制冷压缩机 第四章讲解

第四章
2、 直流变频器调速
采用直流变频器将50Hz或60Hz固定频率的交流电转变成直流电，对直流电动机 进行调速，省却了交流变频器又将直流变成交流的麻烦，使电器元件减少； 直流变频呈线性平滑的变化，空调工作时可在功率范围内任意递增或递减，空 调功率可随温度出现精确变化，故更省电； 直流变频压缩机的电动机转子采用稀土永磁材料制成（永磁无刷直流电动机） ，定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现压缩机运转，可通过改变 供给电机的直流电压来改变电机转速（调整电枢电压法），为得到可调整的直 流电源，广泛采用脉宽调制系统（PWM系统）。 直流变频压缩机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频 压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压缩机效率高与噪音低特点， 直流变频压缩机效率比交流变频压缩机高10%-30%，噪音低5～10 dB 。
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一、 变频调节
具有节能、舒适、启动快 速、温控精度高和易于实 现自动化等优点。
启动时压缩机高速运转， 快速接近暖房设定温度， 当室内温度趋向适合温度 时，压缩机低速运转，可 减少开停次数，并使室温 变化很小，达到既节能又 舒适的目的。
包括交流变频器调速和 直流变频器调速。
采用变频调节的热泵空调机运行特性
第四章
特点
优点：
结构简单，零部件几何形状简单，便于加工及流水线 生产； 体积小，质量轻，与同工况往复式比较，体积、重量 可减少40～50％； 易损件少，运转可靠； 效率高， 因为没有吸气阀故流动阻力小，且吸气过 热小，在制冷量为3kW以下场合使用时尤为突出。
缺点：
只利用了气缸的月牙形空间，气缸容积利用率低 ； 滑片作往复运动，依然是易损零件； 存在不平衡的旋转质量，需要平衡质量来平衡。
无刷直流电动机的工作原理
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3、 变频调节给压缩机带来的问题
压缩机高速运转时：
运动部件的磨损增加； 气体流经排气阀的流动损失增加，并导致排气阀片产生延 迟关闭，阀片寿命降低； 润滑油循环率随转速增加而增加；
各种杂质随润滑油进入运动部件间隙中，引起部件损伤；
噪声增加。
压缩机低速运转时：导致泄漏量增加
工作原理
双作用滚动活塞压缩机是在普通滚动活塞 压缩机滑板的对称位置上，再增加一个滑 板（包括滑板弹簧）。每个滑板的两侧都 开有吸、排气孔口。 两个滑板将气缸与滚动活塞间的月牙空间 分为三部分，即有三个工作腔：吸气腔、 压缩腔、中间腔。 针对每个工作腔而言，主轴旋转一圈半才 完成一个完整的工作循环；对整个压缩机 来说，三个工作腔同时工作，主轴每转一 转排气两次。
vd ,4p - g
气体压力-转角曲线 基元容积-转角曲线
图4-3
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工作过程总结
气体的吸气、压缩、排气过程是在转子的两转中完成，但 因转子切点与滑片两侧的两个腔同时进行吸气、压缩、排 气的过程，故可以认为压缩机一个工作循环仍是在一转中 完成的。 特征角α、β、γ、φ对压缩机的性能有影响。α和φ角分别决 定吸、排气封闭容积的大小；β角直接影响排气量，它的 存在使达最大基元面积(θ =2π)后，基元面积在与吸气孔口 相连通的情况下再次缩小(θ=2π~2π+β)，产生吸气倒流；γ 角表示余隙容积的大小。在结构设计可能的前提下，α、β 、γ、 φ应尽可能小。
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摆动转子压缩机的工作原理
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滚动活塞与滑板做成一整 体零件，称为摆动转子，安 装在气缸内。
摆动转子由滚环和摆杆两 部分组成，滚环套在主轴的 偏心轮上，主轴的旋转中心 与气缸的几何中心重合；
摆杆在圆柱形导轨中能自 由地上下滑动，并随导轨左 右摆动。当滚动活塞在汽缸 内作回转运动时，摆杆作左 右摇摆运动。
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第四章 滚动转子式制冷压缩机
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第一节 工作过程和结构特点
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一、概述
