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通過對變頻(pín)渦旋壓縮機和(hé)數碼渦旋壓縮(suō)機從工作原理(li)上進🥵行分析，指(zhi)出了各自适合(he)的，并對當前市(shi)場上流行的變(bian)頻和數👉碼工業(yè)冷水機組進行(hang)了綜合比較，闡(chǎn)述了這兩種工(gong)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(jué)的問題👣。
随着我(wǒ)國工業發展水(shuǐ)平的提高，高精(jing)度高節能的工(gong)業冷水機已經(jing)不再是一種奢(she)侈品，早已走入(rù)人們生活的各(ge)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(diàn)量的10%以上，而且(qie)随着經濟的發(fa)展，比例🌂會逐漸(jian)提高。因此，對于(yu)工業冷😍水機而(er)言，如何提高系(xì)統的效率已顯(xian)得越來越重要(yào)。這一要求使得(dé)開發可♋變容量(liang)的工業冷水機(ji)成爲當前的潮(cháo)流。可變容量工(gong)業冷水機有很(hěn)好的發展市場(chang)。
迄今爲止用于(yu)調節容量的壓(yā)縮機技術真正(zheng)主導市場的隻(zhī)❓有變頻和數碼(mǎ)渦旋技術兩種(zhǒng)，分别采用🔴兩種(zhǒng)🐕完全不同🎯的方(fang)❄️式進行壓縮機(jī)容量調節，由此(ci)帶來了它們在(zai)許多方‼️面的差(cha)異。1978 年，日本部分(fen)公司💛提出變頻(pín)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(mei)㊙️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(kōng)調的趨勢[2]。1990 年初(chu)，随着渦旋壓🌂縮(suo)機被研制出來(lái)，空調系統的容(róng)量改變方式也(ye)得到很大發展(zhǎn)[3]。全球最📱大的渦(wō)旋壓縮機廠 Corpland 公(gōng)💔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(ji)械有限公司）于(yú)2025年12月完成了高(gao)精度高節能數(shù)碼渦旋工業冷(lěng)水機的樣機測(cè)✉️試，計劃于2011年全(quan)面推出 該款機(ji)型。
以下對數碼(mǎ)渦旋和變頻渦(wo)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(wō)旋變頻壓縮機(jī)由于采用了變(bian)頻器（工作原理(lǐ)如圖1所🌏示）, 因此(cǐ)✂️其轉速随頻率(lǜ)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(bian)頻調❗節有交流(liu)變頻和直流變(biàn)頻兩種方式。交(jiāo)流變頻壓縮機(ji)一般指壓縮機(jī)動力采🔱用交流(liú)異步電機，由變(biàn)頻器向電動機(jī)定子側線圈提(tí)供三相交㊙️流電(dian)流、産生回轉磁(cí)場,從而在轉子(zǐ)側💋産生了二次(cì)電流🚶, 因回轉💁磁(ci)場和二😄次電流(liú)産生的電磁作(zuò)用而産生回♌轉(zhuǎn)。直流變頻壓縮(suō)機一般指壓縮(suō)機動力🥵采用直(zhi)流無💁刷電機，即(ji)BLDC電機。工作時,定(ding)子通入脈沖直(zhi)流電,産生旋轉(zhuan)磁場與轉子永(yǒng)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(cǐ)外，大功率變頻(pín)壓縮機逐漸引(yǐn)入更先進的變(biàn)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(dōu)通過将頻率電(dian)壓不可控的市(shi)電經過整流✨逆(nì)變等電力電子(zǐ)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(zhì)壓縮機吸排氣(qi)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(ji)（圖2）利用渦旋壓(yā)縮機的軸向柔(róu)性㊙️技🤟術，動靜渦(wo)盤能沿軸向脫(tuo)離分開一段距(jù)離實現加載與(yǔ)卸載，即數碼 0和(hé) 1 的轉變（圖3）[1]。當動(dong)靜渦盤處于😄密(mi)封狀⛹🏻♀️态時，壓縮(suō)機 100％運行；當動靜(jìng)渦盤軸向脫離(li)時，壓縮機吸－排(pai)氣腔導通，壓縮(suō)腔内無壓縮，即(jí)壓縮機🤞電機雖(sui)然運轉，但壓縮(suō)機不作功。通過(guò)組合 0 和 1 狀态🤞的(de)時間，即可實現(xiàn)任意比例的能(neng)力輸出。
