脉宽调制与脉幅调制技术在变频技术及数码涡旋技术中的运用

PAM与PWM技术在变频技术及数码涡旋技术中的运用关键词：PAM与PWM技术，数码涡旋技术和变频技术摘要：在变频技术和数码涡旋技术中都存在着PAM与PWM技术，但两者的运用场合并不相同，有着各自不同的运行方式和原理。-作者：戴梅、张海亮前言：随着国家对于节能的重视，节能标准不断出台，对于空调节能的要求也不断提高，多联机，俗称“一拖多”空调正是符合这一要求的空调系列，“多联机”指的是一台室外机通过配管连接多台室内机，室外侧采用风冷换热形式，室内侧采用直接蒸发换热形式的一次制冷剂空调系统。多联机的容量介于普通家用空调机和大型中央空调系统之间，特别适用于中小形建筑空调设计应用。目前主要应用于高档住宅、酒店政府机关、商业大厦等。多联机空调系统由于其：能耗低、响应速度快、温度控制平稳、温度场均匀、室内机形式丰富，技术成熟，在家用中央空调领域非常的适用，但其初投资相对较高，目前在国内市场还不能广泛推广。主要的生产厂家包括有三菱、东芝、日立、大金等日本品牌，采用的是直流变速技术，还有三星、美的、格力、春兰、华凌等品牌，主要采用了数码变频技术。1、PAW与PWM技术：多联机对于冷媒工质有着精确的控制，可以根据不同的负荷要求进行冷媒流量的调节。目前控制的方法主要有两种：一种是通过调节压缩机转速的方式来调节冷媒的流量；另一种采用数字脉冲控制技术，调节压缩机在单位时间内输出的工质量。这两种技术就是目前市场上多联机的主导技术：变频和数码涡旋技术。他们都能够根据房间的不同冷量需求来调节冷媒工质的流量，但实现的方式并不相同。在多联机技术及数码涡旋技术中都采用了PWM技术，而在变频技术中还采用了PAM技术，首先介绍一下两者的概念。1、PWM（PulseWidthModulation）(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。2、PAM是（PulseAmplitudeModulation）(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律该表脉冲列的幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。在变频技术中PAM技术与PWM技术主要是通过调节频率来调节压缩机转速，来改变冷媒的流量。而在数码蜗旋技术中，PWM技术主要用以调节电磁阀的开启闭合的时间和开启程度来调节冷媒流量，从而调节容量的输出。因此同样的技术在两种压缩机中的应用是不相同的。变频变容量技术含量高，调控装置复杂，厂家进入的门槛高，没有一定的开发应用背景很难掌握该项目产品制造的核心技术。早期的国产空调厂家进入多联机市场，一般都与日本空调厂家合作建立生产线，例如美的和东芝、海信和日立、海尔和三菱重工等。多联式VRF空调是一种高新技术的体现，与传统空调相比，具有显著的优势，它集一拖多，智能控制、节能、分户计费和网络空调等多种高新技术于一身，能满足消费者对舒适性、方便性等方面的要求，在日本已经有二十年以上的实用案例，技术非常成熟。目前，数码涡旋多联机迅速发展，占有了不少分额，其核心部件数码涡旋压缩机主要生产厂家是美国谷轮公司。据谷轮公司介绍，中国市场中的美的、格力、春兰、华凌、TCL、麦克威尔、三星等八家空调厂家均采用了谷轮公司的数码涡旋压缩机生产多联式空调机组。作为其核心的数码蜗旋压缩机，所采用的是数码蜗旋技术，较之变频技术是后进技术。据谷轮公司介绍，该公司不仅提供提供压缩机，还提供包括驱动程序、电脑板等整套控制系统。因此空调厂家进入多联机市场的门槛极低，只需进行简单组装即可，不需开发核心部件，可以快速抢占多联机市场份额。2、PAM与PWM技术在变频与数码涡旋技术中的应用变频变容量技术是指单一管路一拖多空调热泵系统的室外主机调节输出能力方式：（1）通过改变投入工作的压缩机的数量来调节主机的容量，进行主机容量的粗调节；（2）通过变频装置改变变频压缩机输入频率来改变压缩机的转速，进行主机容量的细调节，通过粗细配合，可以使得室外主机输出能力连续线性调节。在三菱电机空调压缩机的应用原理为利用PWM技术，改变输入电压的平均电压，由转速公式：Tn=9550Un*In/Nn(Un:额定电压,In:额定电流，Nn:额定转速)转矩不变，改变平均电压就可以改变额定转速，从而改变压缩机的冷媒输出量，其对冷媒的控制非常精确。数码涡旋压缩机的控制循环周期包括一段“负载期”和一段“卸载期”。负载期间，涡旋盘处于如图1所示位置，压缩机像常规涡旋压缩机一样工作，输出100%容量。卸载期间，由于压缩机的柔性设计，使两个涡旋盘在轴向有一个微量分离，因此不再有制冷剂通过压缩机，压缩机输出为零。这样，由负载期和卸载期的时间便可确定压缩机的输出容量。通过前面介绍的PWM概念可以知道，它是一种脉宽调制方式，通过改变脉冲宽度来调节改变电磁阀停止与开启的时间，从而改变“负载期”和“卸载期”的组合，调节输出容量负载期和卸载期这两种状态的转换是通过安装在压缩机上的PWM电磁阀来控制的。