【正文】 武漢工程大學本科畢業(yè)設計（論文）2HP變頻空調器設計畢業(yè)論文摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章 變頻空調的概述 1 變頻技術 2 變頻簡介 2 變頻器的應用領域 3 變頻空調的原理 3 變頻空調的分類及其工作原理 3 交流變頻空調的基本原理 4 直流變頻空調的基本原理 5 變頻空調的性能特點 5 6 7第二章 2HP變頻空調的結構方案說明 9 空調形式的方案說明 9 制冷劑的方案說明 10 冷凝器的方案說明 12 蒸發(fā)器的方案說明 13 兩器風機的選擇說明 14 壓縮機的方案說明 14 壓縮機在制冷系統(tǒng)中的作用 14 壓縮機的分類 14 空調常用的壓縮機 15 本次設計選擇的壓縮機 16第三章 空調壓縮機設計 17 制冷劑的計算及選擇 17 制冷劑參數(shù) 17 制冷劑熱力計算 18 制冷劑的選擇 19 熱力計算及壓縮機的設計 20 熱力計算[9] 20 壓縮機的設計 22第四章 空調系統(tǒng)的設計 27 冷凝器的設計 27 冷凝器的結構參數(shù)的選擇 27 冷凝器的設計計算 28 冷凝風機計算及選擇 32 蒸發(fā)器的設計 34 蒸發(fā)器的設計參數(shù) 34 蒸發(fā)器的設計計算 34 蒸發(fā)器風機的計算及選擇 41 制冷裝置的節(jié)流機構 42 制冷劑液體的膨脹節(jié)流過程 42 空調器常用的節(jié)流裝置 43 44 電子膨脹閥的壓力校核 45 制冷裝置的連接管道 48 制冷系統(tǒng)的其它輔助設備選型 48 干燥過濾器 48 四通換向閥 50 截止閥 51 分流器 52第五章 變頻空調的控制系統(tǒng) 54致 謝 56參考文獻 57III第一章 變頻空調的概述節(jié)能是我國經濟和社會發(fā)展的一項長遠戰(zhàn)略方針，也是當前極為緊迫的一項任務。為推動全社會開展節(jié)能降耗，緩解能源瓶頸制約，建設節(jié)能型社會，促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)全面建設小康社會的宏偉目標，國家發(fā)展和改革委員會提出了如下目標[1]：表11 國家發(fā)改委提出目標表“十二五”期間重點推廣高效節(jié)能電動機、稀土永磁電動機；在煤炭、電力、有色、石化等行業(yè)實施高效節(jié)能風機、水泵、壓縮機系統(tǒng)優(yōu)化改造，推廣變頻調速、自動化系統(tǒng)控制技術，使運行效率提高2%，年節(jié)電200億KWh照明用電，約占全國用電量的13%，高效節(jié)能熒光燈與普通白熾燈之比為1：，用高效節(jié)能熒光燈替代白熾燈可節(jié)電70%～80%，用電子鎮(zhèn)流器替代傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器可節(jié)電20%～30%，交通信號燈由發(fā)光二極管（LED）替代白熾燈，可節(jié)電90%?！笆濉逼陂g節(jié)能重點是在公用設施、賓館、商廈、寫字樓、體育場館、民用建筑中推廣高效節(jié)電。從上面我們可以看出，各行各業(yè)都把節(jié)能降耗放在首要的地位，節(jié)能環(huán)保儼然已經成為當今世界的主題，而變頻空調則是在這個大的世界背景下應運而生的?？照{作為家庭用電的主要設備,傳統(tǒng)空調器由于其運行效率低下、耗電量大正在逐漸退出市場。新一代的變頻空調器以其高效、節(jié)能和舒適性好等優(yōu)點成為今后的發(fā)展趨勢。