2HP变频空调器设计毕业论文

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摘要...................................................................................... 错误！未定义书签。Abstract....................................................................................... 错误！未定义书签。目录........................................................................................................................ I 第一章变频空调的概述. (1)

1.1 变频技术 (2)

1.1.1 变频简介 (2)

1.1.2 变频器的应用领域 (3)

1.2 变频空调的原理 (3)

1.3 变频空调的分类及其工作原理 (3)

1.3.1 交流变频空调的基本原理 (4)

1.3.2 直流变频空调的基本原理 (5)

1.4 变频空调的性能特点 (5)

1.5变频空调的发展概况 (6)

1.6变频空调在我国的前景市场 (7)

第二章2HP变频空调的结构方案说明 (9)

2.1 空调形式的方案说明 (9)

2.2 制冷剂的方案说明 (10)

2.3 冷凝器的方案说明 (12)

2.4 蒸发器的方案说明 (13)

2.5 两器风机的选择说明 (14)

2.6 压缩机的方案说明 (14)

2.6.1 压缩机在制冷系统中的作用 (14)

2.6.2 压缩机的分类 (14)

2.6.3 空调常用的压缩机 (15)

2.6.4 本次设计选择的压缩机 (16)

第三章空调压缩机设计 (17)

3.1 制冷剂的计算及选择 (17)

3.1.1 制冷剂参数 (17)

3.1.2 制冷剂热力计算 (18)

3.1.3 制冷剂的选择 (19)

3.2 热力计算及压缩机的设计 (20)

3.2.1 热力计算[9] (20)

3.2.2 压缩机的设计 (22)

第四章空调系统的设计 (27)

4.1 冷凝器的设计 (27)

4.1.1 冷凝器的结构参数的选择 (27)

4.1.2 冷凝器的设计计算 (28)

4.1.3 冷凝风机计算及选择 (32)

4.2 蒸发器的设计 (34)

4.2.1 蒸发器的设计参数 (34)

4.2.2 蒸发器的设计计算 (34)

4.2.3 蒸发器风机的计算及选择 (41)

4.3 制冷装置的节流机构 (42)

4.3.1 制冷剂液体的膨胀节流过程 (42)

4.3.2 空调器常用的节流装置 (43)

4.3.3本次设计节流机构的选型 (44)

4.3.5 电子膨胀阀的压力校核 (45)

4.4 制冷装置的连接管道 (48)

4.5 制冷系统的其它辅助设备选型 (48)

4.5.1 干燥过滤器 (48)

4.5.2 四通换向阀 (50)

4.5.3 截止阀 (51)

4.5.4 分流器 (52)

第五章变频空调的控制系统 (54)

致谢 (56)

参考文献 (57)

第一章变频空调的概述

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前极为紧迫的一项任务。为推动全社会开展节能降耗，缓解能源瓶颈制约，建设节能型社会，促进经济社会可持续发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标，国家发展和改革委员会提出了如下目标[1]：

表1-1 国家发改委提出目标表

“十二五”期间重点推广高效节能电动机、稀土永磁电动机；在煤炭、电力、有色、石化等行业实施高效节能风机、水泵、压缩机系统优化改造，推广变频调速、自动化系统控制技术，使运行效率提高2%，年节电200亿KWh照明用电，约占全国用电量的13%，高效节能荧光灯与普通白炽灯之比为1：2.6，用高效节能荧光灯替代白炽灯可节电70%～80%，用电子镇流器替代传统电感镇流器可节电20%～30%，交通信号灯由发光二极管（LED）替代白炽灯，可节电90%。“十二五”期间节能重点是在公用设施、宾馆、商厦、写字楼、体育场馆、民用建筑中推广高效节电。

从上面我们可以看出，各行各业都把节能降耗放在首要的地位，节能环保俨然已经成为当今世界的主题，而变频空调则是在这个大的世界背景下应运而生

的。空调作为家庭用电的主要设备,传统空调器由于其运行效率低下、耗电量大正在逐渐退出市场。新一代的变频空调器以其高效、节能和舒适性好等优点成为今后的发展趋势。

本次设计本着以节能减排、绿色环保的主题，采用变频压缩机实现2HP空调的变频设计，对换热器、节流阀、制冷剂管道等进行优化设计选择，对制冷剂、润滑油等进行比较选择，实现空调的高效节能的目的。

