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通過對變頻(pín)渦旋壓縮機和(he)數碼渦旋壓縮(suo)機從工作原✨理(li)上🈚進🔆行分析，指(zhi)出了各自适合(hé)的，并對當前市(shi)場上流⚽行的變(biàn)頻和數碼工業(ye)冷水機組進行(háng)了綜合比較，闡(chǎn)述🍉了這兩種工(gong)業💰冷水機🐅各自(zì)的優勢🌏和不足(zu)，最💯後指出了進(jin)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(wo)國工業發展水(shui)平的提高，高精(jing)度高節能的工(gōng)業冷水機已經(jing)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(diàn)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(xi)統的效率已顯(xian)得越來越重要(yao)。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(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(zhèng)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(cha)異。1978 年，日本部分(fen)公司提出變頻(pín)☂️空調的概念，由(you)于變頻空調具(jù)有許多優點, 因(yin)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(chū)，随着渦旋🧑🏾🤝🧑🏼壓縮(suō)機被研制出來(lai)，空調系統的容(rong)量改🈲變方式也(ye)得到很大發展(zhǎn)[3]。全球最👣大的渦(wo)旋壓縮機廠 Corpland 公(gōng)司于1993年提出了(le)數碼渦旋壓縮(suo)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(yu)2025年12月完成了高(gao)精度高節能數(shu)♉碼渦旋工業冷(leng)水機🌏的樣機測(cè)🔞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(lěng)水機做了♉比較(jiao)，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(ji)的工作原理
渦(wō)旋變頻壓縮機(jī)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(lǜ)變化而産生不(bú)同的輸氣量⛹🏻♀️，從(cong)而使制冷、制熱(re)量增大或減小(xiao)。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(jiao)流變頻壓縮機(ji)一般指壓縮機(ji)動力采用交流(liú)異步電機，由變(bian)頻器向電動機(ji)定子側線圈🏃🏻提(ti)供三相交流♻️電(dian)流、産生回轉磁(cí)場,從而在轉子(zi)側産生了二次(ci)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(zhuan)。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(dìng)子通入脈沖直(zhi)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(shēng)所需😄的轉矩,達(da)到一定轉速🔴[5]。此(cǐ)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(ni)變等電力電子(zi)變換得到頻率(lǜ)電壓可控的電(diàn)源驅動壓縮機(jī)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(shù)碼渦旋壓縮機(jī)（圖2）利用渦旋壓(yā)縮機的軸向柔(róu)性技術，動靜渦(wō)盤能沿軸向脫(tuo)離分開一段距(ju)離實現加載與(yǔ)卸⛷️載，即數碼 0和(he) 1 的‼️轉變（圖3）[1]。當動(dong)靜渦盤處于密(mì)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(pái)氣腔導通，壓縮(suo)腔内無壓縮💃，即(ji)壓縮機電機雖(suī)然運轉，但壓縮(suo)機不作功。通過(guo)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(ru)下圖
圖3調節機(ji)構如下圖
2 當電(dian)磁閥處于常閉(bì)位置時，活塞上(shang)下側的壓力爲(wèi)排氣壓力，有一(yī)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(pái)🤞氣被釋放低壓(yā)吸氣管，它導緻(zhì)活塞上移，頂部(bu)渦盤也随之上(shàng)移。該動作使兩(liǎng)🌈渦旋盤分隔，這(zhè)樣無💚制冷劑流(liú)量通過渦🔅旋盤(pán)；外接電磁閥斷(duan)電時，再次使壓(yā)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(yuē) 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(àn)
3.1 變頻渦旋壓縮(suō)機在工業冷水(shui)機中的主要應(ying)用方案
3.1.1 工業冷(leng)水機
工業冷水(shuǐ)機是渦旋變頻(pín)壓縮機應用的(de)主要形式之一(yi)，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(ji)等形式應用于(yu)工業冷水機系(xi)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(kong)制方案簡單、壓(ya)縮機運行平穩(wěn)等方面
3.1.2 熱泵低(dī)溫制熱運行
在(zài)我國北方冬季(jì)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(xū)求制熱🆚量卻⭐大(dà)大增加，從而導(dǎo)緻系統無法滿(man)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(suo)比越來越大，壓(ya)縮♉機的排氣溫(wēn)度迅速🏃升高，導(dǎo)緻壓縮機的損(sǔn)壞。由于變頻壓(yā)縮機可以超🚶♀️頻(pin)運行，所以可通(tōng)過提高渦旋🙇🏻變(bian)頻壓縮機的✊運(yùn)行頻率, 增加壓(yā)縮機單位時🤟間(jiān)内的排氣量,從(cóng)而使更⛷️多地制(zhì)冷劑參與循環(huan)，以緩解熱泵在(zai)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(leng)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(lǜ)範圍爲3匹~30匹，從(cóng)💃🏻數碼渦旋壓縮(suō)機的功率範圍(wéi)可以看出,它主(zhǔ)要應用于高精(jing)度高節能型工(gong)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(yùn)行範圍及調節(jiē)性能
目前，變頻(pín)壓縮機運行範(fan)圍一般爲30~115Hz。在高(gāo)頻段，變頻🎯壓縮(suo)🐉機可以㊙️進一步(bu)提升運行頻率(lǜ)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(pín)壓縮機可調❤️節(jiē)範圍位于其額(e)定能力的48%~104%之間(jian)[7]。其能量調節須(xū)考慮到壓縮機(ji)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(dìng)的速度，故調節(jiē)爲分步，分階段(duàn)調節。