如图一所示，有活塞安装于顶部的顶涡旋盘处，活塞的顶部有一调节室，通过0.6mm直径的排气孔和排气压力相连通，而PWM电磁阀连接调节室和吸气管。电磁阀断电时处于常闭位置，活塞上下侧的压力为排气压力，以弹簧力确保两个涡旋盘处于正常工作位置，使压缩机在满载下工作。当电磁阀通电时，调节室内的排气被释放到低压吸气管，导致活塞上移，带动了顶部的定涡旋盘上移，该动作使两个涡旋盘分离，导致无制冷剂通过涡旋盘，使压缩机卸载。当电磁阀断电时，压缩机再次满载，恢复压缩操作。图1数码涡旋压缩机的一个“工作周期时间”包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间，如图2所示，通过数码控制改变这两个时间不同时间组合，就可调节压缩机的输出容量在10%-100%的范围内变化。定涡旋盘动涡旋盘吸气口排气孔PWM电磁阀排气管图2在变频技术中我们分别采用了PAM与PWM技术，两种技术都是为了调节压缩机的转速，但这两种技术的主要区别在于调压和调频是在两个不同阶段进行的。如图3所示图3PAM特点：调压和调频在两个环节上进行，两者要求在控制电路上协调配合，其结构简单，控制方便。但由于输入端采用晶闸管可控整流器，当电压调的较低时，电网功率因数较小。但PAM在调压过程中可对电流波形有整形作用，因此可抑制高次谐波的产生。最高转速为PWM的1.5倍。PWM特点：输入功率因数较高，调压和调频都在PWM逆变器上进行，则电网功率因数较高，由于采用PWM逆变器调压和调频同时进行较易产生高次谐波。由于受到晶闸管开关次数限制，频率改变也受到一定的限制，因此最高转速为7000转/分。由于三菱电机空调采用了大容量直流电机驱动压缩机，所以需要调节平均电压来调节电动机的转速，而PWM正满足了该要求，可通过改变占空比来改变平均电压从而调节压缩机转速。（如图4）由于输入功率及电网因数较高，所以应用于三菱电机大匹数的空调系统中。而PAM同样是一种调节压缩机转速的技术，虽然它结构简单，控制方便。但由于输入端采用晶闸管可控整流器，当电压调的较低时，电网功率因数较小，所以被应用于三菱电机小匹数的POWERMULTI系列的空调系统中。图4在数码蜗旋压缩机中，也同样遇到了PWM技术，但其运用的场合并不相同，它被运用于PWM电磁阀中，用于负载和卸载之间的调配上。因此外界经常见到的PAM和PWM技术，在变频技术和数码涡旋技术上的运用是不相同的，变频技术对于PAM和PWM技术的要求更高。3、两种技术的比较3．1技术成熟性比较变频技术是成熟可靠的技术，应用于空调领域也已经有二十年的时间，工程实例已经证明应用该技术的空调系统是有保证的。数码涡旋技术开发的时间很短，对于压缩机的机械要求很高且结构非常复杂，应用于空调领域只有五年左右的时间，谷轮公司的数码涡旋空调技术并没有在美国使用过的经验，还没有经过足够时间可靠性运行的体验。3．2容量调节和温度湿度的调节数码涡旋容量调节范围广，调温速度快，除湿能力好。变频压缩机的容量输出是通过变频分级达到的，由于N=120*f*(1-S)/P(f表示频率，S表示转差率，P表示极对数),通过改变频率可以改变压缩机的转速，而无论采用PAM或者PWM技术，进行变频，其频率的改变都必须经过中间频率，因此存在一定的时间滞后。而数码涡旋通过PWM电磁阀调节负载和卸载时间，容量能迅速从10%到100%，不需要分步实现，属于连续和无级调节。变频压缩机必须通过中间频率，从低频到高频的转换，存在时间的滞后，当系统内的负荷突然发生变化时，变频系统无法立即响应负荷的变动，使得室温的波动较大。而数码涡旋技术的无级调节和宽广的调节范围确保了室内空气温度的精确控制。变频系统在低容量（低频）运行时，蒸发温度较低，随着运行频率的降低，蒸发温度逐渐升高，整个运行阶段平均蒸发温度较高，而一般的空调系统多在部分负荷下运行，这就导致了除湿能力的下降。而数码系统无论在何种运行比例时，其负载运行时均是全负荷，所以如图所示能在整个运行阶段保持较低的蒸发温度，尤其是容量在40%—80%范围内（较常使用的容量区间），数码涡旋体现了明显的优势，所以其显热比较少，除湿能力较强，保证了高精度的除湿要求。数码涡旋空调这种在低容量情况下能有效提供较好的湿度控制功能，对于相对湿度较高的地区及一些特殊场合尤为适用。3．3对电网的冲击干扰数码涡旋的工作方式为压缩机通过PWM电磁阀的瞬间加载与卸载，电流的变化为10%和100%交互变化。对电网而言负载电流的剧增和瞬减会对电网产生冲击，造成涡流和发热，对电网设施不利。而变频调速过程采用了PAM与PWM技术，通过改变频率来改变压缩机的转速，从而调整压缩机的容量输出，整流和调频（也就是逆变过程）相对较为平稳，对电网的冲击小。从对电网的影响方面考虑，使用变频压缩机要优于数码涡旋压缩机。薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