機從工作😘原理上(shang)進行分析，指出了(le)各自适合的，并對(duì)當前市場上流㊙️行(hang)的變頻和數碼工(gong)業冷水機組進行(hang)了綜合比較，闡述(shu)了這兩種工業冷(lěng)水機各自的優勢(shì)和不足，最後指出(chu)了進一步研究和(hé)推廣兩種工業冷(leng)水機需要解決的(de)問題。
随着我國工(gōng)業發展水平的提(tí)高，高精度高節能(neng)的工業㊙️冷水機已(yǐ)經不再是一種奢(shē)侈品，早已走入人(rén)們生活的各個場(chang)所。據統❤️計，工業冷(leng)水機的耗電已占(zhàn)整個國民經濟用(yong)電量的10%以上，而且(qie)随着經濟的發展(zhǎn)，比例會逐漸提高(gao)。因此，對于工業冷(lěng)水機而言，如何提(tí)高系統的效率已(yi)顯得越來越重要(yào)。這一要求使得開(kāi)發可變容量的工(gong)業冷水機成爲當(dāng)前的潮流。可變容(róng)量工業冷水機有(you)很好的發展市場(chang)。
迄今爲止用于調(diao)節容量的壓縮機(ji)技術真正主導市(shi)場的隻有✂️變頻和(hé)數碼渦旋技術兩(liang)種，分别采用兩種(zhǒng)完全不同的方🔴式(shi)進行壓縮機容量(liàng)調節，由此🐕帶來了(le)它們在許多方面(mian)的差✍️異。1978 年，日本部(bù)分公司提出變頻(pin)㊙️空調的概念，由于(yu)變頻空調具🔞有許(xǔ)多優點, 因此很快(kuài)✂️進入了發達😍國家(jiā)的市場。而後 “海爾(er)”、“美🌈的”、“格力”等公司(si)也相應推出了變(bian)頻空調産品，并有(yǒu)代替目前使用的(de)單頻空調的趨勢(shì)[2]。1990 年初，随着渦旋壓(ya)縮機被研制出來(lai)，空調系統的容量(liàng)改變方式也得到(dao)很大發展[3]。全球最(zui)大的渦旋壓縮機(ji)廠 Corpland 公司于1993年提出(chu)了數碼渦旋壓縮(suō)機，在工業制冷設(she)備行業，香港安格(ge)斯集團（深圳市安(ān)格斯機械有限公(gōng)司）于🔞2025年12月完成了(le)高精度高節能數(shù)碼渦旋工業冷水(shuǐ)機的樣機測✍️試，計(jì)劃于2011年全面推出(chū) 該款機型。
以下對(duì)數碼渦旋和變頻(pín)渦旋兩種工業冷(lěng)水機做了比較，分(fèn)析它們各自的優(you)勢及不足。
2 變頻渦(wō)旋與數碼渦旋壓(yā)縮機的工作原理(li)
渦旋變頻壓縮機(jī)由于采用了變頻(pin)器（工作原理如🙇🏻圖(tu)1所✔️示）, 因此其轉速(sù)随頻率變化而産(chǎn)生不同的輸氣量(liang)，從而使制冷、制熱(re)量增大或減小。當(dāng)今全封閉變頻壓(yā)縮機的變頻調節(jiē)有交流變頻✌️和直(zhi)流變頻兩種方式(shi)。交流變頻壓縮機(ji)一般指壓縮機動(dong)力采用交流異步(bu)電機，由變頻💞器向(xiàng)電動機定子側線(xiàn)圈提供三相交流(liú)電流、産生回轉🤟磁(cí)場,從而在轉子側(cè)産生了二次電流(liu), 因回轉磁場和二(èr)次電流産生的電(diàn)磁作用而産生回(huí)轉。