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空調用之直流變頻技術 張護繼 高子胤 林法正 國立中央大學 電機工程學系 摘要 隨科技進步，人們對於冷凍空調的依賴日亦廣泛。隨著我國對節能科技的重視，目前國 內空調系統由原本交流變頻系統漸漸被直流變頻系統所取代，即使設備能源效率提高，但傳 統方波驅動之變頻技術在能源效率之方面依然存有許多的進步空間。本文主要介紹兩種直流 變頻驅動器架構，其一為由換相訊號之方波合成弦波之驅動架構，另一種為結合高頻信號注 入法與參考模式法之驅動架構，以進一步提高直流變頻驅動器之能源使用效率。 關鍵字：節能科技、空調系統、直流變頻。 一、前言 目前國內空調多數採用直流、交流變頻系統，使空調系統在不同的溫度下，皆能隨時調 整至適當冷凍能力，以提高其能源使用效率， 其中壓縮機之直流變頻技術，目前國內產品主 要採用方波驅動技術，雖然相較於定頻空調以提升 3 成以上之能源使用效率，但依然存在瞬 間過大之啟動電流之問題。本文所提出之控制 架構，主要以結合兩種無感測器轉子位置估測 技術來驅動空調系統之壓縮機，使壓縮機於零轉速狀態下，也能以弦波驅動方式來啟動壓縮 機，達成柔啟動之功能，並且搭配磁場導控制 ，期望能以較低的耗能產生更好的效能輸出， 提升產品競爭力。面對全球能源危機，節能的生活方式以然成為未來商機，空調市場上以往 最常見、耗電量大的定頻技術，轉為較節省、較高效能的變頻技術，每年可省下至少 3 成的 經費成本，可見變頻技術的應用與發展將是未來節能之主要趨勢[1] 。 本文首先對空調系統之架構與定頻、變頻控制原理做介紹 ，接著說明針對空調機內部壓 縮機驅動器之兩種無感測器變頻控制技術，其一為應用傳統無感測電路所產生之換相訊號來 合成弦波，並藉此達成弦波驅動；另一種為結合高頻信號注入法與參考模式法之轉子位置估 測技術，此方式不僅不須改變固有硬體架構， 並且可以應用於零轉速下以弦波驅動之方式啟 動馬達，達成柔啟動之功能，以改善傳統方波驅動變頻技術之高啟動電流之缺點，並更加提 高變頻器之能源使用效率。 二、空調系統與定頻、變頻控制之介紹 1. 空調系統架構之介紹 如圖 1所示，空調之循環系統包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥及蒸發器等元件。低溫低壓 汽態冷媒經過壓縮機等熵壓縮成為高溫高壓汽態冷媒，在 冷凝器中散熱凝結成高溫高壓液態 後，進入膨脹裝置等熵膨脹成為低溫低壓之兩相狀態 (約20%汽態 80%液態) ，再於蒸發器中 吸熱蒸發，成為低溫低壓汽態冷媒，回到壓縮機中完成一個冷凍循環。一般冷氣即是利用蒸 發器吸收環境熱量而得到所需之製冷效果。在固定運轉條件情況下，空調機製冷量與冷媒流 量成正比例函數關係，即冷媒流量 m f (N ) ，式中N 為壓縮機轉速，f 為冷媒流量與壓縮機 轉速之關係函數，不同結構壓縮機之關係函數便會不同，變頻空調可以經由調節壓縮機轉速 以調節空調機製冷量[2] 。 100100 8080 冷凝器冷凝器 P=16.5 barP=16.5 bar 6060 ]] ℃℃ 4040 [[ 膨脹閥膨脹閥 tt