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加量不加價(jià)!高效A/C設(shè)計(jì)完美打造HVAC系統(tǒng)

發(fā)布時(shí)間:2015-04-21 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】空調(diào)設(shè)備是夏天必備的電源消耗源,對(duì)于高效系統(tǒng)的HVAC供應(yīng)商來(lái)說(shuō)同樣是重大的挑戰(zhàn),本文在降低使用成本的同時(shí),利用A/V設(shè)計(jì)打造出HVAC系統(tǒng),滿足了效率標(biāo)準(zhǔn)。

定義效率

效率的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)是能效比(Energy Efficiency Ratio,EER)。能效比的計(jì)算公式為凈冷卻能力(net cooling capacity)(計(jì)量單位為Btuh)除以總輸入功率(以kW為計(jì)量單位)。該量測(cè)可以在任何操作條件下使用,但為了公平比較,能效比已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化成一單一的操作條件。

第二,這可以說(shuō)是一種比較有用的說(shuō)法,那就是效率的量測(cè)是季節(jié)的能效比(Seasonal Energy Efficiency Ratio,SEER),一個(gè)季節(jié)能效比的值是對(duì)多個(gè)操作模式(像是啟動(dòng)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和休息)下高、低濕度條件加權(quán)后之能效比值。 SEER具有與能效比相同的單位;因此,值愈高表示效率愈高。

由于為滿足能效比和SEER要求的最低標(biāo)準(zhǔn)一直在提高,而HVAC業(yè)者就藉由控制算法的改進(jìn),和提高系統(tǒng)的整合來(lái)保持領(lǐng)先。下一節(jié)將說(shuō)明HVAC廠商如何藉由結(jié)合高效變速控制算法與主動(dòng)功率因子校正,而達(dá)成控制算法的改進(jìn)和提高系統(tǒng)的整合。

為什么要整合電動(dòng)機(jī)控制和PFC


變速電動(dòng)機(jī)控制采用數(shù)字轉(zhuǎn)子角度估算和一種稱為磁場(chǎng)定向控制(Field Oriented Control ,F(xiàn)OC)的技術(shù),以便在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速曲線的較低端和較高端提供更好的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。FOC不僅只是啟動(dòng)和關(guān)閉電動(dòng)機(jī),還提供具有最小轉(zhuǎn)矩漣波的最佳扭矩和在整個(gè)電動(dòng)機(jī)速度范圍內(nèi)減小的振動(dòng)。除了增加電動(dòng)機(jī)的使用壽命和可靠性,當(dāng)控制輸出沒(méi)有調(diào)諧到電動(dòng)機(jī)的速度時(shí),基于FOC的變速控制可減少能源的浪費(fèi)量。這種技術(shù)目前是高效HVAC設(shè)計(jì)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

功率因子校正可用來(lái)將HVAC設(shè)計(jì)的可用有效功率最大化。除了是IEC61000 EMC標(biāo)準(zhǔn)之下的一項(xiàng)要求,PFC還具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。借著將有效功率最大化,就會(huì)有更多由電力公司所提供的能量可以給應(yīng)用來(lái)使用,也可實(shí)現(xiàn)更高的總線電壓。由于最大總線電壓與冷卻你家房子的電動(dòng)機(jī)之最大速度成正比,高效PFC的實(shí)現(xiàn)需要更少的能源來(lái)為A / C提供更高的散熱能力。

主動(dòng)式PFC(意味著用到一顆微控制器(MCU)的死循環(huán)PFC控制器)可增加保持恒定輸出電壓的好處,而不管負(fù)載的變化。負(fù)載是速度的一個(gè)函數(shù),而這早已由系統(tǒng)的MCU所管理著。因此,一種結(jié)合了PFC和基于FOC的變速電動(dòng)機(jī)控制之單一MCU實(shí)現(xiàn)方法業(yè)已出現(xiàn),而成為實(shí)現(xiàn)HVAC設(shè)計(jì)最高效率的最佳組合。

交錯(cuò)式電動(dòng)機(jī)控制和PFC

假設(shè)電動(dòng)機(jī)控制回路的操作頻率為20 KHz,PFC回路的為100 KHz。PFC電流控制器在50 kHz切換頻率的一半工作,而電動(dòng)機(jī)控制回路則是在10 KHz工作。該MCU必須具有夠好的性能,以保持這兩個(gè)控制回路。更關(guān)鍵的是,為了防止下變頻電動(dòng)機(jī)控制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(guò)使用兩個(gè)專用的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn),但這將導(dǎo)致極端情況,這種情況下,在較慢電動(dòng)機(jī)控制回路的計(jì)算會(huì)延遲更快PFC控制回路的執(zhí)行。其結(jié)果將隨應(yīng)用而變。一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的實(shí)施將可通過(guò)相同的中斷來(lái)管理這兩種控制回路。這種單一的中斷是由更快的PFC控制回路所觸發(fā) ,而較慢的運(yùn)動(dòng)控制回路則會(huì)分成時(shí)間片,它們可在PFC ISR最大延遲時(shí)間要求之內(nèi)充分地被計(jì)算出來(lái)。圖下給出了所提出中斷服務(wù)常用程序之示意圖。

高效A/C設(shè)計(jì)完美打造HVAC系統(tǒng)
 
電動(dòng)機(jī)控制與PFC回路可以通過(guò)同一個(gè)中斷常用程序進(jìn)行管理,以確保在獲得實(shí)時(shí)控制性能的同時(shí),還有充分的性能余量來(lái)執(zhí)行一個(gè)不顯眼的應(yīng)用程序級(jí)之背景循環(huán)。

有鑒于現(xiàn)在先進(jìn)實(shí)時(shí)控制解決方案之可用性,這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)推廣到可充分支持處理器上的雙馬達(dá) +PFC 架構(gòu),運(yùn)行速度可低至60 MHz。其他實(shí)施方式包括使用加速器或雙核的實(shí)現(xiàn)方式,以切分PFC和電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的責(zé)任。市面上有許多各式各樣的產(chǎn)品組合可滿足高效HVAC設(shè)計(jì)中各種復(fù)雜的需求。

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