结 构 组 成

汽缸 偏心轴 滚动转子 滑片 排气阀 弹簧 外壳等
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转子沿气缸内壁滚动，与气缸间 形成一个月牙形的工作腔，滑片 靠弹簧的作用力使其端部与转子 紧密接触，将月牙形工作腔分隔 为两部分，滑片随转子的滚动沿 滑片槽道作往复运动。 端盖与气缸内壁、转子外壁、滑 片及转子与气缸切线(点)构成封 闭的气缸容积，即基元容积。 基元容积大小随转子转角变化， 是转子转角θ 的函数。容积内气 体压力随基元容积大小而改变， 从而完成压缩机的工作过程。
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三、主要结构形式及特点
主要结构形式: 小型全封闭式
卧式：主要用于冰箱、冷柜 立式：主要用于空调器
立式全封闭滚动转子式压缩机结构
吸气由机壳下部接管直接进入气缸，吸气管上装有气液 分离器，润滑油经下部弯管小孔被吸入气缸。高压气体直 接排入机壳中。外壳还装有过载保护器，内部无减振机构 ，润滑系统靠离心和压差供油。
θ=2π+ψ
排气开始角Ψ
开始排气时基元容积内气体压力略高于排气 管中压力，以克服排气阀阻力顶开排气阀。
θ ：转子转角
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过程 准备过程
工作过程
转角 0~α 压力变化
1-2,从最大降至0
基元容积
0
吸气过程
气体倒流 压缩过程 排气过程 余隙容积气 体膨胀过程
α~ 2p
3-4, Ps0
4-5,Ps0 5-6,从Ps0升至
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三、多机并联调节
当需要的制冷量（或制热量）变化范围较大时， 采用多台压缩机并联进行制冷量调节是比较高效、 经济的调节方式，并且可以减少单台压缩机的停机 次数，延长压缩机的寿命；
多机并联运行按制冷量大小的需要，可以只运行 一台，也可以多台全部同时运行。
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双作用滚动活塞压缩机
传统的滚动活塞压缩机压缩转矩波动大，导致 机器振动大、压缩机配管容易损坏。为解决这 一问题，提出了气缸内具有两个工作室的双作 用滚动活塞压缩机。
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无刷直流电动机
无刷直流电动机由直流电源供电，在结构上没有电刷和 换向器，其绕组里的电流变化（通、断和方向）是通过电 子换向器（控制器）实现的，电流以方波形式变化。 永磁无刷直流电动机的电动机转子采用稀土永磁材料制 成，其结构形式与无刷直流电动机一样，但其绕组电流按 正弦规律变化。
第四章
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摆动转子压缩机的特点
摆动转子压缩机将滚环和摆杆做成一体后，使 二者之间不存在密封和润滑问题，也不需设滑板 弹簧。适合用于使用替代工质的制冷系统，因为 与HFC配用的酯类油的润滑性能低于矿物油； 滚环和摆杆做成一体后，摆杆变成两侧支撑， 可以承受较大的压力差；同时导轨又能转动，减 小了摆杆的侧向力，并消除了滚环和摆杆间的摩 擦磨损，使压缩机的机械效率有所提高； 摆动转子的受力不会因气缸直径或主轴偏心距 的增大而增加，故可采用较小的气缸高度，使其 内部最严重的泄漏部位 -- 滚环与气缸切点处径向 间隙的面积减小，即摆动转子压缩机结构本身有 利于减少内部泄漏，提高了容积效率； 摆动转子加工很困难，导向部分的加工要求很 精密，滚环与偏心轮间难以实现油膜动压润滑。
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1、 交流变频器调速
变频器是使交流电频率发生连续变化的装置。它首先 通过整流器将交流电转换为直流电，然后再通过逆变器 将直流电经控制电路转换成频率可变的交流电；
交 流 变 频 器
变频器有电流源型和电压源型，又根据控制电路调制 方式分为脉宽调制方式（PWM 方式）和脉幅调制方式 (PAM方式），当前空调器用制冷压缩机的电动机变频 器多采用电压源型PWM方式。
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交流变频器的工作过程
温度传感器测出房间温度 及换热器温度送入微机，经 运算后将信息送入数字信号 控制电路进行波形成型处理 ，然后送入逆变器，将由整 流器送来的直流电转换为频 率可变的交流电，去驱动感 应电动机。 当传感器测出的冷房温度 大于设定温度，则经微机运 算再通过数控电路，使逆变 器输出的交流电频率升高， 电动机转速增加，制冷量增 大，冷房温度降低至设定值 ，完成能量调节。