1.1 变频技术

1.1.1 变频简介

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的，主要是在电机增加电子原元件——变频器，以达到改变电源频率，从而对电机转速进行调节的目的。从20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM—VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用[2]。

表1-2 变频器的发展过程

1.1.2 变频器的应用领域

随着控制理论、调速理论和电子技术的发展，变频器技术也得到了充分地重视和发展。由于变频器具有很多优点，因而在各种领域中得到了广泛的应用，下表给出了变频器在工业生产中的主要应用。

表1-2 变频器在工业生产中的主要应用

1.2 变频空调的原理

变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证控制空间环境温度的稳定。

1.3 变频空调的分类及其工作原理

变频空调跟住压缩机采用的是交流电机还是直流电机可分为交流变频空调和直流变频空调。

1.3.1 交流变频空调的基本原理

交流变频空调使用交流变频压缩机，其本质上是采用三相交流异步电动机，通过定子、转子间磁场的相互作用使转子旋转。交流变频压缩机转子采用交流感应电机转子结构，转子在定子旋转磁场作用下感应电流产生感应磁场，定子磁场与转子磁场相互作用使转子旋转。通过变频器改变电源的频率从而控制压缩机转速。

三相异步电动机的工作原理如下：

交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动机的转速方程得出。转速方程如下所示：

160(1)f n s p

=- （1-1） 式（1-1）中： n ——电动机的实际转速

f 1——电动机定子绕组的供电频率

p ——旋转磁场的极对数

s ——转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n 1与n 的关系：

n=n 1(1-s )。

从（1-1）式中可见，改变异步电动机的供电电源频率 f 1，就可改变电动机的转速 n 1 和 n ，达到调速目的。

电源频率的改变是通过交流变频器的控制来实现的，其原理图如下：

图1-1 交流变频器原理图

交流变频空调就是压缩机电机采用异步电动机，在交流变频器的控制下，改变输入电机的供电频率，从而实现压缩机的转速变化，实现变频目的。

1.3.2 直流变频空调的基本原理

直流变频空调是指采用直流变频控制系统以及相应的直流变频压缩机的空调器。直流变频空调器的工作原理是把50Hz工频交流电源转换为直流电源，并送至功率模块主电路，功率模块也同样受微电脑控制，所不同的是模块所输出的是电压可变的直流电源，压缩机使用的是直流电机，所以直流变频空调器也可以称为全直流变速空调器。直流变频空调器没有逆变环节，在这方面比交流变频更加省电。

无刷直流电动机与普通的交流电动机的最大区别在于其转子是由稀土材料制成的永久磁钢；定子与交流压缩机电机相同，采用漆包线整距集中绕制而成。简单而言，就是把普通直流电动机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电动机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电动机称之为无刷直流电动机。无刷直流电动机既克服了传统的直流电动机的一些缺陷，如电磁干扰大、噪声大、火花、可靠性差、寿命短，又具有交流电动机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以直流变频空调相对于交流变频空调而言，具有更大的节能优势。[3]

直流变频压缩机基本工作原理如下图所示：

图1-2直流变频原理图

1.4 变频空调的性能特点

变频式空调器与常规普通空调器相比，具有节能、高效、舒适的优势，而且控制简单、能效比高，其优势具体体现见表1-3。今后变频式空调器尤其是在现

代电力电子技术和微电控制技术结合方面有广阔地发展前景[4]。

表1-3 变频空调与常规空调的比较

1.5变频空调的发展概况

空调制冷技术最开始诞生在西方，但从六十年代开始，无论在家用空调器的生产制造技术还是控制技术方面，日本都一直处于世界最前沿。其在日本的发展大致可分为摇篮期（40年代中期开始）、品种扩大期（50年代中期－70年代初）、电子进展期（40年代初期－80年代初期）、高度电子成熟期（80年代初期－80年代末）和后发展期（80年代末以后）这样五个阶段。而在80年代中期前后，日本将已经发展比较成熟的变频技术和现代控制理论应用于房间空调器，这种具有划时代意义的应用一方面促进了房间空调器的技术飞跃，另一方面也为这种高耗能家电产品开辟了高效节能的新途径。所以，在能源极度紧缺的日本，自从变频空调出现以后，便在市场中得到大力推广并快速普及，而在这一产品市场化的过程中，变频空调本身也在不断升级换代。

