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蒸气压缩式制冷技术作为主动式冷却方式，具有制冷系数高，易于使芯片等表面温度均匀，并使电子设备在较低的温度下进行工作等优点，因此可以提高电子设备的可靠性和使用性能。但此种冷却方式主要难点在于压缩机的小型化和可靠性。线性压缩机作为一种新型高效压缩机，具有电机效率高、摩擦损失低、结构简单紧凑、可无油运行和可变容量调节等优点，从而使得线性压缩机在电子冷却应用中很有优势，因此研究线性压缩机在蒸发压缩式制冷系统中的工作特性具有很重要的意义。
本课题针对线性压缩机存在工作效率不高的问题，从线性压缩机与传统活塞压缩机作用机制的差异入手，建立了一套在线实时测量系统，对线性压缩机在制冷系统中工作特性进行系统性研究分析，探究影响线性压缩机的工作效率的关键因素，为下一步提高线性压缩机的制冷性能奠定基础。具体研究工作分为以下几个方面。
(1)搭建了一套在线实时测量系统用来探究线性压缩机的工作特性。
该系统包括制冷工质参数测量、压缩机活塞位移、气阀位移和气缸压力的动态测量，为探究线性压缩机的工作特性奠定了研究基础。
(2)线性压缩机关键部件分析与振动系统关键参数的测定。
对直线电机的电磁推力系数进行有限元计算和测定，电机平均推力系数为28.5N/A。对板弹簧的径轴向刚度、最大位移应力分布、固有频率进行有限元分析，并测量了板弹簧的轴向刚度。对排气阀结构进行了校核分析，并初步计算了阀片的厚度。对压缩机中振动系统的关键参数进行了测量，包括等效电阻、等效电感、阻尼系数，等效电阻和电感在常用范围内均可当作常数处理，分别为2.95Ω和2.86mH，阻尼特性较符合黏性阻尼特性。表明了线性压缩机结构设计满足研究需求，同时此部分是分析压缩机工作效率的基础。
(3)线性压缩机吸排气阀片动态特性研究
通过对吸排气阀片进行了模态分析，表明阀片不会发生共振，随后对阀片建立了数学模型，并采用激光位移传感器测量了排气阀的位移曲线，对其不同运行参数和结构参数对测量结果进行了分析，最后利用模型对吸气阀的动态特性进行了分析。结果表明相比于传统活塞压缩机来说，气阀的运动规律对线性压缩机性能影响作用并不明显;同时在气阀设计合理时，气阀运动对活塞偏移的影响可忽略。
(4)线性压缩机在制冷系统的工作特性研究
在低压比工况下，探究了压缩机行程、频率和工况对线性压缩机工作效率和系统制冷性能的影响。实验表明振动系统的频率特性和活塞中心位置偏移特性是影响线性压缩机工作效率的关键因素。针对线性压缩机随行程、工况变化而引起的共振频率改变和活塞中心位置偏移等问题，建立了气体力线性化的傅里叶变换模型用来预测线性压缩机的共振频率和活塞中心位置偏移量，并通过搭建的在线实时测量系统对模型进行了验证。结果表明该模型可以用来预测共振频率，计算值与实验结果相差在10％之内;可通过傅里叶变换模型来计算活塞振幅等于初始活塞距离气缸顶端位置时的偏移量来对活塞偏移量进行预测，偏差不大于10％。
(5)驱动电压波形对线性压缩机制冷性能的影响研究。
搭建了测量不同驱动波形下线性压缩机的响应特性和制冷性能测试系统。调制了三种不同驱动电压波形:方波、正弦且无波峰波谷和正弦且无波谷。详细说明了正弦波形驱动下的电流、位移和气体力等的响应特性，分析表明位移曲线的谐波畸变率在7％之内，而电流有较大的畸变率，在60Hz时高达73.69％。通过建立线性压缩机的动力学模型，分析了电流产生较大畸变的原因，表明畸变是由于气体力的非线性特性造成的。最后重点介绍了不同驱动电压波形对线性压缩机的电流曲线、位移曲线和气体力曲线等响应的影响以及对压缩机电机效率、制冷量和COP的影响。