本次設計本著以節(jié)能減排、綠色環(huán)保的主題，采用變頻壓縮機實現(xiàn)2HP空調的變頻設計，對換熱器、節(jié)流閥、制冷劑管道等進行優(yōu)化設計選擇，對制冷劑、潤滑油等進行比較選擇，實現(xiàn)空調的高效節(jié)能的目的。 變頻技術 變頻簡介變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的，主要是在電機增加電子原元件——變頻器，以達到改變電源頻率，從而對電機轉速進行調節(jié)的目的。從20世紀60年代后半期開始，電力電子器件從SCR(晶閘管)、MCT(MOS控制品閘管)發(fā)展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)，器件的更新促使電力變換技術的不斷發(fā)展。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻(PWM—VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場并廣泛應用[2]。表12 變頻器的發(fā)展過程 變頻器的應用領域隨著控制理論、調速理論和電子技術的發(fā)展，變頻器技術也得到了充分地重視和發(fā)展。由于變頻器具有很多優(yōu)點，因而在各種領域中得到了廣泛的應用，下表給出了變頻器在工業(yè)生產中的主要應用。表12 變頻器在工業(yè)生產中的主要應用 變頻空調的原理變頻空調是在普通空調的基礎上選用了變頻專用壓縮機，增加了變頻控制系統(tǒng)。它的基本結構和制冷原理和普通空調完全相同。變頻空調的主機是自動進行無級變速的，它可以根據房間情況自動提供所需的冷（熱）量；當室內溫度達到期望值后，空凋主機則以能夠準確保持這一溫度的恒定速度運轉，實現(xiàn)“不停機運轉”，從而保證控制空間環(huán)境溫度的穩(wěn)定。 變頻空調的分類及其工作原理變頻空調跟住壓縮機采用的是交流電機還是直流電機可分為交流變頻空調和直流變頻空調。 交流變頻空調的基本原理交流變頻空調使用交流變頻壓縮機，其本質上是采用三相交流異步電動機，通過定子、轉子間磁場的相互作用使轉子旋轉。交流變頻壓縮機轉子采用交流感應電機轉子結構，轉子在定子旋轉磁場作用下感應電流產生感應磁場，定子磁場與轉子磁場相互作用使轉子旋轉。通過變頻器改變電源的頻率從而控制壓縮機轉速。三相異步電動機的工作原理如下：交流異步電動機的變頻調速的原理，可從異步電動機的轉速方程得出。轉速方程如下所示： （11）式（11）中： n——電動機的實際轉速 f1——電動機定子繞組的供電頻率 p——旋轉磁場的極對數(shù)　 s——轉差率，表示定子旋轉磁場的同步轉速n1與n的關系：n=n1(1s)。從（11）式中可見，改變異步電動機的供電電源頻率 f1，就可改變電動機的轉速 n1 和 n，達到調速目的。電源頻率的改變是通過交流變頻器的控制來實現(xiàn)的，其原理圖如下：圖11 交流變頻器原理圖交流變頻空調就是壓縮機電機采用異步電動機，在交流變頻器的控制下，改變輸入電機的供電頻率，從而實現(xiàn)壓縮機的轉速變化，實現(xiàn)變頻目的。 直流變頻空調的基本原理直流變頻空調是指采用直流變頻控制系統(tǒng)以及相應的直流變頻壓縮機的空調器。直流變頻空調器的工作原理是把50Hz工頻交流電源轉換為直流電源，并送至功率模塊主電路，功率模塊也同樣受微電腦控制，所不同的是模塊所輸出的是電壓可變的直流電源，壓縮機使用的是直流電機，所以直流變頻空調器也可以稱為全直流變速空調器。直流變頻空調器沒有逆變環(huán)節(jié)，在這方面比交流變頻更加省電。無刷直流電動機與普通的交流電動機的最大區(qū)別在于其轉子是由稀土材料制成的永久磁鋼；定子與交流壓縮機電機相同，采用漆包線整距集中繞制而成。