圖2數碼(ma)渦旋壓縮機如(ru)下圖
圖3調節機(ji)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(yi)彈簧确保兩個(ge)渦盤共同加載(zǎi)。電磁閥通電時(shí)，調節室内的排(pai)氣被釋放低壓(yā)吸氣管，它導緻(zhì)活塞上移，頂部(bù)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(liú)量通過渦旋盤(pan)；外接電磁閥斷(duàn)電時，再次使壓(ya)🈚縮機滿載，恢複(fu)壓縮機操作。動(dong)靜渦盤分離間(jiān)距的幅度值約(yue) 1.0mm。
3、變頻和數碼渦(wo)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(suo)機在工業冷水(shuǐ)機中的主要應(yīng)用方案
3.1.1 工業冷(leng)水機
工業冷水(shuǐ)機是渦旋變頻(pin)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(lěng)水機、水冷式變(bian)頻工業冷水機(jī)等形式應🌈用于(yú)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(suō)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(zai)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(xi)統的制熱量會(hui)迅速降低，而需(xu)求制熱量卻大(dà)大增加，從而🔞導(dao)緻系統無法滿(man)足冬季人們的(de)實際需求。同時(shi)，外界溫度的下(xià)降，使系統的COP急(jí)劇降低，而壓🥰縮(suō)比越來越大，壓(yā)縮機的排氣溫(wēn)度迅速升高，導(dao)緻壓🐉縮機的損(sǔn)壞。由于變頻壓(yā)縮機可以超頻(pín)運行，所以🤞可通(tōng)過提高渦旋變(biàn)頻壓縮機的運(yun)行頻率, 增加壓(yā)縮機單位時間(jiān)内的排氣量,從(cong)而使更多🔞地制(zhi)冷劑參與循環(huan)，以緩解熱泵在(zài)低溫環境下制(zhi)熱性能㊙️衰減問(wen)題。
3.2 數碼渦旋壓(ya)縮機在工業冷(leng)水機中的主要(yào)應用方案
目前(qian)數碼渦旋工業(ye)冷水機的功率(lǜ)範圍爲3匹~30匹，從(cong)數碼渦旋壓縮(suo)機的功率範圍(wei)可以看出,它主(zhu)要應用于高精(jing)度高節能型工(gōng)業冷水機中。
4、變(biàn)頻和數碼多聯(lian)空調機組的性(xìng)能比較
機組運(yun)行範圍及調節(jie)性能
目前，變頻(pín)壓縮機運行範(fàn)圍一般爲30~115Hz。在高(gāo)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(chāo)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(ji)頻率調整所需(xū)的時間，由于變(biàn)頻壓縮機本身(shen)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(duàn)調節。
數碼壓縮(suo)機在全負荷時(shí)輸出能力爲100%，不(bú)能實現超負荷(he)🥰運行。在低負荷(he)輸出階段，理論(lùn)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(zǔ)設計時要考慮(lü)負荷⁉️階段所需(xū)的最🐇少時間及(ji)卸/負載周期過(guo)長導緻的負面(mian)作用。數碼🈲壓縮(suo)機要求負載時(shí)⭕間不少于2.5s，以保(bao)證壓縮機具有(you)穩定的㊙️輸出能(néng)力，在此基礎上(shang)要求壓縮機卸(xiè)/負載周期不大(dà)于30s，避免機組參(can)數有📞過大的波(bo)動。一般情況下(xià)定義數碼壓縮(suo)機🏃🏻可調節範圍(wéi)位于㊙️其額定能(neng)力的17%~100%之間[7]。由于(yu)數碼壓縮機通(tong)過調節卸/負載(zai)周期達到在瞬(shun)間調整輸出能(néng)力的目的，故其(qí)能量調節爲數(shù)字化連續能量(liang)☀️調節。
