一拖二空调的优缺点

变频空调的变频调速系统

一、变频调速器简介：

变频调速器也称变频器，全称为变频变压调速器VVVFI(variablevoltage&

variablefrequencyinverter).它采用大功率晶体管GTR作为功率元件，以单片机为

核心进行控制，采用SPWM正弦脉宽调制方式，是电力电子与计算机控制相（转

载自中国教育文摘，请保留此标记。）结合的机电一体化

产品.它将随着功率元件和计算机技术的发展，结构上做到体积小，重量轻；性

能上优于以往的变极调速、串阻调速、串极调速、滑差电机调速等交流电机调速

方式,并且将会逐步以这种崭新的调速技术取代直流电机调速.用交流异步电机取

代直流电机，将使调速系统更加简单.

二、变频空调的工作原理：

“变频”采用了比较先进的技术，启动时电压较小，可在低电压和低温

度条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳定或冬天室内温度较低而空

调难以启动的情况，有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速，

它也可以适应更大面积的制冷制热需求。

所谓的“变频空调”是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。

众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调

称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变，传统的定频空调的压缩机

转速基本不变，依靠其不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开

一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。而与之相比，“变频

空调”变频器改变压缩机供电频率，调节压缩机转速。依靠压缩机转速的

快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少，其舒适度大大提高。

而运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和

除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度并在低转速、低

能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果。

供电频率高，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就大；而当供电频

率较低时，空调器制冷（热）量就小。这就是所谓“变频”的原理。变频

空调的核心是它的变频器，变频器是20世纪80年代问世的一种高新技术，

它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电

网频率改为30至130Hz的变化频率，使空调完成了一个新革命。同时，还

使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电网电压的不稳定而造

成空调器不能正常工作的难题。变频空调每次开始使用时，通常是让空调

以最大功率、最大风量进行制热或制冷，迅速接近所设定的温度。由于变

频空调通过提高压缩机工作频率的方式，增大了在低温时的制热能力，最

大制热量可达到同级别空调器的1．5倍，低温下仍能保持良好的制热效果。

此外，一般的分体机只有四档风速可供调节，而变频空调器的室内风机自

动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化，由于风机

的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音的宁静运行。当空调

高功率运转，迅速接近所设定的温度后，压缩机便在低转速、低能耗状态

运转，仅以所需的功率维持设定的温度。这样不但温度稳定，还避免了压

缩机频繁地开开停停所造成的对寿命的衰减，而且耗电量大大下降，实现

了高效节能。

三、变频空调的优缺点：

1.优点：

①节能

由于变频空调通过内装变频器，随时调节空调机心脏——压缩机的运

转速度，从而做到合理使用能源；由于它的压缩机不会频繁开启，会使压

缩机保持稳定的工作状态，这可以使空调整体达到节能30%以上的效果。同

时，这对噪音的减少和延长空调使用寿命，有相当明显的作用。

②噪音低

由于变频空调运转平衡，震动减小，噪音也随之降低

③温控精度高

它可以通过改变压缩机的转速来控制空调机的制冷（热）量。其制冷

（热）量有一个变化幅度，如36GW变频的制冷量变化为360－400W，制热

量变化为300－6800W，因此室内温度控制可精确到±1℃，使人体感到很舒

适

④调温速度快

当室温和凋定温度相差较大时，变频空调一开机，即以最大的功率工

作，使室温迅速上升或下降到调定温度，制冷（热）效果明显

⑤电压要求低

变频空调对电压的适应性较强，有的变频空调甚至可在150－240V电

压下启动

⑥环境温度要求低

变频空调对环境温度的适应性准强，在的甚至可在一15t的环境温度

下启动

⑦一拖二智能控温

它可智能地辨别房间大小并分配冷（热）量，使大小不同的房间保持

