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    【变频器在汽车空调实训台架的应用】 变频器的原理及应用实训报告

    时间:2019-05-15 03:30:21 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站

      一、空调制冷系统的运行工况和特性  工况是指确定制冷机运行情况的温度条件。空调压缩机的运行工况包括制冷机的转速、冷凝温度、蒸发温度、节流前的温度以及压缩机的吸气压力、吸气温度等。运行工况不同时,将会影响到其制冷量、功耗和制冷系数等技术指标。
      空调制冷系统的运行特性是指压缩机在允许使用条件下运行时,其制冷量和消耗功率与各种运行工况的变化关系。这种关系曲线叫运行特性曲线。从运行特性曲线可知,当冷凝温度一定时,制冷机的制冷量随着蒸发温度上升而增大;当蒸发温度一定时,制冷量随着冷凝温度的上升而减小,压缩机消耗的功率随着冷凝温度的上升而增大。
      二、非独立式汽车空调运行工况与特性
      汽车空调分为独立式和非独立式两种。独立式汽车空调由专用空调压缩机来驱动制冷压缩机,多用于制冷量较大的大、中型客车上,非独立式汽车空调由汽车发动机直接驱动制冷压缩机,小型客车和轿车都采用此方式。
      非独立式汽车空调机的压缩机转速随着发动机的工况变化而变化,车速是非稳态变化,因此,运行工况是一个非稳定工况。由于冷凝温度、蒸发温度、转速、制冷剂的过冷度以及吸气压力都在不断变化。因此,汽车空调制冷机的性能也是随之变化的。
      图1所示是汽车空调制冷系统的蒸发器温度特性。从图中可知,当冷凝温度和其他工况不变时,蒸发温度越低,空调制冷量越小,功耗越大、制冷系数越小。所以为了节能,蒸发温度不希望调得太低,一般满足舒适范围的上限为好。
      图2所示是汽车空调制冷系统冷凝器温度特性。从图中可以看出,当蒸发温度和其他工况不变时,冷凝温度越高,汽车空调制冷量越小,功耗越大,制冷系数越小。所以,冷凝器安装位置很重要,距离散热器不能太近,应留有足够的间隙。
      非独立式空调压缩机的制冷特性与发动机的转速密切相关,而后者又取决于汽车的运行状况。当汽车高速行驶时,发动机的转速较高,压缩机也作高速运转,压缩机排量增加,其制冷量和功率消耗都将增加。此时,冷凝器的散热条件大为改善,冷凝效果好,制冷剂过冷度增大,使汽车空调制冷量增大。相反,当汽车低速行驶,发动机处于低速运转,压缩机的转速亦很低,冷凝条件恶化,制冷量大为减小。汽车停止行驶时,冷凝器的冷凝条件恶化,制冷系数下降,压缩机吸气压力增大,压缩机功耗增加,发动机怠速负荷加重,会导致发动机和空调制冷系统的过热,加速了发动机和压缩机的磨损,缩短了它们的使用寿命。因此,在汽车空调系统中常装入有怠速继电器,用以在汽车低速或停止行驶时切断汽车空调,保护压缩机。
      综上所述,如果希望汽车空调实训台架中的制冷机能够反映出汽车在高、中、低速和怠速等状态下的工作状况,关键是空调压缩机的转速必须是可以调整的,此时压缩机在不同转速下的工作状态就可反映出汽车在不同车速下,汽车空调的工作状况。
      三、汽车空调实训台架的功能与作用
      汽车空调的日常维护、保养以及专业维修工作,要求从业人员必须掌握好汽车空调的工作原理和专业维修技能。学校教师在20世纪90年代末期已开始研制出汽车空调实训台架,近年来亦购置了一些汽车空调实训台架。在汽车空调专业教学中,汽车空调实训台架是学生学习专业知识和训练专业技能所需的重要设备,起到以下作用:一是让学生认识汽车空调系统中的各元器件性能,掌握系统组成结构、工作原理和工作流程。二是学生可通过在台架上的专业训练,学会对空调系统和元器件的维护保养知识,掌握空调系统(元器件)故障的检测、排除专业
      技能。
      汽车空调实训台架的优缺点:其中一款空调实训台架是采用了汽车发动机作动力的形式,带动空调压缩机运转,可反映出汽车在各种转速下,压缩机的运行工作和特性,真实反映出汽车空调制冷效果。但该机存在教学成本不断增大(汽油价格不断上升),污染环境和噪声大的缺点,不符合当前的环保、低碳、节能型社会发展要求。其他的空调实训台架(普遍类型)是采用三相交流异步电动机作动力,带动压缩机运转。具有安静、平稳、经济、性价比好的优势,但由于电动机的转速是不变的,故空调压缩机的转速亦是固定不变,空调机的制冷只有单一效果,所以不能很好地反映出汽车在各种运行状态下,空调机的运行工况和制冷效果。
