陈城彬

（宁波康韩瑞电器有限公司，浙江 慈溪 315314）

在空调行业的发展过程中，变频技术作为行业中较为核心的技术之一，通过运用该技术，可以改变以往空调使用中存在的问题，也可以实现技术创新。虽然我国是变频空调的生产大国，但是在变频技术使用的过程中，仍然存在使用率低的问题，这种现象对变频压缩机及变频空调控制器项目可行性研究造成了影响。因此，在行业持续发展的背景下，为了达到变频压缩机及变频空调控制器使用的目的，应该将行业的运行作为重点，通过项目可行性的分析，对处理方案进行细化，稳步提升变频压缩机及变频空调控制器项目的研究价值，为行业的发展提供保障。

1 变频压缩机及变频空调控制器

1.1 变频压缩机

变频压缩机主要是转速固定的压缩机通过控制方式的改变，将系统转速控制在一定范围内，并通过连续性地调节改变输出能量的压缩机。在系统运行及工作的过程中，压缩机按照结构分为2个部分。1）变频控制器。2）压缩机。在变频控制器使用过程中，需要将交流电转换为脉冲输入，然后通过调节方波脉冲的方式调节角频率，在频率转速增高的情况下转速也会逐渐增加[1]。

1.2 变频空调控制器

变频空调控制器主要分为室外控制器、室内控制器2种。在使用室外控制器时，控制器会根据室内指令以及室外机的传感器传输的变量进行整合和控制，在各个设备协调运用的情况下，从而实现室内及室外数据传输；而在室内机控制器使用的过程中，控制器可以实现遥控器设定运转模式，并对总空调系统进行控制，通过该控制方案的设定，控制器通过判断系统内的荷载大小来决定压缩机的运转频率，以完成对温度的控制；最后，遥控器在完成空调各个模式、温度计风速的设定之后，系统会显示运行状态。变频空调控制器主要是在温度控制器中使用温感探头及变频器，通过电阻信号、电压信号的综合处理，提高系统变速使用的效果，而且也可以结合系统的运行状态调整系统的进气及排气量，保证变频空调控制器的正常使用[2]。

2 目前国内市场变频器市场分析

变频器针对不同的使用环境，大致可以分为高压和中低压2 种，在这2 种变频器的技术市场也存在较大的差异，高压变频器主要用于电力行业，技术要求高，由于这个技术壁垒，因此其市场主要被ABB、西门子、艾默生、Vacon以及罗宾康等几家公司所垄断，我国的一些公司虽然也在生产，但是其市场份额微乎其微。在中低压变频器市场中，由于变频器使用得非常广泛，特别是最近这几年，中低压变频器市场规模逐年增大，2020年中低压变频器市场规模达到226亿元，虽然2020年初受到了新冠疫情的影响，但是在6月以后市场逐步恢复，比2019年增长了3.6%。在我国的中低压变频器应用市场中，起步机占9%，电梯占9%，纺织机械占9%，冶金行业占8%，电力设备占8%，石油石化行业占7%，市政行业占6%，建筑建材行业占9%，其他行业占35%。在中低压变频器的技术市场中，主要有以ABB、西门子为代表的欧系，以安川、三菱为代表的日系和以汇川、台达为代表的国产系。由于技术过硬、研发力度大，因此欧系中低压变频器在技术和品牌的认可度明显超越了日系和国产，约占整个市场的56.7%。

3 开发新低压变频器技术状况

原有低压变频器开发成立于2003年，主要以替代进口变频器为出发点，变频器经历了无源PFC正装方案，有源PFC双板正装方案、外接电感变频器大板方案、外接电感变频器（图1）小板方案及现在主流的板载高频PFC（图2）小板方案。

图1 外接电感变频器小板方案

图2 现在主流的板载高频 PFC小板方案

2020年7月前，新版的空调能效标准《房间空气调节器能效限定值及能效等级》（GB 21455—2019）实施前，变频器采用外接电感变频器（图1）小板方案，产品满足旧标准GB 21455—2013《转速可控房间空气调节器能效限定值及能效等级》，变频控制器采用外接电感方案仍是主流，旧标准产品以一级、三级变频为主销机型，是企业营收的主要内容。

2020年随着新能效标准的出台，对能效的要求提高了，新标准的出台使定频产品在未来几年会慢慢淡出历史舞台，变频产品占比会急剧加大。这要求变频产品的成本控制及品质要求会更高。市场竞争越发激烈，变频产品的竞争比过去定频产品的竞争更加激烈。除了产品平台的优化，对变频器本身也提出了更高的要求。

