绿岛风--变频电机技术创新

•                    变频技术与变频产品介绍

一、什么是变频技术与变频器？

1、变频技术定义：

就是通过技术手段来改变用电设备的供电频率，进而达到控制设备输出功率的目的。

变频技术是控制电机的一项技术，通过改变交流电频率或电压或频宽的方式实现变频节能。

各国使用的交流供电电源，除动力电380V/50-60Hz外，其电压和频率均220V/50-60Hz或110V/50-60Hz。

2、变频器定义：

通常，把电压和频率固定不变的交流电，变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。电子技术中将交流变成直流称顺变，也称整流。交流变直流的变频器通常称整流器。将直流变为任意频率任意电压可调的交流电流就称逆变。这种逆便装置，科学术语为“inverter”(逆变器)即变频器。

变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。

二、变频调速分类与变频器工作原理

1、变频调速分类：

交-直-交变频与交-交变频两种方式。前者适用于高速小容量电机，后者适用于低速大容量拖动系统。

2、变频器基本原理：

输入交流电--整流成直流---通过逆变器--变成电压与频率都改变的交流电。在过程中，有两种方式的逆变器，即PAM脉冲幅值调制，以及PWM脉冲宽度调制。现在大多数的通用变频器都是采用PWM脉冲宽度调制的逆变器方式。

首先是将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f的协调控制的要求。

3、常见的脉冲信号波形:  有正弦波、方波、,三角形波等。

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• PAM  PWM  PFM定义

PAM是脉冲幅度调制，是英文Pulse Amplitude Modulation ***个字母的缩写，PAM调制是指：按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量和波形的一种调制方式

PWM是脉冲宽度调制，是英文Pulse Width Modulation ***个字母的缩写，PWM调制是指：按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。所谓脉冲宽度调制的方法是一种在整个工作过程中，开关频率不变，而开关接通的时间按照要求变化的方法。

脉冲频率调制（PFM），所谓脉冲频率调制的方法是一种在整个工作过程中，开关接通的时间不变，而开关频率按照要求变化的方法。

脉冲：是指短时间内出现的电压或电流的突然变化。常把不按规律变化、带有突变特点的电压、电流都泛称为脉冲电信号。

脉冲具有3个***的参数：即脉冲电压（或电流）幅值、脉冲宽度Ton和脉冲间歇Toff。

脉冲幅值Um: 波峰到波谷的距离叫幅值。脉冲的宽度tu指脉冲上升时间tr与脉冲   下降时间tf.持续时间之和。脉冲间隔: 就是两个脉冲之间的间隔。  脉冲周期：为脉冲宽度和脉冲间歇之和。

脉冲占空比: 脉冲信号是电信号通过方波传播的一种形式，通过高低电平传播，编码为00或者是01，01是高电平，00是低电平。占空比是指高电平所占的比例。比如说汽车上用的霍尔传感器，就是占空比信号的，高电平输出是5V电压，低电平基本没有电压输出。通过这种形式实现信号的传输与停止。

为了达到较好的节能效果，可对这3个参数进行调整。脉冲周期为脉冲宽度和脉冲间歇之和，脉冲频率则是脉冲周期的倒数。设占空比为r。则r为导通时间（脉冲宽度）与脉冲周期之比：r=Ton /（Ton +Toff），通过改变占空比r的值，就可得到不同的节能效果。

高频脉冲即不断地重复进行“供电—断电—供电”的高频率脉冲工作过程。

三、变频技术功能与应用：

1、变频技术功能

a  提***率，有效节能；b  提高控制性能；c、缩小产品体积；d、降低设备运作噪声；

2、变频技术在日本家用电器应用：

70年日本变频电磁炉、80年日光灯上电子镇流器与变频空调，80年代相继推出高频微波炉、变频冰箱、高频电饭煲、变频洗衣机；90年变频技术应用已涵盖主要家用电器，90年代又出现新一代变频空调、高频电子镇流器等更为节能的家用电器；新世纪变频技术在家用电器更新换代会更加广泛应用。

