家庭冷氣機：傳統、變頻、直流變頻

傳統冷氣機 
     傳統冷氣機就是定頻式冷氣機大多使用單相感應馬達作為動力源，
只要一開機由送風功能進 入到冷氣功能時，壓縮機即以100%的功率運作，
壓縮機只有『ON』時送出冷氣、『OFF』 時由風扇送風兩個動作，
室內溫度達到設定值就『OFF』，室內溫度超過設定 值就『ON』，
溫差大約是3℃以內，而風量大小可隨使用者的設定而改變。

  對溫度敏 感的消費者而言傳統式冷氣機的運轉模式因溫差會比較大，
常讓使用者感覺時冷時熱而有點 不舒適。

變頻冷氣機 
    所謂的變頻式冷氣，變的是什麼頻?簡單地說，變頻式冷氣變的「頻」，
是「供電頻率」。 以壓縮機常見的四極式馬達定子構造來說，
依台灣的 60(Hz)赫頻率計算，
則馬達理論轉速約 為 r.p.m. (每分鐘轉數)= P 120 f (f：頻率，P：極數)，
也就是每分鐘 120*60/4=1800 轉。 而實務上機械轉速以大約 95%計算，
則約為 1710 轉。






〝變頻控制〞：
主要為將供應交流感應馬達的交流(簡寫為 AC)電源之
電壓(Voltage-簡寫為 V) 與頻率(Frequency-簡寫為 f )予以變化，
而提供不同轉速(簡寫為 N)下之定扭力(Torque-簡寫為 T) 控制，
故而，不同之馬達設計，
將會有不同的 V/f 曲線而搭配不同的馬達性能曲線(俗稱 T/N 曲線)，
所以在變頻控制時，只要改變電壓與頻率，便可使壓縮機有不同的轉速呈現，
但 是要匹配壓縮機負載所需扭力而提供適合的電源功率。
所以如果供電的頻率改變，馬達的轉 速當然也就改變，
而壓縮機馬達的轉速一旦改變，功率、耗電量當然也就跟著變，
壓縮機是 一部冷氣的心臟，也是一部冷氣最耗電的部份，
當壓縮機的功率可以藉由頻率來調節的時候，
 當然也就同時調節了壓縮機的耗電量。

冷媒壓力變化最主要因壓縮機的頻率不同，使得他本身的能力也會不同，
當負載較大時會昇 頻至較高，以較大的能力控制住低壓壓力(壓力和室內溫度有一定關係)
不使其偏高而使得室 溫提高，當負載較小時則降低本身頻率，
以較小能力輸出，以維持良好的低壓值。
因系統本 身皆會有一最佳之高低壓力值，
所以只要是在系統本身能調變的範圍內此高低壓值是會固定 不動的，
以得到最佳的效率。 變頻式冷氣一開機，
室內溫度高於設定溫度(28℃)相差很大時會全速運轉，
等室溫開 始下降達到 29℃時變頻器降頻讓壓縮機以較慢轉速運轉，
等室溫快要達到 27℃時， 變頻器可能只以 10Hz 的 300 轉/分來維持壓縮機轉速，
但室內溫度可能慢慢又上升， 壓縮機也開始以較高頻率運轉，
在臨界的溫度上，變頻器始終以低頻多一些或少一些 運轉，
所以變頻式冷氣可以使得室內溫度維持在±1℃以內的恆溫狀態[1]。

而變頻式冷氣有所謂「速冷」的設定，所謂速冷的意思，
就是因為它一開機就先以 130%供電 的頻率(60Hz×1.3＝78Hz)供給壓縮機拉高壓縮機轉速，
而消耗功率也提升到 130%，也就是說 剛開機時的耗電功率，反而大於一般定頻冷氣。

直流變頻與交流變頻的比較 
交流變頻空調與直流變頻空調的區別在於使用何種壓縮機(交流變頻壓縮機還是直流變頻壓 縮機)以及因壓縮機的不同而帶來控制器的變化。

交流變頻壓縮機本質上仍是三相交流異步電 動機，通過定、轉子之間磁場的相互作用使轉子旋轉。
但其特別的設計使得可以在較大範圍 內通過改變電源的頻率和電壓來改變電機的轉速，因此稱之為交流變頻。