直流變頻壓縮(suo)機🐕一般指壓縮機(ji)動力采用直流無(wu)刷電機，即BLDC電機。工(gōng)作時,定子通入脈(mo)沖直流電,産生旋(xuan)轉磁場與轉子🔴永(yong)久磁鐵的磁場相(xiang)互作用,産生所需(xu)的轉矩,達到一定(ding)轉速♊[5]。此外☔，大功率(lǜ)變頻壓縮機逐漸(jiàn)引入更先進的變(biàn)頻控制方式，壓縮(suō)機采用永磁同步(bù)調速電機，即PMSM電機(ji)。它們都通過将頻(pin)率❄️電壓不可控的(de)市電經過整流🤞逆(nì)變等電力電子變(biàn)換得到頻👈率電壓(yā)可控的電源驅動(dòng)壓縮機運轉，從而(ér)控🔞制壓縮機吸排(pai)氣量和能力輸出(chū)[6]。
圖1 變頻控制器工(gōng)作原理圖
數碼渦(wō)旋壓縮機（圖2）利用(yong)渦旋壓縮機的軸(zhou)向柔性技術，動靜(jing)🏃🏻♂️渦盤能沿軸向脫(tuō)離分開一段距離(li)實現加載與卸載(zai)，即數碼 0和 1 的🥰轉變(biàn)（圖3）[1]。當動靜渦盤處(chù)于密封狀态時，壓(ya)縮機 100％運行；當動靜(jing)渦盤軸向脫離時(shi)，壓縮機吸－排氣腔(qiang)導通，壓縮腔内無(wú)壓縮🈚，即壓縮機電(dian)機雖然運轉，但壓(yā)縮機不作功。通過(guo)組合 0 和 1 狀态🔅的時(shi)間，即可實現任意(yi)比例的能力輸出(chū)。
圖2數碼渦旋壓縮(suō)機如下圖
圖3調節(jiē)機構如下圖
2 當電(diàn)磁閥處于常閉位(wei)置時，活塞上下側(ce)的壓力爲排氣壓(ya)力，有👈一彈簧确保(bao)兩個渦盤共同加(jiā)載。電磁📧閥通電時(shi)🔴，調節室内的排氣(qì)被釋放低壓吸氣(qi)管，它🆚導緻活塞上(shàng)移，頂部渦盤也随(sui)之上移。該動作使(shǐ)兩渦旋盤分隔，這(zhè)樣無制冷劑流量(liang)通過渦旋盤；外接(jie)‼️電磁閥斷電時，再(zai)次使壓縮機滿載(zai)，恢複壓縮機操作(zuò)。動靜渦盤分離間(jian)距的幅度值約 1.0mm。
3、變(bian)頻和數碼渦旋壓(ya)縮機在工業冷水(shui)機中的主要🐇應用(yòng)㊙️方案
3.1 變頻渦旋壓(ya)縮機在工業冷水(shuǐ)機中的主要應用(yòng)方案🐅
3.1.1 工業冷水機(ji)
工業冷水機是渦(wo)旋變頻壓縮機應(yīng)用的主要形式之(zhi)一❗，它主✨要以風冷(lěng)式變頻工業冷水(shuǐ)機、水冷式變頻工(gōng)業冷🌂水機❌等形式(shi)應用于工業冷水(shui)機系統中。其優點(dian)🛀🏻主要表現在系😄統(tǒng)結構簡單、壓🤞縮機(jī)回油良☁️好、控制方(fāng)案簡單、壓🤩縮機運(yùn)行平穩等方🆚面
3.1.2 熱(re)泵低溫制熱運行(hang)
在我國北方冬季(ji)采暖季節随着環(huán)境溫度的降低，傳(chuán)統熱泵系統的制(zhì)熱量會迅速降低(di)，而需求制熱♈量卻(que)大大增加✏️，從而導(dao)緻系統無法滿足(zu)冬季人們的實際(ji)需求。同時，外界溫(wēn)度的下降，使系統(tǒng)的COP急劇降低，而壓(ya)👈縮比越來越大，壓(yā)縮機的排氣溫度(dù)迅速升高，導緻壓(ya)縮機的損壞。由于(yú)變頻壓❓縮機可以(yǐ)超🐆頻運行，所以可(ke)通過提高渦旋變(bian)頻壓縮機的運行(hang)頻率, 增加壓縮機(jī)單位時間内的排(pái)氣量,從而使更多(duō)地制冷劑參與循(xun)環，以緩解熱泵在(zài)低🥵溫環境下制熱(re)性能衰減問題。