3、暖通行业变频技术应用自空调器开始

在发达***空调变频技术已相当成熟，在日本，变频空调通过了二十年的发展，家用市场的占有率已经达到90%以上。在欧洲，其市场占有率已经达到50%。中国空调市场2000年后才开始提到变频概念，其应用于空调成为空调产业发展中的一个技术突破点。自大金、松下、三菱、新科、海信、格力、美的等***空调器制造商开始，仅仅5、6年历史，变频空调目前市场10%左右。业界人士认为，在空调行业技术没有实质性的突破，数码涡旋压缩机不能够大面积普及到3P以下家用空调之前，变频具有相当的技术优势，发展变频空调十分切合当前建设节能环保型社会的主题。随着中国各项环保节能政策出台，在全民节能意识大大提升后，进一步得到了行业的认可，空调器变频化是一种趋势，坚信变频空调必将取代定频空调，成为市场的主导者。拥有***、节能、舒适等优势的变频空调必然会成为消费者的***。空调器变频节能技术，根据用户负载调节（不同温度值设定）而调节能量供给。已由***早******展到目前******第四代。分别是：

***代：运行频率50----100赫兹（业界称为假变频，无实质差别）

第二代：运行频率30----100赫兹（国外企业卖给中国的过时变频技术，低速性能差，低于30赫兹会停机）

第三代：运行频率15---120赫兹（目前行业***技术，运行平稳，控温精准，舒适性高，节能效果明显，少数日系企业掌握）

第四代：运行频率10---130赫兹（大金掌握）

四、变频技术的发展方向　

1  交流变频向直流变频方向转化

直流变频是以数字转换电路代替交流变频中的交流转换电路，使负载电机始终处于***佳运行状态。它摒弃了交流变频技术的交流-直流-变转速方式交流电机的循环工作方式，采用***的交流-直流-变转速方式数字电机的控制技术，无逆变环节，因而减少电流在工作中转变次数，使电能转化效率大大提高，能够实现***控制，平衡、安静、***地运转。同时，避免了交流变频电机磁噪声较大的缺点，噪声更加减小。

2  控制技术由PWM(脉宽调制)向PAM(脉幅调制)方向发展

采用PWM控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如压缩机电机，一般不超过7 000r/min ，而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高1.5倍左右，这样大大提高了快速制冷和制热能力。同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比PWM更高的效率。此外，在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性，可***高次谐波的生成，减小对电网的污染。

3  功率器件向高集成智能功率模块发展

虽然单个功率器件的效率越来越高，控制简化，但电路的复杂性给生产和测试带来不便。智能功率模块(IPM)是将功率器件的配置、散热乃至驱动问题在模块中解决，因而易于使用，可靠性高。以变频空调为例，我国的变频空调几乎100%采用IPM方式。

五、绿岛风含油轴承内转子电机、滚珠轴承外转子电机、直流变频电机三种电机比较

配置同规格叶轮与同规格风管  输送同样风量比较三电机所用功率

（公式：Q=kn,F=kn2，P=kn3,Q代表流量，k是常数，n代表转速，F代表压力，P代表功率）

1. 内转子结构含油轴承传统电容式异步交流电机特点

叶轮装在转子轴上转子有电流经过；含油轴承轴向承受能力差摩擦大  发热电耗多；转子惯性质量小运转阻力大,所需能量大；电机加工精度要求低自身发热耗电量大。

600W以下电机有效输出功率一般为25-30%，其余70多功率耗在电机自身发热。需要100瓦

1. 滚珠轴承外转子电容式交流异步电机特点

叶轮装在转子上转子有电流经过。滚珠轴承径向轴向承受能力强摩擦小发热电耗少；转子惯性质量大运转阻力小所需能量小；机加精度高动平衡好电机自身发热耗电量小。

比含油轴承内转子电机节能24% 只需要76w。

1. 变频电机特点

电机材料改进，传统电机转子不带磁性，变频电机转子已经冲过磁性（稀土永磁体转子不过电且预置了能量。）；加工精度高，电机自身发热耗电少；与传统电机比较，工作原理不同。变频电机通过复杂集成化电脑板控制50赫兹交流电变为设定的高频率的直流电，间断提供高频工作电流满足产品技术参数设定的高工作效率。小功率传统电机有效输出功率只有25—30%，变频电机有效输出功率75%以上。比传统交流电机节能40-70%。只需要50w左右；关键可以通过功率仪器测试对比前后功率值；变频电机从材料、结构、工作原理是一种全新产品，与传统电机完全不同。

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• 变频模式：

交流—直流—交流（输给电机的还是交流电，只不过是高频交流电。因此我们称之为直流无刷电机或变频电机均可。

1. 变频原理：

360度的波长为频宽，通过频宽变化控制转速变化的。波形图由正弦波（固定值频宽）—方形波（开关频率不变，开关接通时间即频宽或脉冲宽度是可以根据负载变化调整其转速变化的）。

