1 引言
从1970年以后，日本把变频技术应用到各种家用电器中去，使它们不断更新换代，在市场上推出一代接一代的新产品，取得了良好的经济效益。采用变频技术以后，首先是提高效率，有效节能，其次是提高控制性能;同时缩小体积，减少运作噪声(也就是所谓的“静音化”)，因为家用电器直接用在家庭中，由人来操作使用，这是与其他电器不同的重要特点。
本文介绍变频技术在日本家用电器中应用概况，并着重介绍变频技术在空调，炊具和灯具中的最新进展情况，以及今后的发展趋势，作为一种参考资料贡献给有关行业的读者，如有不正确的地方，请指正。
2 变频技术在日本家用电器中的应用概况
2.1 应用发展过程
1970年日本出现了采用变频技术的感应加热式电磁灶，是第一次把变频技术应用在家用电器中。1980年又出现日光灯用电子镇流器和变频空调。80年代相继开发出高频微波炉，变频冰箱，高频电饭煲、变频洗衣机。在1990年时，变频技术应用范围已涵盖主要的家用电器。90年代又进行了改进，出现新一代变频空调、高频电子镇流器等更为节能的家用电器。预计到新世纪，变频技术在家用电器的更新换代工作中，还会继续发挥作用。
2.2 工作频率和功率范围
变频空调的功率一般为1kW左右(窗式)及以上(柜式)，工作频率为50-150Hz。变频冰箱的功率一般为100W左右，最早采用感应式电动机，工作频率为60-120Hz，现在采用无电刷电动机，工作频率为3-20kHz,变频洗衣机的功率为500W左右，最早采用感应式电动机，工作频率10-120Hz,现在采用无刷电动机，工作频率15kHz,高频电磁灶的功率为1kW-5kW,工作频率30-80kHz,高频电饭煲的功率为0.7-1.3kW,大容量的电饭煲为2-4kW,工作频率为20-50kHz。高频微波炉的功率为1kW左右，工作频率20-100kHz。高频电子镇流器的功率为10-120W,工作频率为60-120kHz。
在变频家用电器中，最先使用的开关器件是晶闸管，后来使用大功率晶体管，再后来使用绝缘栅极晶体管，现在正在开发更新的家用电器用的半导体开关器件。
2.3 应用变频技术后的效果
2.3.1 变频空调
空调采用变频技术后，使空气压缩机工作范围拓宽，断续运行，控制加热和制冷能力，降低损耗，消除温度变化产生的不快感。特别是提高运转速度后，加热能力提高，效率上升，损耗下降。最近，把空调使用的变频器从PWM控制改进成PAM控制，增加有源滤波部分，使功率因数COSφ达到0.99以上，减少高次谐波，提高了效率;同时提高开关频率，使变频器缩小体积，减轻重量;而且高速运行时输出能力增大。
2.3.2 变频冰箱
最早的变频冰箱着眼于快速冷冻，已经从市场上消失，已被新一代节能型变频冰箱代替。损耗降低32%，噪声降低约20db，缩短冷冻时间1/2以上。特别是工作频率提高后，变频装置成本也显著下降。
2.3.3 变频洗衣机
最早的变频洗衣机进行变速控制是为了增加洗净性能。现在新一代节能型变频洗衣机采用新的洗净方式，工作频率提高到15kHz，洗衣时为10-150转/分，转矩20-30牛顿米，脱水时800-1000转/分。洗衣耗能降低20%以上，噪声也显著下降。
2.3.4 高频电磁灶
电磁灶采用高频感应加热后效率大为提高，比电炒锅(55%)，煤气灶(50%)高得多，已从65%提高到85%。70年代用晶闸体，体积47.5升，重量230kg，效率65%。80年代采用大功率晶体管，90年代用绝缘栅极晶体管和ZVS软开关技术，到1997年体积6.5升，重量2.6kg,效率85%。工作频率已超出声频范围，再也听不见锅的振动噪声。
2.3.5 高频电饭煲
采用高频感应加热对电饭煲进行改造，比用电热元件火力强得多，使煲饭功能飞跃提高，升降温性能可以进行更细化更微妙的控制，效率达到85%。
2.3.6 高频微波炉
采用变频技术把电源部分高频化以后，体积大大缩小，升压变压器体积减少2/3以上，从870cm3减小到270cm3,重量减少9/10以上，从4200g减少到300g，可以放在微波炉内。同时，还可以缩短加热时间。
2.3.7 高频电子整流器
现在的高频电子整流器不但提高发光效率，节能30%(与原来铁铜式整流器相比)，而且每W电力发光增加，从铁铜式整流器的71流明/w,增加到92流明/w，改善灯具性能。同时还改善了功率因数，减少高次谐波和电磁干扰。特别是集中力量开发用元器件数量少的电路，采用片式元器件制造，可以大幅度缩小体积，降低成本，尽可能实现“节能又省钱”的目标。
3 变频空调的最新进展
变频空调的最新进展是采用PAM(脉冲幅值调制)控制型调速代替PWM(脉冲宽度调速)控制型调速，两种控制型式的电路方框图和控制特性如图1。PWM控制型通过控制逆变器的脉冲宽度，来改变输出给电动机的电压大小调速，改变空调的送风量。PAM控制型前半段也是通过PWM控制输出给电动机的电压大小调速，改变空调的送风量。后半段PWM的占空比不变，在保持空调的送风量最大的条件下，通过控制升压电路的电压(150V-350V),改变逆变器的脉冲幅值，从而改变输出电压大小，对电动机调速，使其高速运转，提高空调对房间加温和冷却的能力，增加空调的使用效率。
PAM控制型比PWM型的功率因数cosφ提高10%以上，这主要是升压部分作为有源滤波器一直在工作，在电动机1000转/分时，PWM控制型cosφ为0.76，PAM控制型cosφ为0.96.在电动机4000转/分时，PWM控制型cosφ为0.85，PAM控制型cosφ为0.99，电动机8000转/分时，PAM控制型cosφ为0.995，这样，在同样的输入功率下，可以增加输出负荷，或者在同样的输出负荷下，可以减少输入功率。
同时，由于PAM控制型比PWM控制型脉动分量小，降低了电动机的铁损，使空调的综合效率提高，在电动机为1000转/分时，PWM控制型的综合效率为66%，PAM控制型的综合效率为71%，在电动机4000转/分时，PWM控制型的综合效率为83%，PAM控制型的综合效率为86%，一直保持到电动机8000转/分。
PAM控制型逆变器采用绝缘栅极晶体管IGBT代替场效应管MOSFET，还可以进一步降低损耗。以电动机功率2kW，直流电压300V，开关频率25kHz的逆变器为例，采用IGBT代替MOSFET，导通阻抗损耗从60W变为18W，导通损耗从10W变为18W，关断损耗从5W变为22W，快速二极管FRD损耗都为5W,合计:采用MOSTET总损耗90W，采用IGBT总损耗73W。
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