3.2 數(shu)碼渦旋壓縮機在(zai)工業冷水機中的(de)主要應用方案
目(mù)前數碼渦旋工業(ye)冷水機的功率範(fan)圍爲3匹~30匹，從數碼(ma)‼️渦旋⛷️壓縮機的功(gōng)率範圍可以看出(chū),它主要應用于高(gāo)精🥵度高節能型工(gong)業冷水機中。
4、變頻(pín)和數碼多聯空調(diao)機組的性能比較(jiao)
機組運行範圍及(jí)調節性能
目前，變(biàn)頻壓縮機運行範(fàn)圍一般爲30~115Hz。在高頻(pín)段，變頻壓縮機可(kě)以㊙️進一步提升運(yùn)行頻率的方式，使(shi)變頻壓縮機輸出(chū)超過其額定✨能力(lì)。總體上看，變頻壓(ya)縮機可調節範圍(wéi)位于其額定能力(lì)的48%~104%之間[7]。其能量調(diào)節須考慮到壓縮(suo)機頻率調整⛷️所需(xū)的時間，由于變頻(pin)壓縮機本身的動(dòng)态特性限制，在調(diào)整能量時應👌小于(yu)一定的㊙️速度，故調(diao)節爲分步，分階段(duàn)調節。
數碼壓縮機(jī)在全負荷時輸出(chu)能力爲100%，不能實現(xiàn)超負荷運行。在低(dī)負荷輸出階段，理(lǐ)論上數碼壓縮機(jī)可以達到無限⭐低(di)的❤️輸出能力，但在(zai)實際機組設計時(shi)要考慮負荷階段(duàn)所需的最少時間(jiān)及卸/負載周期過(guò)長導緻的負面作(zuo)用。數碼壓縮機要(yao)求負載時❌間不少(shǎo)于2.5s，以保證壓縮機(jī)💔具有穩定的輸出(chu)能力，在💜此基礎上(shàng)要求壓縮機卸/負(fù)載周期不大于30s，避(bì)免機組參數有過(guò)大的波動。一般情(qíng)況下🔞定義數碼壓(yā)縮機可調節範圍(wei)位于其額定能力(lì)的17%~100%之間[7]。由于數碼(ma)壓縮機通過調節(jiē)卸/負載周期達到(dào)在瞬間調整輸出(chū)能力的目的，故其(qí)能量🈲調節爲數字(zi)化連續能量調節(jie)。
由于壓縮機具有(you)以上不同的特性(xing)，導緻兩種多聯空(kōng)調🔞機組有不同的(de)特性。當室内能力(li)需求增加，變頻機(jī)組可進行壓縮機(ji)的超頻運行以增(zeng)加制冷或⭕制熱能(neng)力，當整機能力需(xu)求很少時，變頻機(ji)組由于🏃♀️其壓縮限(xiàn)制，必須維持在一(yi)個較高的輸👈出能(neng)力，從而導緻維護(hu)系統穩定運行的(de)困難程度增加以(yǐ)及🔞消耗過多的能(neng)源。而數碼機組從(cóng)輸出能力的🏃♂️能力(li)💜上不具備超負荷(he)運行的特性，在低(di)負荷運行時，由于(yu)其壓縮機可以低(dī)⛷️至其額定輸出能(néng)力的17%，基本可以滿(man)足機組運行的最(zuì)小負荷的要求[8]。在(zài)能量調節✌️方面，數(shu)碼壓縮機的連續(xù)無級調節可以更(gèng)加嚴格的控制室(shì)内溫度，與變頻技(ji)術相比是一個提(ti)高,變頻渦旋壓縮(suō)機隻能達到分步(bu)分階段調節,如圖(tú)4。