由于壓縮(suo)機具有以上不(bu)同的特性，導緻(zhì)兩種多聯空調(diao)🧑🏾🤝🧑🏼機組有不同的(de)特性。當室内能(neng)力需求增加，變(biàn)頻機組可進行(háng)壓縮♻️機的超頻(pin)運行以增加制(zhi)冷或👈制熱能力(lì)，當整機能力需(xū)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(cong)而導緻維護系(xì)統穩定運行的(de)困難程度增加(jia)以及消耗過多(duō)的💞能源。而數碼(ma)機組從輸出能(néng)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(kě)以低✉️至其額定(ding)輸出能力的17%，基(jī)本可以滿足機(ji)組運行的最🐉小(xiǎo)負荷😍的要求[8]。在(zai)能量調節🤩方面(miàn)，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(wen)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(dào)分步分階段調(diao)節,如圖4。
圖4 數碼(mǎ)渦旋與變頻系(xi)統能量調節的(de)比較
能效比
能(neng)效比(EER)是衡量工(gong)業冷水機性能(néng)優劣的重要參(cān)數,它的❄️高低直(zhí)接反映工業冷(leng)水機的節能效(xiào)果。數碼工業冷(lěng)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(néng)力數碼與變頻(pín)系統能效比
從(cong)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(jiē)能量的數碼渦(wō)旋壓縮機,其在(zai)不同制冷能力(li)下能效比較🐪應(yīng)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(pín)工業冷水機的(de)能效比🐇劇烈下(xià)降而數碼工業(ye)冷水機略有上(shang)❌升。産生以上🈚現(xian)象的主要原因(yin)在于壓縮機的(de)區别，限于壓縮(suo)機設計制造和(hé)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(lü)段頻率最高并(bing)兼顧整個可運(yun)行頻率👨❤️👨範圍。所(suo)以，一般的變頻(pin)工業冷水機在(zai)輸出适中的制(zhì)冷能力時具有(you)最佳的能效比(bi),高于一⭐定範圍(wei)能效就會下降(jiang)。相對于變頻壓(yā)縮機，數碼壓縮(suo)機采用控制壓(yā)縮機卸🐪載和🌈負(fù)荷的時間比例(li)來‼️進行輸出👉調(diào)節，因此數碼工(gōng)業冷水機⛱️能效(xiao)比随輸出的制(zhì)冷能力的增加(jia)而增加,當輸出(chu)減少時能效👣比(bǐ)緩慢下降。
啓動(dong)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(pu)通壓縮機🔞的啓(qǐ)動特性。由于數(shu)碼壓縮機的周(zhōu)期卸/負載特✔️性(xìng)，數碼空調機💚組(zu)在🐇運行的大部(bù)分區間裏，各項(xiang)主要參數如高(gao)壓、低壓、排氣溫(wēn)度等都呈現周(zhōu)期性波動，從💃而(ér)給數碼機組的(de)穩🔴定運行增添(tiān)了一定的難度(dù)。
變頻壓縮機與(yǔ)數碼壓縮機在(zài)啓動及運行特(te)性方面有較大(da)的🧡不同。變頻機(jī)組在啓動過程(chéng)中采用變🈲頻壓(ya)🐅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(wěn)定。當系🛀統進入(ru)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(dou)處于穩定狀态(tài)。
回油
回油是多(duo)蒸發器變轉速(su)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(ya)縮機處于低頻(pín)狀态♊，系統内制(zhì)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(huí)到壓縮機，經過(guo)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(hui)油，以🈲保證壓⭐縮(suo)機的👄正常油位(wei)。