簡單而言，就是把普通直流電動機由永久磁鐵組成的定子變成轉子，把普通直流電動機需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉子變成定子。這樣，就可以省掉普通直流電動機所必須的電刷，而且其調速性能與普通的直流電動機相似，所以把這種電動機稱之為無刷直流電動機。無刷直流電動機既克服了傳統(tǒng)的直流電動機的一些缺陷，如電磁干擾大、噪聲大、火花、可靠性差、壽命短，又具有交流電動機所不具有的一些優(yōu)點，如運行效率高、調速性能好、無渦流損失。所以直流變頻空調相對于交流變頻空調而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。[3]直流變頻壓縮機基本工作原理如下圖所示：圖12直流變頻原理圖 變頻空調的性能特點變頻式空調器與常規(guī)普通空調器相比，具有節(jié)能、高效、舒適的優(yōu)勢，而且控制簡單、能效比高，其優(yōu)勢具體體現(xiàn)見表13。今后變頻式空調器尤其是在現(xiàn)代電力電子技術和微電控制技術結合方面有廣闊地發(fā)展前景[4]。表13 變頻空調與常規(guī)空調的比較序號項目常規(guī)空調變頻空調1適應負荷的能力不能自動適應負荷變化自動適應負荷的變化2溫控精度開/關控制,溫度波動范圍達2℃降頻控制,溫度波動范圍1℃3啟動性能啟動電流大于額定電流軟啟動，啟動電流很小4節(jié)能性開/關控制，不省電自動以低頻維持，省電30%5低電壓運轉性能180V以下很難運轉低至150V也可正常運轉6制冷、制熱速度慢快7熱冷比小于120%大于140%8低溫制熱效果0176。C以下效果差10176。C時效果仍好9化霜性能差準確而快速，只需常規(guī)空調一半的間10除濕性能定時開/關控制，除濕時有冷感低頻運轉，只除濕不降溫，健康除濕11滿負荷運轉無此功能自動以高頻強勁運轉12保護功能簡單全面13自動控制性能簡單真正模糊化、神經網絡化空調制冷技術最開始誕生在西方，但從六十年代開始，無論在家用空調器的生產制造技術還是控制技術方面，日本都一直處于世界最前沿。其在日本的發(fā)展大致可分為搖籃期（40年代中期開始）、品種擴大期（50年代中期－70年代初）、電子進展期（40年代初期－80年代初期）、高度電子成熟期（80年代初期－80年代末）和后發(fā)展期（80年代末以后）這樣五個階段。而在80年代中期前后，日本將已經發(fā)展比較成熟的變頻技術和現(xiàn)代控制理論應用于房間空調器，這種具有劃時代意義的應用一方面促進了房間空調器的技術飛躍，另一方面也為這種高耗能家電產品開辟了高效節(jié)能的新途徑。所以，在能源極度緊缺的日本，自從變頻空調出現(xiàn)以后，便在市場中得到大力推廣并快速普及，而在這一產品市場化的過程中，變頻空調本身也在不斷升級換代。我國變頻空調的發(fā)展概況：第一階段（20世紀90年代前期——2000年以前），技術產品導入期。一些有能力的空調生產企業(yè)，引進變頻技術并推出相關產品，市場也開始認識此類概念以及產品。 1995年，海信開始變頻技術的積累，并于1997年4月推出國內第一臺變頻空調。在相關配件的國產化沒有解決之前，價格上昂貴，所以很少能形成規(guī)?；N售。第二階段（2000年——2006年），市場導入期。以2000年3月1日海信推出“工薪變頻”為標志，變頻空調器開始逐步在國內市場進行推廣，這一方面促使市場機會擴大，另一方面也使不少企業(yè)迅速跟進，變頻產品也成為企業(yè)形象產品。2006年6月1日，國內首部變頻空調能效強制性地方標準——《變頻空調能效上海地方標準》正式實施。第三階段（2007年——現(xiàn)在），蓬勃發(fā)展期。