圖4 數碼渦旋與變(bian)頻系統能量調節(jiē)的比較
能效比
能(néng)效比(EER)是衡量工業(yè)冷水機性能優劣(lie)的重要參數,它的(de)🏃🏻♂️高低直接反映工(gōng)業冷水機的節能(néng)效果。數碼工業冷(leng)水🧡機與變頻工業(yè)冷水機的能效比(bǐ)如圖5所示。
圖5 不同(tóng)制冷能力數碼與(yǔ)變頻系統能效比(bǐ)
從圖5可以看出, 從(cóng)總體上數碼工業(yè)冷水機由于采用(yòng)💛容量調💛節範圍大(dà),又可數字化連續(xù)調節能量的數碼(mǎ)渦旋壓縮機,其📞在(zai)不同制冷能力下(xia)能效比較應用變(biàn)頻渦旋🏃♂️壓縮機的(de)變頻工業冷✂️水機(ji)要高.特别當制冷(lěng)能力高于😘15(KW)時,變頻(pín)工業冷水機的能(neng)效比劇烈下降而(ér)♉數碼工業冷水機(ji)略有上升。産生以(yi)上現象的主要原(yuan)因在于壓縮機🌈的(de)區别，限于壓縮機(jī)⛱️設計制造🔞和變頻(pín)器控制性能，設計(ji)變頻壓縮機時一(yī)般會保證額定頻(pín)率段頻率最高并(bing)兼顧整個可運行(háng)頻率範圍。所以，一(yī)般的變頻工業冷(leng)水機🎯在輸👌出适中(zhong)的制冷能🧑🏾🤝🧑🏼力時具(jù)有最佳的能效比(bi),高于一定範圍能(neng)效就會下降。相對(duì)于變頻壓縮機，數(shu)碼壓縮機采用控(kong)制壓縮機卸載和(he)👣負荷的時間比例(lì)來進行輸出調節(jie)，因此數碼工業冷(lěng)水機🧡能效比随輸(shū)出的制冷能力的(de)增加而增加,當輸(shu)出減少時能🥰效🐪比(bǐ)緩慢下降。
啓動及(ji)運行特性
數碼壓(ya)縮機在啓動時電(dian)流相對較大，等同(tóng)于普通壓縮機的(de)☀️啓動特性。由于數(shù)碼壓縮機的周期(qī)卸/負載特性，數❤️碼(mǎ)空調機組在運行(háng)的大部分區間裏(lǐ)，各項主要參數如(ru)高壓、低⁉️壓、排氣🔅溫(wen)度等都呈現周期(qī)性波動，從而給數(shu)碼機組的穩定運(yùn)行增添了一定的(de)難度。
變頻壓縮機(ji)與數碼壓縮機在(zai)啓動及運行特性(xing)方面有較大的不(bu)同。變頻機組在啓(qi)動過程中采用變(biàn)頻壓縮機低頻啓(qǐ)動，啓動電流較小(xiǎo)，對電網基本沒有(you)沖擊，有利于保證(zheng)電網的穩定。當系(xi)統進入穩定運行(háng)階段，壓縮機輸出(chu)功率一定，系統各(ge)項運行參數都處(chu)于穩🆚定狀态。
回油(you)
回油是多蒸發器(qì)變轉速壓縮機系(xi)統的一個主要問(wen)題[9]。當變頻🌈空調機(jī)組處于低負荷狀(zhuang)态時，變頻壓🌂縮機(ji)處于低頻狀态，系(xi)統内制冷劑流速(su)減緩，在一定頻率(lǜ)下，制冷劑将沒有(you)足夠♌的流速帶動(dòng)壓縮機潤滑油從(cong)系統中回到壓縮(suō)機，經過一段時間(jiān)運行後，壓縮機油(yóu)位可能降至一個(gè)危險的水平，這就(jiù)要求變頻機組🏃♀️必(bi)須依靠油分離器(qi)或複雜的回油循(xun)㊙️環回油，以🔞保證壓(ya)❤️縮機的正常油位(wei)。