同样的温度。

⑧保持室温恒定

变频空调采用了变频压缩机，变频空调可根据房间冷（热）负荷的变

化自动调整压缩机的运转频率。达到设定温度后变频空调以较低的频率运

转，避免了室温剧烈变化所引起的不适感。当负荷小时运转频率低，此时

压缩机消耗的功率小，同时避免了频繁开停，从而更加省电。

2.缺点：

①对于欧美来说，大多数家庭习惯把空调开一整天，甚至一直不关机，因

为他们希望在一进入房间就可以达到热或冷的效果，还因为他们国家的电

价相对便宜。而对于我们国家而言，大多数家庭不会这样一直开空调，那

么变频空调的优势就体现不出来，因为变频空调是要求空调一直持续运行

才能达到省电的目的。

②变频空调的技术还不完善。虽然商家大肆宣传变频的优点，但是谁都知

道机器越是先进，零件越复杂，有毛病的几率也会相应提高（当然是对现

在而言，因为我们国内各个厂家的变频技术还没有达到一个相对高的水平，

而变频的核心元件的技术仍然在日本人手里„„）

③没那么划算

先来算算空调使用费用问题。举个例子，如果空调按照每年使用时间

三个月，每月30天，每天平均运行8小时计算，制冷运行时间为960小时，

按照空调功率平均为2000W算，制冷期间，使用定速5级空调(EER=2.6)总

耗电量为1920度，如果使用目前上海标准5级的变频空调(EER=3.3)，总

耗电量为1510度，省电为410度左右，每台每年节省电费只有150多元。

但是目前变频空调的价格要比普通空调价格超出千余元！

另外，以北方城市为例，很多地区冬季都有供暖设施，每年使用空调

的季节只有三个月左右，多数时间空调闲置，变频空调的优势并不明显。

④维修与寿命

如果对比变频空调与定速空调的室外机内部构造，可以看出变频空调

的内部构造要复杂的多，内部零件几乎要多出三倍以上，并多加了一块PCB

板。我们都知道，家电的结构越是复杂，零件越多，整机的寿命相对来说

也会缩短。曾经有相关调查，变频空调在使用三年左右会发生各种质量问

题。

以海信空调为例，其变频空调会提供三年的质保期，压缩机提供五年

的质保期。以之前电费的计算，每年如果节约150元，使用当5年后电费

节约还不足1000元，但这时产品已过保。这样算来，空调的维修成本会再

度提升。

出于经济方面考虑，变频空调的优势大打折扣，因此现阶段多花一两

千元买一款变频空调并不值得。当然，站在节约能源的角度上说，变频空

调确实有一定优势，但是这超出的千余元是不是要让我们消费者来埋单？

另一方面，变频空调的产品性质，决定了它必须是高速启动，然后慢

慢保持一个低速运行的状态持续运行。所以，对于哪些习惯了定速空调的

用户来说，有时候会觉得空调制冷（制热）不够强劲，速度不够快。出于

使用习惯来讲，变频空调也许不太适合这类人使用。

四、变频调速的节能原理：

在暖通空调系统中，风机、水泵类机械的风量、流量控制，过去很少有采

用转速控制方式的，多是由鼠笼式异步电机拖动，进行恒速运转，当需要

调节风量、流量时，实际采用的办法是调节挡板或节流阀，这种控制虽然

简单，但从节省能源的观点来看，是很不经济的.采用变频器对风机、水泵

类机械进行转速控制来调节风量、流量的方法，对节约能源、提高经济效

益具有重要意义.变频调速器用于水泵、风机、压缩机等的调速，比如近年

出现的变频调速的VRV（变冷剂）系统，它们的节能原理都是相同的.

1.变频调速节能的基本原理

以水泵为例，水泵调速运行节电的理论之一是水泵学比例律.由水泵学比例

律可知，对于同一台水泵，当以不同转速运行时，水泵的流量Q，扬程H，轴功

率P与转速n有如下关系

Q1/Q2=n1/n2,(1)

H1/H2=(n1/n2)2，(2)

P1/P2=(n1/n2)3.(3)

流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比.

由此可见，当降低转速时，功率的减少量远比流量的减少量大得多.风机也遵循

这个规律，即风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的立

方成正比.因此，降低水泵或风机的转速，就有可能使单位供水量或风量的电耗

减少.由电工学可知，电机的转速与输入频率有如下关系

n=60f(1-s)/p,(4)

式中：f为电源频率;s为滑差率；p为极对数；n为电机的转速.

变频器通过改变电机频率而达到无级调速的目的.对于水泵来说，变频调

速供水，就是通过压力变送器检测管网水压，并将水压信号转化为电流信号，反

馈给变频器内单片机，单片机根据水压情况调整水泵电机输入频率，从而使水泵

转速改变.例如，在非高峰供水时，水泵减速运行，从而使水泵输入功率减少，

达到节能的目的.这就是变频调速供水节能的基本原理.

2.变频调速器的自动控制

变频调速器可以手动控制也可以自动控制.自动控制信号采用4～20mA

电流信号或0～5V电压信号；采用闭环控制的方法可以更好地满足自动控制

的要求(如图1).流量仪表的气动信号经气电转换器变换为4～20mA的电流信

号,由变频调速器的控制端进而来控制电动机的转速以改变流量.如果采用的是电

动仪表，变频调速器试用又证明是可靠的，那么图中的气电转换器、三通气开关

以及气动调节阀都可省去，从而控制系统大为简化.而且流量控制的精度比已往

的气动调节阀控制高.根据要求，变频调速器也可采用温度控制、压力控制或各

种信号的综合控制.