交流變頻壓縮機轉子採用了交流感應電機轉子結構，其工作原理為：定子產生旋轉磁場，轉子在定子旋轉磁場作用下感應電流產生感應磁場，經定子磁場與轉子磁場相互作用使轉子旋轉。
交流變頻壓縮機旋轉的基礎是定子與轉子的電磁感應，使壓縮機旋轉的同時也帶來了電磁感應噪音與轉子 損耗等負面作用[2]。

而直流變頻(DC inverter)，意指壓縮機原使用之交流感應馬達，改為使用直流無刷馬達(DC Brushless Motor)，
在這裏所謂的直流無刷馬達，其實為永磁式的感應同步馬達，
其馬達定子 仍為矽鋼片體而進行繞線，與原先的交流感應馬達之定子結構相似，
但其馬達轉子採用稀土 永磁材料製作而成，
但是又不像一般傳統直流馬達，須具有碳刷方能控制驅動運轉，
因此稱 為「直流無刷馬達」。
然而，由於直流馬達之轉子已具有磁極，所以馬達的驅動方式與交流感 應的驅動方式有所不同，
其控制需先解讀轉子磁極的位置，方能施予供應電流的方向而驅動，
因此，整體壓縮機的驅動控制架構便有所不同了。
其工作原理為：定子產生旋轉磁場與轉子 永磁磁場直接作用，
實現壓縮機運轉。可以通過改變送給電機的直流電壓來改變電機的轉速，
 直流變頻壓縮機不存在定子旋轉磁場對轉子的電磁感應作用，
克服了交流變頻壓縮機的電磁 噪音與轉子損耗，
具有比交流變頻壓縮機效率高與噪音低特點，
但是，直流變頻空調的成本 要高於交流變頻空調[2]。

近幾年來，高效率直流無刷馬達已被進一步的改良，在日本，
結合磁阻馬達(reluctance motor) 原理，發揮磁阻扭力(reluctance torque)之效能的直流無刷馬達，
已被大量使用在新型式的小型 空調機上。
交流感應馬達只要加上電壓，即可開始旋轉運動，
但是，直流馬達必須持續同步 旋轉才能保持旋轉運動。

因此，獲知馬達轉子磁石位置的資訊，是維持同步旋轉所必需的，
近年來，由於微處理機運算速度的改善與持續研發中，使得轉子磁石位置的控制，
可以順利 地達成。交流變頻中變頻器(inverter)的輸出電壓方式一般採用是不等寬度 PWM ( Pulse Width Modulation 脈寬調製方式)，而直流變頻中變流器的輸出電壓方式一般採用是等寬度 PWM 調製方式加上功因改善回路。

目前 PAM (Pulse Amplitude Modulation 脈衝幅值調製方 式)以其獨特的優越性而被用於直流變頻冷氣機的壓縮機輸入電壓的調製中。
由於直流變頻中採用了無刷直流電動機，其轉子為永久磁鐵，
不需要外部供給電流，減少了 損耗，效率比交流變頻壓縮機高，
噪音低 5 分貝～10 分貝。一般情況下較交流變頻省電約 12%，
如果轉子的磁體排列更科學，磁力線集中度更高，再加上採用含稀土釹的磁體，
則可較交流 變頻省電高達 18%～20％。 變頻冷氣與傳統冷氣的差別在哪裡?
變頻式冷氣的壓縮機啟動，是採用平滑啟動→提昇功率的方式，
而定頻式(傳統)冷氣的壓縮 機啟動時會產生瞬間大電流
(通常是恆長運轉時電流的四到六倍)，但這個時間很短，大約 在 5 秒內，
這個對全日的電力消耗不會有太大的影響，當室內溫度達到設定的溫度後，
 壓縮機便停止運轉改成送風；當室內溫度再提升一到兩度時，壓縮機再啟動，
這樣的重複動 作，讓人感到有忽冷忽熱的感覺，
且定頻冷氣因為壓縮機常啟動停止容易折損壓縮機壽命。

文章擷取自：http://tainan.bsmi.gov.tw/wSite/public/Attachment/f1356485711477.pdf