《变频驱动控制器先进技术的研究与产业化》

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该项目所属学科为家用电子产品设计与制造技术,相关学科为电力电子技术与电力拖动及其自动化技术。

该项目应用于房间空气调节器(空调),空调是改善房间气候、提高舒适度的重要设备,涉及机电学、热力学和流体力学,而电气部分又包括电力电子、电机调速以及控制理论等学科,需要通过强制性质量认证。随着经济发展,空调产量与用量日益扩大,遍布城乡,空调系统全部耗电已占整个国民经济总用电量的10%以上,在空调领域实现节能降耗、减少碳排放的意义重大,而完成这一使命的电气设备只能为高科技产品“变频驱动控制器”。经过长时间发展,中国变频空调制造整体技术已经取得重大进步,但是一些技术层面仍然存在明显差距,比如压缩机、功率器件、微控制器等,在功率变换、电机调速、控制理论应用等方面也存在亟需空间。

该项目致力于解决空调领域“变频驱动控制器”先进技术研发与大规模产业化问题,先后攻克了以下核心技术挑战:

(1)针对“整流器谐波电流污染与电磁干扰电网”问题,成功技术转化网侧单位功率因数整流器,包括单级和/或多级交错模拟控制和/或数字控制的单相AC-DC变换器以及数字控制的三相AC-DC变换器;

(2)针对“逆变器开关损耗严重与低频电流畸变”问题,成功技术转化高电压利用率电压源逆变器,包括跟踪负载电流相位的最低开关频率、共模电压抑制、ON/OFF无影响死区补偿、电流重构SVPWM调制算法;

(3)针对“电动机转子位置测量不稳与转矩脉动”问题,成功技术转化高调速性能PMSM矢量控制器,包括高频电压脉冲叠加注入测量转子位置、全阶状态观测器辨识转子参数、预测模型和重复控制的负载转矩抑制策略;

(4)针对“变频驱动控制器整体功能和性能优化”问题,成功技术转化其他将近三十项外围技术,包括整流器与逆变器开关频率调制的EMI优化技术、可升降压整流器优化逆变器调制度技术、低谐波过调制的弱磁调速技术、优化网侧电流的过零电流补偿技术等。

该项目整体技术到达国际先进和国内领先水平,直流变频空调季节能效比SEER高达5.6,变频制冷与制热能效比(APF)均达到1级以上,通过各种强制性认证,产品主要热销国内和国际较大客户。

过去三年内,仅第二完成单位新增产值10.10亿元,新增利润8457万元,新增税收5548万元,创收外汇5035.33万美元。销售375万套以上各型变频驱动控制器,包括66.6万套1.5P的1级能效空调(比3级能效空调每年节约用电0.0336万度-2880小时用时)和16.0万套3P热泵(每年产生热量相当于标准煤用量2.65吨-2880小时用时),鉴于平均使用寿命12年,可以大量节电,减少碳排放和保护环境。

项目组先后承担3项纵向课题和7项横向课题,获得上海市产学研合作优秀项目一等奖一次,应用和授权知识产权36件,发表论文33篇。

成果说明

在HVAC&R家电中,需要压缩机的变频空调、空气源热水器、冰箱以及不需要压缩机的洗衣机的耗电量达到整个国民经济用电量占用较大的比,这些产品需要“变频驱动控制器”作为传动电源。 在空调领域,2017年中国变频空调的零售量占比已达到57.9%,变频空调已成为空调市场的主流产品。空调系统全部耗电已占整个国民经济用电量的10%在电力电子变频调速节能开始大发展之际,2003年07月,上海儒竞电子科技有限公司成立,上海交通大学电气工程系相关课题组即与其建立技术合作关系,不断研发各种功率等级的变频驱动控制器,推动变

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