一般而言，风幕机转速越高风速越大隔离效果越好，电机寿命不长。传统电机在电压高低变化时，转速就会跟着高低变化，电机设定为220V工作电压，如果长期处于高于220V电压环境工作此时电机就容易烧坏。但变频风幕机电压在180—240之间变化其转速与风速不会改变。即使有低速与高速转换，但该电机频率值还是不变，通过脉冲宽度改变而改变速度。

换气扇性能参数国标测试在规定的材料的风管且大小长短严格要求下，出风口测试的风量风压噪音等参数值。由于接管就有管道阻力，如果风管材料长度大小不变只是外界供电电压在180—240之间波动时，其风量风压会有轻微变化。如果管道加长或缩短或弯头增多或减少，其风速变化，进而使得风量风压肯定发生变化，但该换气扇频率还是不变的，只是脉冲宽度发生变化。

变频换气扇与变频风幕机的电脑板结构一样的，只是软件不同而已。

六、无刷直流电动机：

是一种典型的机电一体化产品。由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器 驱动器等组成。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体（提供能量）间断送电节能，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器（位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型），检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件(例如霍尔元件或专用集成电路等)装在定子组件上。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。其宽调速、小体积、***率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。 

六、交流变频电机与直流变频电机区别：

交流变频电机转子采用了交***应电机转子结构，其工作原理为：定子产生旋转磁场，转子在定子旋转磁场作用下感应电***生感应磁场，经定子磁场与转子磁场相互作用使转子旋转。交流变频电机旋转的基础是定子与转子的电磁感应，使电机旋转的同时也带来了电磁感应噪音与转子损耗等***作用。

直流变频电机转子采用稀土永磁材料制作而成，其工作原理为：定子产生旋转磁场与转子永磁磁场直接作用，实现电机运转。可以通过改变送给电机的直流电压来改变电机的转速，直流变频电机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交流变频电机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频电机效率高与噪音低特点，直流变频电机效率比交流变频电机高10%-30%，噪音低5分贝-10分贝。但是，直流变频电机的成本要高于交流变频电机。

七、绿岛风直流变频风幕机和换气扇特点：

绿岛风直流变频风幕机和换气扇开创国内同类产品的先河，在技术上明显***于同行，产品使用效益将是非常明显的，也是未来的发展趋势。这一产品的问世，不仅丰富了产品线，也使客户也有了更多的选择。（松下变频换气扇日本应用时间早，但中国市场还没用投放）

同种参数直流变频系列产品相对于本公司传统电机产品有如下三个优势：

省电     前后功率已提供数据，据测试，换气扇***高省电65%，风幕机节电***高48%，500风量分体管道能实现一年省电218度，（基于本公司同类产品每天12小时，年运行350天计算结果）。

DPT20-44（传统电机功率为80瓦，风量500，噪音47，风压180）前者耗电量：80*12*350=336度；

DPT20-43(变频电机功率28瓦，风量500，噪音值47风压160）后者耗电量：28*12*350=118度。前者年耗电量—后者年耗电量=336-118=218度。

1.2M贯***品一年能省电466度。（基于本公司同类产品，每天12小时，年运行350天计算结果）。

FM3012-2-S(传统电机，功率230瓦，风速9-11米秒，风量1710噪音61）前者年耗电量：230*12*350=966度；FM3012-2-s(变频电机功率119瓦，其他相同）。后者年耗电量119*12*350=500度。前者年耗电量—后者年耗电量=966-500=466度

如果针对不同品牌产品比较：由于各品牌产品结构设计有差别（风轮与蜗壳等差别）因此对比要考虑我司变频产品与其他品牌传统电机产品才能对比。必须是同样技术参数与产品结构才可以对比。

可以把我司变频电机直接安装在其他品牌同型号同样条件下（松下西门子）测试耗电量大小。

电机用材与加工精度高同心度高，电机传动噪音相对低一点、振动相对小一点、产品使用寿命长特点。

由于产品采用变频技术可以使电机温升小于45K（普通产品温升为70K），所以变频系列产品的使用寿命要更长，可以实现连续30000小时的运行，公司承诺电机保修5年。

电压波动(180—240V)时，风幕机转速风速不变,换气扇有微量波动，能保障设备稳定的工作需求