浅谈变频调速技术在家用电器方面的发展及应用

　　摘 要：文章介绍了变频调速技术在家用电器方面的发展 概况及其作用，展望了变频调速技术的发展前景，同时还介绍了变频调速技术在电视、收 音机中应用的机理。

　　关键词：变频原理;变频调速;家用电器

　　通过改变交流电频 率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞 生的。20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、 BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静 电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极 型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发 展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频调速研究引起了人们的高度重视。近10年来，随 着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革 命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电 机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步 的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节约效果 ，广泛的适用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

　　1 变频调速技术在家用电器方面的发展概况

　　电气传动分为不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电 动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调 速传动以节约电能(节约15%～20%或更多)，改善产品质量，提高产量。在我国60%的发电量 是通过电动机消耗的，因此调速传动是一个重要行业，一直受到国家重视，目前已有一定规 模。近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础 和主干内容。20世纪变压器的出现使电压的改变很容易实现，从而造就了一个庞大的电力 行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利 用的资源。

　　20世纪70年代，家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹饪器、变频照明器具、变频空 调器、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。20世纪90年代后半期 ，家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制性 能好、型小重量轻、大容量、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。首先是电冰箱，由于 它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机 起动引起的噪声，节能效果更加明显。其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围 ，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度 变动而引起的不适感。近年来，新式的空调器已采用无刷直流电动机实现变频调速，其节能 效果较交流异步电动机变频又提高约10%～15%。为了进一步提高装置的效能，近年来，日本 的空调器又逐步从单纯的PWM控制改为PWM十PAM混合控制方式。即较低速时采用PWM控制，保 持U/f为一定;当转速大于一定值时，将调制度固定在最大值附近，通过改变直流斩波器的 导通占空LL，提高逆变器输入直流电压值，从而保持变频器输出电压和转速成比例，这一区 域称为PAM区。采用混合控制方式后，变频器的输入功率因数、电机效率、装置综合效率都 比单独PWM控制时有较大幅度的提高。

　　近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅 度时快速冷冻;在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗 衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹饪器利 用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度 提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声;IH电饭堡得到 的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可 得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次;变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升 压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择 最佳加热方式，缩短时间，降低电耗;照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率， 实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型量轻。

　　2 收音机变频原理

　　所谓“变频”，就是通过一种叫“变频器”的电路，将接收到的电台信号变换成一个频率比 较低但节目内容一样的“中频”，然后对“中频”进行放大和“检波”(取出电台高频信号 中携带的音频信号供收听)， 因为中频比电台信号频率低(现在有些中频比电台信号频率高 的机器另当别论)，放大容易，不容易引起自激，灵敏度高，且可以针对固定的中频做很 多的“调谐回路”，选择性好。带有自动增益(放大倍数)控制电路(即所谓的AGC)，使强、 弱电台的音量差距变小。

　　3 电视机变频原理

　　“变频”顾名思义，就是电视机在工作时频率不断地变化。频率变化究竟有什么好处?。在 电视技术中，要提高清晰度，一要减小像素，二要提高像素的密度。减小像素是由显像管来 决定的，显像管的像素越小，其制造工艺就越复杂，成本也就越高。这也是高清晰度电视价 格高于普通电视的主要原因之一。而第二个问题，提高像素密度是由电路来决定的。电视屏 幕上的图像是由一条一条的扫描线组成的。一幅电视画面，扫描线越多(技术上叫行频)，垂 直方向的像素就越多，垂直清晰度就越高。而整机信道的频率带宽越宽，水平方向的像素就 越多，水平清晰度也就越高。可见要提高电视图像清晰度，就要提高电视信道的频率带宽和 增加扫描行数。我国高清晰度电视的图像格式为1 920×1 080i就是一幅电视画面水平 方向的像素为1 920个,垂直方向的像素为1 080个，整幅图像有207万个像素，其图像像 素密度相当35mm电影胶片的图像质量。 可见提高扫描线数(行频)，是提高清晰度的措施之 一。提高 行频还有一个重要原因，就是消除屏幕闪动。前面提到每帧图像的像素密度为1 920×1 080i，这是静止图像，要使这样的图像活动起来，每秒要连续放映50场这样的电视图像，就可 以看到 活动的画面了。但是每秒50场还有许多人感到电视屏幕有闪烁感，据统计，只有提高到每秒 60场以上时，才不会有闪烁感。由于人们现在看电视的时间越来越长，因此电视屏幕的闪烁 对视力的损害，特别是对青少年的视力损害更为严重。解决这个问题的方法就是提高电视的 场频。厦华变频电视，就是采用变频技术，将数字电视的场频提高到数字电视100场，变频 电视60场以上。 由此可见变频技术不但在提高图像清晰度时要用到，在保护视力、提高场 频时也要用到。另外，在改变不同清晰度等级的图像格式时也要用到变频技术，因为高清晰 度电视不但是能收到各种图像格式的电视节目，如1 920×1 028/50Hz、1 280×720P、720 ×480P等，同时还是一个多媒体的显示终端，可以显示计算机的各种图像格式，例如：1024 ×768P、800×600P、640×480P等等十几种显示格式。这许多种图像格式中，每一种扫描频 率都不相同。在图像格式变化时，要求高清电视同时要改变扫描频率，这就是“变频技术” 的含意。

　　变频技术正在给形形色色的家电带来新的革命，并将给用户带来更大的福音。今后变频 技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展，家用 太阳能发电系统还将给家电增添新的能源。