2020年新国标实施以后，空调在能效方面的标准更高，旧的变频方案已经满足不了市场要求。为了满足市场及企业盈亏平衡，企业集中研发力量开发新国标三级1.5匹变频（行业主销）产品，新国标变频产品采用最新环保冷媒，具有高效、节能、环保的特点，新方案体积相对于原方案缩小了17%，同时实现板载高频PFC（图2），其效率高，发热量小，较原老方式散热，散热风先经过冷凝器，再对控制器散热，散热风温度较高，散热效率较低，在运行时不能达到较高的频率。而新方案使用新风散热，散热风未经过冷凝器，散热风温度较低，散热效率较高。在新方案中对器件进行选型优化，使用小尺寸PCB，并在新方案中重新设计冷凝器，选配高效变频压缩机39W26REN&FJMD，优化分流，增强低温条件下换热效率，使整机最大制热量由原4 100 W增加至4 800 W，优化驱动参数、重新设计运行参数，整体能效提升明显，同时由于体积减小，电控盒整体用料减少，因此在成本方面相对于老式变频器的优势较大，每套成本优化约47元，见表1。

4 新项目研究中的风险性分析

4.1 项目盈亏平衡

结合变频压缩机及变频空调控制器的使用特点，在技术运用的过程中，项目盈亏平衡是十分常见的。公司在原变频器实际发展的过程中，为了更好地实现损益平衡，应该结合项目的基本特点，首先在PFC上投入大量的研究，在传统的PFC控制上采用外接电感的设计，新的变频器的PFC设计改用40 kHz 开关频率，以及一个集成自举电路的 SOI 栅极驱动 IC 和用于温度监测的热敏电阻。变频器的总成本的主要影响因素包括 IPM、散热片和 PCB等。由于新的PFC控制器、高集成度的全新 IPM采用Mini 封装，是集成在电路板上的，为了提高散热效率，新设计采用了具有良好导热性的 DCB （直接键合铜）基板，用于实现良好的热性能。为了充分利用该封装的传热能力，所有的主要热源 （如 IGBT 和二极管等）都安装在 DCB 上，为的是充分利用该封装的传热能力。不仅提高了散热效率，而且将封装尺寸变小，此外，将分立式功率半导体和驱动器集成于一个封装可简化装配流程[2]，这样原有变频器技术大大降低了保本点，新设计将空调机整体毛利润率控制在5.2%左右，整体毛利润率能够提高0.8%左右，同时加强对企业的销售管理及成本控制，使企业中的各项业务形式时刻保持保本状态，可以极大地提高企业的整体效益。

4.2 项目敏感性

在变频压缩机及变频空调控制器项目可行性分析中，应该对项目敏感性内容进行研究，变频压缩机及变频空调控制器项目技术关键点就是散热，所以新变频器设计方案必须在散热方面有所突破，通过反复试验，最终通过在控制电路增加过温保护元器件来解决，在IPM 集成了一个热敏电阻。在25 ℃时其阻抗典型值为 85 kΩ，在 100 ℃时为 5.4 kΩ，因为热敏电阻与具有漏极开路配置的VFO 引脚直接连接到 ADC 和微控制器故障检测端。这样，由于电路中电阻的大幅减低，最大程度地降低了变频器控制器产热。新变频方案可达到新国标要求这样就可以进入新领域，同时新方案中整机最大制热量由原4 100 W增加至4 800 W，这样面对空调压缩机功率越做越大的趋势，新方案很好的适应了这种趋势，增强技术研究的保障性，为空调系统的研发以及变频技术的运用提供支持[3]。

