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变频空调器压缩机图形法建模研究

1引言

自从二十世纪八十年代以来，由于在节能性、舒适性等方面具有的优势，变频空调

器在商业上及家庭中的应用日益广泛，定速空调的地位正被变频空调器逐步取代。与此

同时，针对变频空调器开展的仿真研究也越来越受人们的重视[1]。

压缩机是制冷系统中最为复杂的部件，是蒸汽压缩式系统的主要动力来源，运行时

其内部的传热传质过程非常复杂，要想精确地对其建立仿真模型非常困难。对于变频空调

器而言，其压缩机采用变频控制，运行时其频率的变化对整个系统的性能有很大的影响

，正确地建立变频压缩机的数学模型是建立变频空调器仿真模型的基础。

对于定速压缩机的建模方法至今已研究得较为充分，目前普遍采用图形法或效率

法[2]。前者需要得到压缩机制造厂家提供的压缩机性能实验数据，其模型精度较高，但

仅适用于一种类型的压缩机，无法进行推广。而效率法是一种相对简单的建模形式，它将

制冷剂流体流经压缩机时的复杂传热传质过程经纯理论推导近似简化为由一些经验系数

替代的较为简单的函数的计算形式。在一般精度要求不高的情况下，效率法仍得到较为

普遍的重视。

关于变频压缩机的模型研究，至今仍以类似于定速压缩机的效率为主，该方法将输

气系数取为定值，以线性改变理论输气量Vp的方法来模拟压缩机的频率变化[3][4][5]。

其本质是认为变频压缩机的制冷能力和输入功率均与频率（或转速）呈线性变化，然而压

缩机在低频运行时润滑性能较差，磨擦功增大，泄漏系数增大，而高频运行时排气温度和

吸排气压差显著增大，使得温度系数和泄漏系数减小[6]。另外，从压缩机的驱动方面

看，从基频向下调速时为保持磁通近似不变的恒转矩调速，电动机的转差率S与频率f近

似呈现反比便例关系；从基频向上调速时为保持电压不变的恒功率调速方式，其转率s变

化较小[7]。由于这些因素的影响，变频繁压缩机的性能参数与频率（或转速）并非线性

关系，这点可以从变频压缩机的性能曲线得到验证[8][9]。为提高模型精度，文献[1]

根据变频压缩机的上述特点，提出了一种变频压缩机的图形法模型，但其中将输入功率拟

合成频率的幂函数形式，在低频繁区域误差偏大，有待进一步改进。

2变频压缩机建模方法分析

考虑到变频空调器模型中对不同工况下压缩机模型的精度要求较高，因此本文采用

图形法对变频压缩机进行建模。图形法的基础是压缩机制造厂家提供的压缩机性能曲线。

这些性能曲线通常包括在给定的一级冷凝温度tc下，压缩机输入功率W和系统制冷量Q0

随蒸发温度te变化的曲线族。一般地，这此性能曲线还需要给定冷凝器出口处制冷剂过

冷度ΔTsc（通常为8.3℃）和压缩机入口处制冷剂过热度ΔTsh（或压缩机入口温度

Δtcomin,通常为35℃）。对于变频压缩机来说，厂家通常会给出在几个不同频率点的性

能曲线族[8][9]。

当变频压缩机稳态运行时，其性能相当于一个在相同频率下运行的定速压缩机。因

此，变频压缩机在实际运行中可以离散为无穷多个与没频率相对应的定速压缩机，从而只

要研究清楚变频压缩机在不同频率运行时性能参数之间的关系，就可以由定速压缩机的模

型建立频压缩机的模型，而压缩机厂家提供的性能曲线实际上表征的是变频压缩机在不同

频率点下稳态运行时的性能参数，因此基于这一点，变频压缩机的图形法建模就可以建立

在压缩机性能曲线（即压缩机稳态运行工况点所组成的性能曲线）的基础上，通过对所有

工况点下变频压缩机的性能进行分析、综合，就可以得出变频压缩机的图形法模型。

3变频压缩机图形法模型

考虑到变频空调器模拟仿真程度的需要，采用图形法对压缩机生产厂家提供的变频

压缩机性能曲线进行拟合时主要着重于制冷剂质量流量和输入功率的拟合。事实上，只要

知道这两个参数，压缩机的其它性能参数均可由此计算求出。由于二者拟合过程近似相

同，此处着重以制冷剂质量流量的拟合过程近似相同，此处着重以制冷剂质量流量的拟合

为例来介绍变频压缩机图形法模型的建立。为便于描述，下文采用的图形都是三菱

RHV207FEM变频压缩机的性能曲线图形[6]。

3.1制冷剂质量流量与频率的关系

进行变频压缩机图形法建模时，应当注意零频率的现象。所谓零频率，是指这

样一个假想的频率点，在该点处变频压缩机的制冷剂质量流量恰好为零。反映在压缩机性

能曲线上，就是将标准工况下压缩机制冷剂质量流量随频率变化关系曲线延长后与频率坐

标交点处的频率值。作者在对三菱、三洋、日立等多个厂家多种系列的变频压缩机进行分