數碼渦旋壓縮機(jī)是一種獨特的壓(yā)縮機，理論上它無(wu)需油分離器或回(hui)油循環。數碼渦旋(xuán)壓縮機靠外接電(diàn)磁閥㊙️的開閉控制(zhì)壓縮機的卸負載(zǎi)，在卸載周期内，系(xì)統内制冷劑流速(su)幾乎爲零，離開壓(yā)縮機的油很少；在(zai)負載周期内，系統(tong)内制冷劑流速接(jie)近滿🚩負荷流速，足(zú)以使管路内的油(yóu)回到壓縮機。故相(xiàng)對于變頻工業⛹🏻♀️冷(lěng)水機，數碼工業冷(leng)水機回油更加容(róng)易。
電磁幹擾
電磁(cí)幹擾是變頻工業(yè)冷水機的一個主(zhǔ)要問題。變頻🔞工業(ye)🚶♀️冷水😘機中的變頻(pín)壓縮機須采用大(dà)功率整流和逆變(biàn)器件，在電壓整🔞流(liú)和逆變過程中，電(diàn)壓、電流發生劇變(biàn)，産🛀生高頻電磁噪(zào)💁聲，會對電網和工(gōng)廠電器産生幹擾(rǎo)作用⭕。在世界上許(xǔ)多國家🌈，尤其在歐(ou)🏃🏻♂️洲，對任何系統可(kě)能散發的電磁幹(gan)擾量有嚴格的限(xiàn)制。由于數碼渦旋(xuán)壓縮機的加載和(hé)卸載是🔱機械操作(zuò)，數碼渦旋系統産(chan)生的電磁幹擾可(kě)忽略不計🌈，具有更(gèng)好的電磁兼✏️容性(xing)，可用于通訊機📧房(fáng)等精密場所，适應(ying)性更廣。
可靠性
工(gōng)業冷水機的可靠(kao)性是研究開發的(de)一個重要方面，在(zai)變頻工業冷水機(jī)系統内，電子控制(zhi)裝置一般很複雜(za)。鑒于安裝的不确(que)定性和天氣變化(hua)的極端性，複雜👣的(de)電子控制裝🔴置會(hui)影❓響系統😍的可靠(kào)性。如果采用各種(zhong)旁通裝置，如熱氣(qi)♋旁通管和❄️液體旁(pang)通管，可靠性将更(gèng)難保證[10]。數♻️碼工業(yè)冷水機系統基本(běn)㊙️上是簡易系統，隻(zhī)需簡單的電子控(kong)制，故較變頻工業(yè)冷水機系統更加(jiā)可靠。
小結
由于變(bian)頻渦旋壓縮機與(yǔ)數碼渦旋壓縮機(jī)在工作原理和😍結(jie)構上的區别，變頻(pin)工業冷水機與數(shu)碼工業冷水機有(yǒu)各自不同的✨應用(yong)前景：變頻渦旋壓(yā)縮機可用☔于工業(yè)冷水機、低溫熱泵(beng)、等多⭕種工業冷水(shui)💜機中，數碼壓縮機(jī)由🌈于其功率💘範圍(wei)而主要應用于工(gōng)業冷水機中。由于(yu)兩種🛀🏻壓縮機都主(zhǔ)要應用于工業冷(lěng)水機中，本文主要(yao)針對兩種工業冷(leng)水機的運行範圍(wéi)及調節性能、能效(xiao)比、啓動及運行特(te)性、回油、電磁幹擾(rao)、可靠性等♉方面詳(xiang)細分析了各🈲自的(de)優勢✌️和不足。針對(dui)各自系統的不足(zu)，變頻技術應着重(zhòng)解❄️決低頻時提升(sheng)能效比、電磁幹擾(rao)等方面的問題，而(ér)數碼技術應❓重點(diǎn)解決如何減少壓(yā)縮機啓動電流大(dà)以💃🏻及運行時系統(tong)内壓力波動等問(wèn)題 。
參 考 文 獻
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