压缩机振动随转速变化加剧
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二、 旁通调节
1、单缸机旁通调节
在压缩腔设置旁通孔 D，使一部分被压缩气体返回吸气腔，其输气量 调节范围一般在100%～70%，由旁通孔位置决定。
2、双缸机旁通调节
电磁控制阀10控制左缸中被压缩的气体引入右缸，使卸载阀13动作， 关闭右缸吸气孔口8，右缸进入空运转，压缩机输气量减少一半，达到调 节负荷的目的。
a~b, 从0升至 Vmax
b~b’,减少Δ V b’ ~c
2p ~ 2p + β 2p + ~ 2p +

Pdk
2p + ~ 4pg 4p-g ~ 4p–
6-7 Pdk 7-8,Pdk降至Ps0 8-1, 压力急剧
c~d
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工作容积与气体压力随转角θ的变化
Vmax
Pdk
Ps0
2p +
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交流变频器调速
感应电动机的转速n与交流电输入频率的关系为:
假定 s 为常量，改变交流电的频率就可以改变电动机转速，压缩机的输 气量与电动机的转速成正比，若交流电频率连续变化，则转速连续变化，从 而实现了输气量的连续调节、达到了制冷量连续调节的目的。该方法空调工 作功率的变化呈阶梯性变化，一般只分为几档。
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四、目前发展趋势
变频压缩机的发展
采用变频调速技术进行能量调节，使制冷量与系统负荷协调变化，使机组 在各种负荷条件下都具有较高能效比。具有节能、舒适、启动快速、温控精度 高、易于实现自动控制等优点。（图4-6由交流变频式电动机驱动曲轴旋转， 依靠电源频率变化使电动机转速变化，达到连续调节制冷能力的目的。）
容积效率表征汽缸工作容积的利用程度，反映由于余隙容积、 吸气阻力、吸气加热、气体泄漏和吸气回流造成的容积损失，其 值大于往复式压缩机。
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影响输气量的因素
容积系数v
余隙容积的组成： 转子与气缸的切点T 达到4p-g位置时,存有高压气体的气缸容积Vc； 排气阀下方排气孔的容积； 排气孔入口处气缸被削去部分的容积。
θ=4π-φ
θ= 2π θ=α θ=2π+β
θ=4π-γ
吸气孔口前边缘角β
造成在压缩过程开始前吸入的气体向吸气 口回流，导致输气量下降。为减少β 的不利 影响，通常β ＝30˚～35˚。
排气孔口后边缘角γ
影响余隙容积的大小，通常γ ＝30˚～35˚。
排气孔口前边缘角ф
构成排气封闭容积，造成气体再度压缩。
基 元 容 积
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工作原理
利用一个偏心圆筒形转 子在气缸内转动改变工作 容积，实现气体的吸入、 压缩和排出。
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二、压缩机工作过程
再度压缩
几个特征角
吸气孔口后边缘角α
（顺旋转方向）可构成吸气封闭容积θ =α 时吸气开始 ，α 大小影响吸气开始前吸气腔 中的气体膨胀，造成过度低压或真空。
双缸滚动转子式压缩机的发展
双缸滚动转子式压缩机的两个气缸相差180°对称布置，可使负荷扭矩变化 趋于平缓，广泛用于较大功率场合。（图4-8）
提高压缩机的经济性及可靠性
借助计算机对压缩机工作过程进行性能仿真，对主要部件如轴承、滑片、 滚动转子、排气阀等结构进行特性分析及噪声、振动的仿真，可对压缩机的经 济性和可靠性、噪声和振动进行预测，对满足各种要求的滚动转子式压缩机进 行优化设计。
压力系数p ：表征吸气压力损失对输气量造成的影响；
温度系数T ：反映由于吸入气体被加热造成输气量的减少；
泄漏系数f ：表征气缸中气体泄漏对输气量造成的影响；
回流系数 h ：回流使输气量减少。
第四章
第四节 输气量调节
第四章
输气量调节方法
一、变频调节 二、旁通调节 三、多机并联调节
对降低噪声提出更高要求
减少曲轴及轴承的振动，改进压缩机与机壳的连接系统，开发各种新型消 声结构和排气阀等。
第四章
第二节 主要热力性能参数
第四章
输气量及其影响因素
理论输气量（汽缸工作容积与转速的乘积）
qvt 60nVp
实际输气量
(m3/h)
qva v qvt
(m3/h)
v v p t l h （回流系数） v 0.7 ~ 0.9