減少電費，從有效率的A/C設計開始

　　炎熱的夏季，人人都愛空調。不幸的是，我們的物質享受卻往往與我們的預算格格不入，空調也不例外。空調設備是家中最大的電源消耗源，對那些提供更高效系統的HVAC供貨商而言，這是一股沉重的壓力。

　　本文總結了效率的產業定義，并說明了HVAC設計師所使用的技術，在滿足這些愈來愈具有挑戰性的標準的同時，還可降低他們系統實施的成本。

　　定義效率

　　效率的一個衡量標準是能效比(Energy Efficiency Ratio，EER)。能效比的計算公式為凈冷卻能力(net cooling capacity)(計量單位為Btuh)除以總輸入功率(以kW為計量單位)。該量測可以在任何操作條件下使用，但為了公平比較，能效比已經被標準化成一單一的操作條件。

　　第二，這可以說是一種比較有用的說法，那就是效率的量測是季節的能效比(Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER)，一個季節能效比的值是對多個操作模式(像是啟動、穩態運行和休息)下高、低濕度條件加權后之能效比值。SEER具有與能效比相同的單位;因此，值愈高表示效率愈高。

　　由于為滿足能效比和SEER要求的最低標準一直在提高，而HVAC業者就藉由控制算法的改進，和提高系統的整合來保持領先。下一節將說明HVAC廠商如何藉由結合高效變速控制算法與主動功率因子校正，而達成控制算法的改進和提高系統的整合。

　　為什么要整合電動機控制和PFC

　　變速電動機控制采用數字轉子角度估算和一種稱為磁場定向控制(Field Oriented Control，FOC)的技術，以便在壓縮機轉速曲線的較低端和較高端提供更好的轉矩響應。FOC不僅只是啟動和關閉電動機，還提供具有最小轉矩漣波的最佳扭矩和在整個電動機速度范圍內減小的振動。除了增加電動機的使用壽命和可靠性，當控制輸出沒有調諧到電動機的速度時，基于FOC的變速控制可減少能源的浪費量。這種技術目前是高效HVAC設計的黃金標準。

　　功率因子校正可用來將HVAC設計的可用有效功率最大化。除了是IEC61000 EMC標準之下的一項要求，PFC還具有顯著的應用優勢。借著將有效功率最大化，就會有更多由電力公司所提供的能量可以給應用來使用，也可實現更高的總線電壓。由于最大總線電壓與冷卻你家房子的電動機之最大速度成正比，高效PFC的實現需要更少的能源來為A / C提供更高的散熱能力。

　　主動式PFC(意味著用到一顆微控制器(MCU)的死循環PFC控制器)可增加保持恒定輸出電壓的好處，而不管負載的變化。負載是速度的一個函數，而這早已由系統的MCU所管理著。因此，一種結合了PFC和基于FOC的變速電動機控制之單一MCU實現方法業已出現，而成為實現HVAC設計最高效率的最佳組合。

　　在由Nene Akin合著而刊登在家電設計雜志2011年1月版上的這篇名為“Efficient Motor Control for HVAC Appliances”的文章中，詳細地解釋了一種結合變速電動機控制和PFC的常見方法。我為有興趣了解實現細節的讀者而將該文做了個簡單的結論。

　　交錯式電動機控制和PFC

　　假設電動機控制回路的操作頻率為20 KHz，PFC回路的為100 KHz.PFC電流控制器在50 kHz切換頻率的一半工作，而電動機控制回路則是在10 KHz工作。圖1顯示出了最佳的同步PFC和電動機控制回路。

　　圖1：PFC和電動機控制同步-一顆具有靈活ADC和PWM模塊的MCU讓電動機控制反饋輸入可在PFC PWM的中點被精準地采樣，以便將開關噪聲降到最低。