      针对汽车空调实训台架的不足之处,我们需要对汽车空调实训台架进行技术改造,以适应形势的发展和教学的需要。
      四、变频器在汽车空调实训台架的应用
      1.变频调速工作原理
      调速是工业电气自动化技术的重要组成部份。而机械调速都是通过电动机来实现的。电动机有直流电动机和交流电动机两种,直流电动机的调速容易实现,但结构复杂,维护保养繁琐。交流电动机的调速经历了定子调速、变极调速、滑差调速等方式和滑差电动机、绕线式电动机、同步电动机等,但都存在缺陷或不足。直至20世纪80年代,随着微电子技术、信息技术和电力电子技术的发展,研制推出了交流电动机最好的变频调速技术,它以优异的性能取代了其他交流电动机调速方式,成为电气传动的中枢。
      变频调速技术是一种以改变电动机频率和改变电压来达到电动机调速目的的技术,根据交流异步电动机的转速表达式:
      n=60f/p(l-S)=no(l-S)
      式中:n—异步电动机的转速 f—异步电动机的电源频率
      S—电动机转差率 p—电动机极数
      从上式看,交流异步电动机的转速n取决于电机的极数和频率,而电动机的工作原理决定电动机的极数是固定不变。由于该数值不是一个连续的数值(为2的倍数,例如2、4、6),所以一般不适合和通过改变设值来调整电动机的转速。在极数p不变时均匀地改变电动机定子的供电电源频率f,可以连续改变交流异步电动机的同步转速n。(n。=60f/p)。由于稳态时转差率S很小(S=0.03~0.05),即可连续改变电动机转速n,从而达到平滑调节电动机转速的目的。另外,频率能够在电动机的外面调节后再供给电动机,这样电动机的旋转速度就可以自由控制。因此变频调速具有很好的调速性能,是一种理想的高效率、高性能的调速技术。
      2.变频器及其工作特点
      为实现异步电动机的变频调速,关键在于要有频率可调的变频电源,提供给为调速的电动机。现行的供电系统输送的是恒频交流电源,因此,要实现电动机的变频调速,需要能同时改变电压和频率的变频装置,该装置称为变频器。
      变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电动机的电能控制装置。它由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成,是变频技术的核心。变频器通过改变电源的频率达到改变电源电压的目的,根据电动机的实际需要来提供其所需要的电源电压,从而达到调速、节能的目的。变频器的应用具有启动电流小,启动转矩大的工作特点,能实现对交流异步电动机的软启动和变频调速,以及改变功率因数,提高运转精度。
      3.变频器在汽车空调实训台架的应用
      变频器能实现对交流异步电动机的软启动,变频调速、改变功率因数。具有过流、过压、过载保护等功能,将其应用于以三相异步电动机作动力源的汽车空调实训台架,如图3所示,实行变频调速控制,可使空调压缩机工作在不同速率下真实地反映出汽车空调的工作工况。
      图3
      如图3所示,可通过设定和调整变频器的频率来改变三相交流异步电动机的电源频率,达到改变电动机转速的目的,使汽车空调压缩机的速率发生变化。当提升频率时,电动机转速提高,汽车空调压缩机高速运转,输出功率增大,制冷量增大(相当于汽车高速状态下的空调工作状况);反之,降低频率时,电动机转速降低,压缩机低速运转,抑制了压缩机输出功率,制冷量减小(即汽车低速下的空调状况),从而解决了空调实训台架的压缩机只有单一转速,不能全面地反映汽车空调工作的问题。
      变频器作为一种高新技术产品,应用于汽车空调实训台架上实现对空调压缩机运转速度的控制,既满足了教学的要求,达到教学目的,又具有经济、降噪、降耗的效果(节约汽油产品的损耗,在电动机运行中节能省电,延长压缩机使用寿命),适合当前社会倡导的节能、环保、经济发展的需求。
      (作者单位:广东省肇庆汽车技工学校)

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