我国变频空调的发展概况：

第一阶段（20世纪90年代前期——2000年以前），技术产品导入期。一些有能力的空调生产企业，引进变频技术并推出相关产品，市场也开始认识此类概念以及产品。1995年，海信开始变频技术的积累，并于1997年4月推出国内第一台变频空调。在相关配件的国产化没有解决之前，价格上昂贵，所以很少能形成规模化销售。

第二阶段（2000年——2006年），市场导入期。以2000年3月1日海信推出“工薪变频”为标志，变频空调器开始逐步在国内市场进行推广，这一方面促使市场机会扩大，另一方面也使不少企业迅速跟进，变频产品也成为企业形象产品。2006年6月1日，国内首部变频空调能效强制性地方标准——《变频空调能效上海地方标准》正式实施。

第三阶段（2007年——现在），蓬勃发展期。2007年4月16日，国内第一台变频空调上市10周年的新闻发布会在全国50多个城市同步举行，中国家用电器院的领导参加了会议，号召国内空调企业为建设节约型社会共推变频。2007年4万19日，海信、日立、三菱电机、东芝、松下五大空调巨头齐聚上海，宣告成立“变频空调推广联盟”，发动定速空调淘汰竞赛，加速变频空调的普及和定速空调的淘汰，推动中国空调产业升级换代。2008年9月1日起，我国实施第一项变频空调强制性能效标准，格力、美的等空调企业均大举进军变频市场，空调市场迎来变频时代。

1.6变频空调在我国的前景市场

在中国，变频空调由于种种原因，还没有发展成熟，但据权威数据调查，目前在日本和欧美等国变频空调已经成为空调行业的技术平台，98%左右的空调均为变频空调。以目前的国家宏观调控以及空调厂商等方面看来，今后中国的变频空调必然成为一种趋势[5]。

为了推动变频节能技术开发和产业化推广，此前国家标准化委员会成立了变频控制器分委会，制定变频控制器国家标准。随着2010年6月定速空调新能效标准的正式实施，具有显著节能省电优势的变频空调成为主流的趋势更为明显。

据了解，按照6月1日实施的定速空调新国标，定速空调能效等级由之前的五个等级调整为三个级别，原来的一、二级能效标准分别将成为新标准中的二、

三级能效产品，能效指标提高了20％以上。

而对应新国标的出台，国家财政部于2010年5月初公布了《关于调整高效节能空调推广财政补贴政策的通知》，将高效节能空调补贴标准从原来的300～850元调整为150～250元，补贴减少的最大幅度超过七成。

对于能效标准和补贴政策的调整，专家认为，定速空调能效新国标的执行，必然会推动定速空调价格上升，在定速空调价格普遍上涨导致它与变频空调价格相差不是太大的情况下，必须会给变频空调、特别是具有显著节能省电优势的双模变频空调创造市场机会。能效标准升级后高能效空调压缩机产能不足，以及原材料价格上涨等，也成为推动空调价格上涨不可忽视的因素。”

另外值得注意的是，财政部在《通知》中首次表示“研究适时推广变频空调”，这表明国家认为推广变频空调的时机已经成熟，具有显著节能省电优势的变频产品将在国内市场将迎来一轮新的发展良机。

而且，在2010年5月“变频技术暨空调产业发展趋势研讨会”上公布的数据显示，目前在重点城市，91.5%的消费者认同变频空调技术含量高、耗电量低、舒适程度高的优点，并表示在购买时会优先选择；82.6%认为“双模变频”技术更先进，节能效果更好，在价格相近时更倾向于购买双模变频空调。

图（1-3）中国空调零售市场变频技术渗透率变动

综上所述，变频空调在我国拥有美好的发展前途，目前市场占有率还相对较少，相信在未来的几年内，变频空调是空调行业的主流，市场占有率将达到甚至超过欧美和日本等发达国家的90%以上，真正达到节能减排的美好愿景。