數碼壓縮(suō)機在全負荷時(shí)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(li)，但在實際機組(zu)設計時要考慮(lü)負荷階段所需(xu)的最少時間及(ji)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(can)數有過大的波(bō)動。一般情況下(xià)定義數碼壓縮(suo)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(shun)間調⭐整輸出能(neng)力的目的，故其(qí)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(biàn)頻機🛀🏻組可進行(hang)❓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(xu)求很少時，變🌈頻(pin)機組由于🔞其壓(yā)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(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(neng)力的能力上不(bú)具備超負荷🌈運(yùn)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(dìng)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(zai)能量調節📧方面(mian)，數碼壓縮機的(de)連續無級調節(jiē)可以更加嚴格(ge)✉️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(ya)縮機隻能達到(dao)分步分階段調(diào)節,如圖4。
圖4 數碼(ma)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(gōng)業冷水機性能(neng)優劣的重要參(can)數,它的高☁️低直(zhi)接反映工業冷(lěng)水機的節能效(xiào)果。數碼工業冷(lěng)水機與變頻工(gōng)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(cóng)總體上數碼工(gong)業冷水機由于(yu)采用容量調節(jie)範圍大,又可數(shù)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(ying)用變頻渦旋壓(ya)縮機🐉的變頻工(gong)業冷水機要高(gao).特别當制冷能(neng)力高于15(KW)時,變頻(pin)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(shàng)升。産生以上♻️現(xian)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(xìng)能，設計變頻壓(yā)縮機時❌一般會(hui)保證額定頻✔️率(lü)段頻率最高并(bìng)兼🏃♀️顧整個可運(yun)行頻率範圍。所(suǒ)以，一般的變頻(pín)工業冷水機在(zai)輸出适中的制(zhì)冷能力時具有(yǒu)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(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(gōng)業冷水機🛀能效(xiào)比随輸出的制(zhi)冷能力的增加(jia)而增加,當輸🎯出(chu)減少時能效比(bi)緩慢下降。
啓動(dòng)及運行特性
數(shu)碼壓縮機在啓(qǐ)動時電流相對(duì)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(zhou)期卸/負載特性(xìng)，數碼空調機組(zu)在運行的大部(bu)分區間裏，各項(xiang)主要參數如高(gāo)壓、低壓、排氣溫(wēn)度等都呈現周(zhou)期性波動，從而(er)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(zai)啓動及運行特(te)性方面有較大(da)的不同。變頻機(ji)組在啓動過程(cheng)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(mei)有沖擊，有利于(yú)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(dou)處于穩定狀态(tài)。
回油
回油是多(duō)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(yā)縮機處于低頻(pin)狀态，系統内制(zhì)冷劑流速減緩(huǎn)，在一定頻率下(xià)，制冷劑将沒有(you)足夠的流速帶(dai)動壓縮機潤滑(hua)油從系統中回(hui)㊙️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(gè)危險的水平，這(zhè)就要求變頻機(jī)組必須依靠油(yóu)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(suo)機是一種獨特(tè)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(yā)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(zhì)冷劑流速幾乎(hu)爲零，離⛹🏻♀️開壓縮(suo)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(guan)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(yè)冷水機回油更(gèng)加容易。
電磁幹(gan)擾
電磁幹擾是(shì)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(cai)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(ya)、電流發生劇變(biàn)，産生高頻電磁(ci)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(gé)的限制。由于數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)的✏️加載和卸載(zǎi)是👄機械操作，數(shù)碼渦旋系統産(chan)生的電磁幹🈲擾(rǎo)可忽略不計，具(jù)有更好的電磁(ci)兼🌂容性，可用于(yu)通訊💁機房等精(jīng)密場所，适應性(xìng)更廣。
可靠性
工(gong)業冷水機的可(ke)靠性是研究開(kai)發的一個重要(yao)方面♊，在變頻工(gōng)業冷水機系統(tǒng)内，電子控制裝(zhuang)置一般很複雜(zá)。鑒于安裝的不(bu)确定性和天氣(qi)變化的極端♊性(xing)，複雜的電子控(kong)制裝置會影✍️響(xiang)系統的可靠性(xing)。如果采用各種(zhong)旁通裝✌️置，如熱(re)氣旁通管和液(ye)體旁通管，可靠(kao)性将更難保證(zhèng)[10]。數碼工業冷水(shuǐ)機系統基本☎️上(shàng)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(xì)統更加可靠❤️。
小(xiǎo)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(he)🛀結構上的區别(bié)，變頻工業冷水(shui)機與數碼工🙇♀️業(yè)冷💔水機🥰有各自(zì)不同的應用前(qián)景：變頻渦旋壓(ya)縮⛷️機可用于工(gong)業冷水機、低溫(wēn)熱泵、等多種工(gōng)業冷水機中，數(shu)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(yóu)于兩種壓縮機(ji)都主要應用于(yú)工♋業冷水機中(zhong)，本文主要針對(dui)兩☎️種工業冷水(shui)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(fen)析了各自的優(yōu)勢🥵和不足。針對(duì)各自系統的不(bú)足，變頻技術應(ying)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(shu)碼技術應重點(diǎn)解決如何減少(shǎo)壓縮機啓動電(diàn)流大以及運行(háng)時系統内壓🧡力(li)波動等問題 。
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