图1变频调速器自动控制示意图

3.与阀门调节相比变频调速的节能分析

采用变频调速器后，将泵和管线的阀门全开，用改变电机电源频率的方法

来改变电机转速，进而改变流量.图2为水泵以阀门控制或调速控制时流量Q与

扬程H的关系曲线（假设管路末端压头为零）.

图2变频调速器的节能原理图

图2中：曲线1为泵在转速为n1时的Q-H性能曲线；曲线2为管路阻力特

性曲线;曲线3为关小阀门，流量为Q2时的管路阻力特性曲线;曲线4为泵在转

速为n2时的Q-H性能曲线;A，B，C为水泵的工况点.

泵消耗的轴功率为

P=γQH/η,(5)

式中：γ为流体容重；η为泵的效率.

由式（5）可知，轴功率与Q，H的乘积成正比.因此在工况点A，轴功率

与Q1，H1的乘积面积AH1OQ1成正比.根据工艺要求，当流量从Q1减少到Q2

时，如采用阀门调节方法相当于增加管路阻力，使管路阻力特性变到曲线3，系

统由原来的工况点A变到新的工况点B运行．从图2中可以看出，压头反而增

加为H2，轴功率与面积BH2OQ2成正比，显然减少不多.如果采用转速调节，转

速由n1降到n2.泵在转速为n2时的Q-H性能曲线如曲线4所示，可见在同样流

量Q2时，压头H3大幅度降低，功率（与面积CH3OQ2成正比）明显减少，节

省的功率与面积BH2H3C成正比,很显然节能效益显著.即便考虑到因转速的降低

而引起效率的降低及附加控制装置的效率的影响等，但节电效果仍十分明显.此

外，电机消耗的功率不仅决定于泵，还和调速的方法有关.如果电动机的滑差损

耗很大，节电效果就大打折扣了.变频调速器是一种高效调速装置，它与滑差调

速、液力偶合器调速不同，没有滑差损耗，本身的固有损失仅为1%～2%，因此

变频器的输入功率在任何速度下都近似等于泵的轴功率.对泵、风机等流体机械，

流量或风量是与转速成正比的，而轴功率是与转速的立方成正比的，因此

P=(n/ne)3Pe=(Q/Qe)3Pe，(6)

式中：ne，Qe，Pe分别为泵的额定转速、额定流量和额定轴功率.

由式（3）可知，采用变频调速时，变频器消耗功率为

P变频=P=(Q/Qe)3Pe.(7)

如果采用阀门调节，电动机消耗功率近似为

P电=（0.40.6Q/Qe）Pe.(8)

从式（7）和式（8）可见，当流量Q变为额定流量的50%时，采用变频调

速时消耗功率为0.125Pe.采用阀门调节流量时，电动机消耗功率0.7Pe，节电率

为82.1%，节电效果是很可观的.

4.在空调水系统中采用变频器的节电效果

在一大型商场的空调水系统中，采用一台37kW的水泵及一台变频器，

经测试后，变频调速消耗功率为9.42kW(f=28Hz),阀门调节控制消耗功率为

36.42kW,节电率为74.1%，年节电量为21.6万kW.h,电价按0.5元/(kW.h)

计，则年节约资金为10.8万元；若选用价格为3.85万元的VFA-050-3型变频

器，则静态投资回收期为4.3个月

五、结论：

理论和实践证明，在空调水系统中采用变频器具有显著的节能效果.在空调

风系统中变频器控制空调风机的运行节电率可以达到39%。除此以外，变频器还

可用于锅炉补水系统、供热外网以及制冷系统中，同样都可以起到比较显著的节

能效果.事实上，变频器除了可以节电以外，还有许多优点.由于变频器采用微机

控制，具有16种电压-频率特征曲线可供选择，因而拖动各种不同性质的负荷均

能进入最佳运行状态.电机的加速和减速时间能根据负荷的要求来调整，在启动

运行过程中做到了软起动，避免了泵的抽空现象.变频调速又属于无级调速方式，

在运行稳态过程和运行调节过程中能起到显著的节能效果.此外还可降低起动电

流，提高功率因数，对电机有多种保护功能.但变频器也有缺点，比如变频器对

智能控制的电信号有干扰、价格较高等.目前，变频器的可靠性在不断提高，价

格也有所降低，而且对于三相异步电动机加装变频器无需改变电路结构，所以它

在暖通空调系统中必将得到广泛应用.