數碼渦旋壓縮(suō)機是一種獨特(te)的壓縮機，理論(lùn)上它無💚需油分(fèn)🌈離器或回油循(xún)環。數碼渦旋壓(ya)縮機靠外接電(diàn)磁閥的開閉控(kong)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(hū)爲零，離開壓縮(suō)機的油很少；在(zài)負載周期内，系(xì)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(leng)水機，數碼工業(ye)冷水機回油更(gèng)加容✉️易。
電磁幹(gan)擾
電磁幹擾是(shi)變頻工業冷水(shui)機的一個主要(yao)問題。變🍉頻🌈工業(ye)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(zai)電壓整流和逆(ni)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(wang)和工廠電器産(chan)生幹擾作用。在(zai)世界上許多國(guó)家，尤其在歐洲(zhōu)，對任何系統可(ke)能散發的電磁(cí)幹擾量有嚴格(ge)的限制。由于數(shù)碼渦旋壓縮機(ji)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(ci)兼容性，可用于(yú)通訊機房等精(jīng)密場所，适應性(xing)更廣。
可靠性
工(gōng)業冷水機的可(ke)靠性是研究開(kāi)發的一個重要(yao)方面，在變頻工(gong)業冷水機系統(tǒng)内，電子控制裝(zhuāng)置一般🏃♀️很複雜(za)。鑒于安裝的不(bu)确定性和天氣(qi)變化的極端㊙️性(xìng)，複雜的電子控(kòng)制裝置會影響(xiang)系統的可靠性(xìng)。如果采用各種(zhǒng)旁通裝置，如熱(re)氣♋旁通管和液(ye)體旁通☔管，可靠(kào)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(zhi)需簡單的電子(zǐ)控制，故較變頻(pín)工業冷水機👄系(xì)統更🍉加可靠。
小(xiao)結
由于變頻渦(wō)旋壓縮機與數(shu)碼渦旋壓縮機(ji)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(ye)冷水機⭕有各自(zi)不✏️同的應用前(qian)景：變頻渦旋壓(ya)縮機可用于工(gōng)業冷水機、低溫(wen)熱泵、等多種工(gōng)業冷水機中，數(shù)碼壓縮機由于(yu)其功率範圍而(ér)主✏️要應用于工(gong)業冷水機中。由(you)于兩種壓縮機(ji)都主要應用于(yu)工業冷水機中(zhong)，本文主要針對(dui)兩種工業冷水(shuǐ)機👨❤️👨的運行範圍(wei)及💯調節性能、能(néng)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(you)勢👌和不足。針對(dui)各自系統的不(bu)足✊，變頻技術應(ying)着重解決低頻(pin)時提升能效比(bi)、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(dian)流大以及運行(hang)時系統内壓👄力(lì)波動等問題 。
參(can) 考 文 獻
王贻任(rèn) 美國谷輪公司(si)壓縮機技術講(jiang)座. 制冷技術，2003, 1：35-38
占(zhàn)磊，屈宗長 渦旋(xuán)變頻壓縮機在(zai)空調中的應用(yòng). 壓縮機技術🤞，2004,1：28-30
屈(qū)宗長，王迪生 渦(wo)旋壓縮機研究(jiu)現狀與展望. 壓(ya)縮機技術，1998，2：3-6
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李華德 現代(dai)交流電機變頻(pín)調速系統. 現代(dai)交流電機📞變頻(pín)調速系統 石油(you)工業出版社，1996
Hu Shih-Cheng , Yang Rong-Hwa Development and testing of a multi-type air conditioner without using AC inverters. Energy Conversion and Management， 2005，46：373383
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王贻任 壓縮(suō)機容量調節新(xīn)技術―數碼壓縮(suo)機. 家電科技，2005，9：30-32
杜(du)海存，塗傳毅，高(gāo)國珍 數碼渦旋(xuan)與變頻VRV中央空(kōng)調系🐕統💔比較. 江(jiāng)♍西能源，2005，1：18-20
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