2007年4月16日，國內第一臺變頻空調上市10周年的新聞發(fā)布會在全國50多個城市同步舉行，中國家用電器院的領導參加了會議，號召國內空調企業(yè)為建設節(jié)約型社會共推變頻。2007年4萬19日，海信、日立、三菱電機、東芝、松下五大空調巨頭齊聚上海，宣告成立“變頻空調推廣聯(lián)盟”，發(fā)動定速空調淘汰競賽，加速變頻空調的普及和定速空調的淘汰，推動中國空調產業(yè)升級換代。2008年9月1日起，我國實施第一項變頻空調強制性能效標準，格力、美的等空調企業(yè)均大舉進軍變頻市場，空調市場迎來變頻時代。在中國，變頻空調由于種種原因，還沒有發(fā)展成熟，但據權威數(shù)據調查，目前在日本和歐美等國變頻空調已經成為空調行業(yè)的技術平臺，98%左右的空調均為變頻空調。 以目前的國家宏觀調控以及空調廠商等方面看來，今后中國的變頻空調必然成為一種趨勢[5]。為了推動變頻節(jié)能技術開發(fā)和產業(yè)化推廣，此前國家標準化委員會成立了變頻控制器分委會，制定變頻控制器國家標準。隨著2010年6月定速空調新能效標準的正式實施，具有顯著節(jié)能省電優(yōu)勢的變頻空調成為主流的趨勢更為明顯。據了解，按照6月1日實施的定速空調新國標，定速空調能效等級由之前的五個等級調整為三個級別，原來的一、二級能效標準分別將成為新標準中的二、三級能效產品，能效指標提高了20％以上。而對應新國標的出臺，國家財政部于2010年5月初公布了《關于調整高效節(jié)能空調推廣財政補貼政策的通知》，將高效節(jié)能空調補貼標準從原來的300～850元調整為150～250元，補貼減少的最大幅度超過七成。對于能效標準和補貼政策的調整，專家認為，定速空調能效新國標的執(zhí)行，必然會推動定速空調價格上升，在定速空調價格普遍上漲導致它與變頻空調價格相差不是太大的情況下，必須會給變頻空調、特別是具有顯著節(jié)能省電優(yōu)勢的雙模變頻空調創(chuàng)造市場機會。能效標準升級后高能效空調壓縮機產能不足，以及原材料價格上漲等，也成為推動空調價格上漲不可忽視的因素?！绷硗庵档米⒁獾氖牵斦吭凇锻ㄖ分惺状伪硎尽把芯窟m時推廣變頻空調”，這表明國家認為推廣變頻空調的時機已經成熟，具有顯著節(jié)能省電優(yōu)勢的變頻產品將在國內市場將迎來一輪新的發(fā)展良機。而且，在2010年5月“變頻技術暨空調產業(yè)發(fā)展趨勢研討會”上公布的數(shù)據顯示，目前在重點城市，%的消費者認同變頻空調技術含量高、耗電量低、舒適程度高的優(yōu)點，并表示在購買時會優(yōu)先選擇； %認為“雙模變頻”技術更先進，節(jié)能效果更好，在價格相近時更傾向于購買雙模變頻空調。圖（13） 中國空調零售市場變頻技術滲透率變動綜上所述，變頻空調在我國擁有美好的發(fā)展前途，目前市場占有率還相對較少，相信在未來的幾年內，變頻空調是空調行業(yè)的主流，市場占有率將達到甚至超過歐美和日本等發(fā)達國家的90%以上，真正達到節(jié)能減排的美好愿景。第二章 2HP變頻空調的結構方案說明 空調形式的方案說明根據空調類型，我們將空調分為窗式空調、分體式空調、家庭中央空調三大類，分體式空調有分為分體壁掛式和分體立柜式兩種。窗式空調一般安裝于窗口，外形單一，噪音較大，一般不適合家庭使用，現(xiàn)已基本被分體式空調替代。分體式空調就是冷凝器和散熱器分別在室內室外的空氣調節(jié)器，它是一個內機對應一臺外機,有壁掛的也有柜機。分體式空調器就是把空調器分成室內機組和室外機組兩部分，把噪聲比較大的軸流風扇、壓縮機以及冷凝器等安裝在室外機組內。把蒸發(fā)器、毛細管、控制電器和風機等室內不可缺少的部分安裝在室內機組中。我們稱這種由室內機組和室外機組構成的空調器為分體