5 风险防范策略及项目应用

5.1 风险防范策略

通过对变频压缩机及变频空调控制器项目可行性研究，如果变频压缩机及变频空调控制器投入生产，可以在较短的时间内获得效益。针对变频压缩机及变频空调控制器研究项目中的风险，应该设置以下风险控制策略：1）扩大新产品的研发，近些年来，随着互联网+的不断兴起与发展，大数据也开始受到广泛关注，未来云计算、5G技术和IA人工智能将成为技术嵌入的主流。根据这一趋势，公司应该及早研发推出基于云平台或融合5G通信和人工智能化服务产品，构建基于远程云平台的变频管家。变频空调控制设备依托云平台，提供远程在线支持，结合现场服务的功能，为变频器提供全生命周期的管理服务。实现PC 端+手机App 端在线监控变频器的运行状态；如果变频器突发异常，在平台上显示预警和维护状态，减少非正常停机时间，同时也可以通过这个平台使设备使用人员与公司专业的技术人员在线联络，构建远程设备诊断系统，并通过在变频器上安装的传感器，实时将运行数据利用云平台的计算功能对数据进行计算，分析设备运行状态，做到及时发现运行隐患，提前防范，并通过云存储建立设备健康报告及数字化档案，在后续服务方面该客户可以获得优先改造或置换的机会。变频器管家可以真正做到悉心呵护客户的设备。除了基本的功能外，还可以增加具有特定功能的服务包供客户选择。研究发现高压变频器 80%的故障都是可以避免的，通过及时预警和预防性维护，可以做到防患于未然。以此作为营销的看点扩大销售提高市场占有率[4]。2）严格控制新产品的成本，摊薄各项费用。在新产品的开发和推广过程中，研发成本和销售费用在新产品的成本中占有较大的比例，因此在新产品进入大规模批量生产后，企业的原料采购部门要发挥集中采购的价格优势，降低原材料的采购价，同时在销售环节要与新变频器的合作单位通过产品配套方式，在保持配套价格不变的情况下，增加配套产品供应的数量，通过该方法提高单个产品利润率。同时，为了提高市场推广和市场占有率，企业要制定详细的销售策略和广告内容，并针对老变频器销售过程中出现的问题进行总结分析，将其中的优点应用于新销售策略中，同时剔除和避免老产品在该过程中的缺陷和不足。在变频器的生产过程中，需要大量的电子元器件，一些元器件市场波动率较大，在这种背景下，企业可以通过购买一些元器件的期货，以对冲元器件巨幅波动对生产经营带来的不利影响，同时也可以稳定产品的利润率。3）制定优质化策略，争取国家的优惠政策。由于新变频器的研发定位也是作为压缩机的配套，因此在研发过程中要做到高起点，力争成为质量高的优质产品，在研发初期就要根据配套的压缩机进行研究，根据压缩机使用的产品、使用的场合和使用环境，同时研究压缩机的发展方向，从这些方面考虑新变频器的技术方向、产品结构、元器件选配以及新旧产品生产工艺的延续等方面挖掘产品的市场优势。同时针对市场做好配套服务，特别是一些特殊需求的压缩机，变频器的研发部门主动与压缩机研究部门接洽，做好技术上的衔接。同时国内中低压变频器市场一直被欧系产品所把持，企业可以积极与国家级科研单位合作，在提高国产替代率方面下些功夫。推动公司研发部与科研单位的合作，申请成为攻关课题，从而在研发经费上获得政府的支持[5]，在产品研发的过程中，项目单位要稳步提高产品的品质及功能，结合家用空调产业的运行特点，细化可行性的项目研究方案，保证产品销售价格稳步提升，满足企业的高质量及经济化发展需求。

5.2 变频压缩机及变频空调控制器的技术运用

在变频器的功能设置中，确定工程设置方案，可以结合系统项目的运行特点，对电动机的输出功率进行判断，在转速较低的情况下，压缩机的运行状态趋于稳定，而且性能也会逐渐降低。在转速发生急剧变化时，空气压缩机不需要特意启动，而是需要根据转速升降幅度由变频器控制压缩机的工作速度，这种情况可以在一定程度上避免过压、过流等问题的出现。通过变频器控制系统的启动及运用，用以实现调节转速值的控制效果，从而稳步提升变频器功能设置及使用需求[6]。

5.3 变频器的安装

在变频器安装过程中，要做好前期勘察，并根据项目的特点，设计变频器系统的安装方案，保证系统正常稳定地运行，同时也可以改善变频器、电动机接地设备的使用效果，增强各个设备可操作性。而且在空调系统的变频器安装中，为了避免设备噪声问题，通过配线方案的调整、变频系统的合理控制等，确定具体的布线管理方案，需要注意的是，在布线协调中，变频器与电动机的接线长度一定不能过长，在低频率输出模式中，接线过长会使电路电压减小，在一定程度上降低转速运行的效率，同时在电线接线处理中，应该考虑信号之间干扰的问题，通过设定变频频率的方式改善该问题，实现变频空调系统的可靠运行[7]。

6 结语

总的来说，在变频压缩机及变频空调控制器项目可行性研究中，为了提高设备使用的整体效果，优化项目研究的可行性价值，设备维护人员需要结合以往经验，分析变频器控制的应用领域的变化[7]，有针对性的将项目的研究方向向这种变化靠拢，增强技术研究的保障性，行业运行中虽然存在着一些限制问题，但是，在变频压缩机及变频空调控制器项目的可行性分析中，设置完善性的产品选择方案，规范产品定价及研究方案，保证项目的预期销量，为行业的持续发展提供参考。