加量不加價!高效A/C設計完美打造HVAC係統
發布時間:2015-04-21 責任編輯:echolady
【導讀】空調設備是夏天必備的電源消耗源,對於高效係統的HVAC供應商來說同樣是重大的挑戰,本文在降低使用成本的同時,利用A/V設計打造出HVAC係統,滿足了效率標準。
定義效率
效率的一個衡量標準是能效比(Energy Efficiency Ratio,EER)。能效比的計算公式為淨冷卻能力(net cooling capacity)(計量單位為Btuh)除以總輸入功率(以kW為計量單位)。該量測可以在任何操作條件下使用,但為了公平比較,能效比已經被標準化成一單一的操作條件。
第二,這可以說是一種比較有用的說法,那就是效率的量測是季節的能效比(Seasonal Energy Efficiency Ratio,SEER),一個季節能效比的值是對多個操作模式(像是啟動、穩態運行和休息)下高、低濕度條件加權後之能效比值。 SEER具有與能效比相同的單位;因此,值愈高表示效率愈高。
由於為滿足能效比和SEER要求的最低標準一直在提高,而HVAC業者就藉由控製算法的改進,和提高係統的整合來保持領先。下一節將說明HVAC廠商如何藉由結合高效變速控製算法與主動功率因子校正,而達成控製算法的改進和提高係統的整合。
為什麼要整合電動機控製和PFC
變速電動機控製采用數字轉子角度估算和一種稱為磁場定向控製(Field Oriented Control ,FOC)的技術,以便在壓縮機轉速曲線的較低端和較高端提供更好的轉矩響應。FOC不(bu)僅(jin)隻(zhi)是(shi)啟(qi)動(dong)和(he)關(guan)閉(bi)電(dian)動(dong)機(ji),還(hai)提(ti)供(gong)具(ju)有(you)最(zui)小(xiao)轉(zhuan)矩(ju)漣(lian)波(bo)的(de)最(zui)佳(jia)扭(niu)矩(ju)和(he)在(zai)整(zheng)個(ge)電(dian)動(dong)機(ji)速(su)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)減(jian)小(xiao)的(de)振(zhen)動(dong)。除(chu)了(le)增(zeng)加(jia)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing),當(dang)控(kong)製(zhi)輸(shu)出(chu)沒(mei)有(you)調(tiao)諧(xie)到(dao)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)速(su)度(du)時(shi),基(ji)於(yu)FOC的變速控製可減少能源的浪費量。這種技術目前是高效HVAC設計的黃金標準。
功率因子校正可用來將HVAC設計的可用有效功率最大化。除了是IEC61000 EMC標準之下的一項要求,PFC還hai具ju有you顯xian著zhu的de應ying用yong優you勢shi。借jie著zhe將jiang有you效xiao功gong率lv最zui大da化hua,就jiu會hui有you更geng多duo由you電dian力li公gong司si所suo提ti供gong的de能neng量liang可ke以yi給gei應ying用yong來lai使shi用yong,也ye可ke實shi現xian更geng高gao的de總zong線xian電dian壓ya。由you於yu最zui大da總zong線xian電dian壓ya與yu冷leng卻que你ni家jia房fang子zi的de電dian動dong機ji之zhi最zui大da速su度du成cheng正zheng比bi,高gao效xiaoPFC的實現需要更少的能源來為A / C提供更高的散熱能力。
主動式PFC(意味著用到一顆微控製器(MCU)的死循環PFC控製器)可增加保持恒定輸出電壓的好處,而不管負載的變化。負載是速度的一個函數,而這早已由係統的MCU所管理著。因此,一種結合了PFC和基於FOC的變速電動機控製之單一MCU實現方法業已出現,而成為實現HVAC設計最高效率的最佳組合。
交錯式電動機控製和PFC
假設電動機控製回路的操作頻率為20 KHz,PFC回路的為100 KHz。PFC電流控製器在50 kHz切換頻率的一半工作,而電動機控製回路則是在10 KHz工作。該MCU必須具有夠好的性能,以保持這兩個控製回路。更關鍵的是,為了防止下變頻電動機控製回路破壞更高頻率的PFC回路,MCU必須將延遲最大限度地減少。
這可以通過使用兩個專用的中斷來實現,但這將導致極端情況,這種情況下,在較慢電動機控製回路的計算會延遲更快PFC控製回路的執行。其結果將隨應用而變。一種經過改進的實施將可通過相同的中斷來管理這兩種控製回路。這種單一的中斷是由更快的PFC控製回路所觸發 ,而較慢的運動控製回路則會分成時間片,它們可在PFC ISR最大延遲時間要求之內充分地被計算出來。圖下給出了所提出中斷服務常用程序之示意圖。

有鑒於現在先進實時控製解決方案之可用性,這項技術已經推廣到可充分支持處理器上的雙馬達 +PFC 架構,運行速度可低至60 MHz。其他實施方式包括使用加速器或雙核的實現方式,以切分PFC和電動機控製係統的責任。市麵上有許多各式各樣的產品組合可滿足高效HVAC設計中各種複雜的需求。
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