減少電費，從有效率的A/C設計開(kāi)始

　　炎熱的夏季，人人都愛(ài)空調。不幸的是，我們的物質(zhì)享受卻往往與我們的預算格格不入，空調也不例外?？照{設備是家中最大的電源消耗源，對那些提供更高效系統的HVAC供貨商而言，這是一股沉重的壓力。

　　本文總結了效率的產(chǎn)業(yè)定義，并說(shuō)明了HVAC設計師所使用的技術(shù)，在滿(mǎn)足這些愈來(lái)愈具有挑戰性的標準的同時(shí)，還可降低他們系統實(shí)施的成本。

　　定義效率

　　效率的一個(gè)衡量標準是能效比(Energy Efficiency Ratio，EER)。能效比的計算公式為凈冷卻能力(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(jīng)被標準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，那就是效率的量測是季節的能效比(Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER)，一個(gè)季節能效比的值是對多個(gè)操作模式(像是啟動(dòng)、穩態(tài)運行和休息)下高、低濕度條件加權后之能效比值。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(mǎn)足能效比和SEER要求的最低標準一直在提高，而HVAC業(yè)者就藉由控制算法的改進(jìn)，和提高系統的整合來(lái)保持領(lǐng)先。下一節將說(shuō)明HVAC廠(chǎng)商如何藉由結合高效變速控制算法與主動(dòng)功率因子校正，而達成控制算法的改進(jìn)和提高系統的整合。

　　為什么要整合電動(dòng)機控制和PFC

　　變速電動(dòng)機控制采用數字轉子角度估算和一種稱(chēng)為磁場(chǎng)定向控制(Field Oriented Control，FOC)的技術(shù)，以便在壓縮機轉速曲線(xiàn)的較低端和較高端提供更好的轉矩響應。FOC不僅只是啟動(dòng)和關(guān)閉電動(dòng)機，還提供具有最小轉矩漣波的最佳扭矩和在整個(gè)電動(dòng)機速度范圍內減小的振動(dòng)。除了增加電動(dòng)機的使用壽命和可靠性，當控制輸出沒(méi)有調諧到電動(dòng)機的速度時(shí)，基于FOC的變速控制可減少能源的浪費量。這種技術(shù)目前是高效HVAC設計的黃金標準。

　　功率因子校正可用來(lái)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還具有顯著(zhù)的應用優(yōu)勢。借著(zhù)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用來(lái)使用，也可實(shí)現更高的總線(xiàn)電壓。由于最大總線(xiàn)電壓與冷卻你家房子的電動(dòng)機之最大速度成正比，高效PFC的實(shí)現需要更少的能源來(lái)為A / C提供更高的散熱能力。

　　主動(dòng)式PFC(意味著(zhù)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，而不管負載的變化。負載是速度的一個(gè)函數，而這早已由系統的MCU所管理著(zhù)。因此，一種結合了PFC和基于FOC的變速電動(dòng)機控制之單一MCU實(shí)現方法業(yè)已出現，而成為實(shí)現HVAC設計最高效率的最佳組合。

　　在由Nene Akin合著(zhù)而刊登在家電設計雜志2011年1月版上的這篇名為“Efficient Motor Control for HVAC Appliances”的文章中，詳細地解釋了一種結合變速電動(dòng)機控制和PFC的常見(jiàn)方法。我為有興趣了解實(shí)現細節的讀者而將該文做了個(gè)簡(jiǎn)單的結論。

　　交錯式電動(dòng)機控制和PFC

　　假設電動(dòng)機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)機控制回路則是在10 KHz工作。圖1顯示出了最佳的同步PFC和電動(dòng)機控制回路。

　　圖1：PFC和電動(dòng)機控制同步-一顆具有靈活ADC和PWM模塊的MCU讓電動(dòng)機控制反饋輸入可在PFC PWM的中點(diǎn)被精準地采樣，以便將開(kāi)關(guān)噪聲降到最低。