相比于标准正弦曲线，不同波形下位移和电流曲线的谐波畸变率均高于正弦电压波形，同时方波对应的曲线畸变率最大。相比位移曲线来说，不同波形的电流曲线畸变较为明显。对于气体力曲线，相比正弦波形来说，并未有太明显的差别。相比于正弦电压驱动波形，在60Hz时，方波、正弦且无波峰波谷和正弦且无波谷分别降低了36.5％，14％和6％。方波、正弦且无波峰波谷由于电机效率的下降使得对应的COP低于正弦波形，正弦且无波谷波形由于减少了活塞偏移量而使其COP高于正弦波形。不同波形的性能总体评价结果表明，对于具有较大刚度弹簧振动系统来说，正弦电压驱动波形是最好的驱动波形。
(6)本文为线性压缩机工作效率的提高指明了两个方向。
针对弹簧力远大于气体力的情况，采用大刚度谐振弹簧与正弦驱动电压相结合的方式;针对弹簧力远小于气体力的情况，采用改变驱动电压波形匹配热力学过程的方式。
本课题针对线性压缩机存在工作效率不高的问题，从线性压缩机与传统活塞压缩机作用机制的差异入手，建立了一套在线实时测量系统，对线性压缩机在制冷系统中工作特性进行系统性研究分析，探究影响线性压缩机的工作效率的关键因素，为下一步提高线性压缩机的制冷性能奠定基础。具体研究工作分为以下几个方面。
(1)搭建了一套在线实时测量系统用来探究线性压缩机的工作特性。
该系统包括制冷工质参数测量、压缩机活塞位移、气阀位移和气缸压力的动态测量，为探究线性压缩机的工作特性奠定了研究基础。
(2)线性压缩机关键部件分析与振动系统关键参数的测定。
对直线电机的电磁推力系数进行有限元计算和测定，电机平均推力系数为28.5N/A。对板弹簧的径轴向刚度、最大位移应力分布、固有频率进行有限元分析，并测量了板弹簧的轴向刚度。对排气阀结构进行了校核分析，并初步计算了阀片的厚度。对压缩机中振动系统的关键参数进行了测量，包括等效电阻、等效电感、阻尼系数，等效电阻和电感在常用范围内均可当作常数处理，分别为2.95Ω和2.86mH，阻尼特性较符合黏性阻尼特性。表明了线性压缩机结构设计满足研究需求，同时此部分是分析压缩机工作效率的基础。
(3)线性压缩机吸排气阀片动态特性研究
通过对吸排气阀片进行了模态分析，表明阀片不会发生共振，随后对阀片建立了数学模型，并采用激光位移传感器测量了排气阀的位移曲线，对其不同运行参数和结构参数对测量结果进行了分析，最后利用模型对吸气阀的动态特性进行了分析。结果表明相比于传统活塞压缩机来说，气阀的运动规律对线性压缩机性能影响作用并不明显;同时在气阀设计合理时，气阀运动对活塞偏移的影响可忽略。
(4)线性压缩机在制冷系统的工作特性研究
在低压比工况下，探究了压缩机行程、频率和工况对线性压缩机工作效率和系统制冷性能的影响。实验表明振动系统的频率特性和活塞中心位置偏移特性是影响线性压缩机工作效率的关键因素。针对线性压缩机随行程、工况变化而引起的共振频率改变和活塞中心位置偏移等问题，建立了气体力线性化的傅里叶变换模型用来预测线性压缩机的共振频率和活塞中心位置偏移量，并通过搭建的在线实时测量系统对模型进行了验证。结果表明该模型可以用来预测共振频率，计算值与实验结果相差在10％之内;可通过傅里叶变换模型来计算活塞振幅等于初始活塞距离气缸顶端位置时的偏移量来对活塞偏移量进行预测，偏差不大于10％。
(5)驱动电压波形对线性压缩机制冷性能的影响研究。
搭建了测量不同驱动波形下线性压缩机的响应特性和制冷性能测试系统。调制了三种不同驱动电压波形:方波、正弦且无波峰波谷和正弦且无波谷。详细说明了正弦波形驱动下的电流、位移和气体力等的响应特性，分析表明位移曲线的谐波畸变率在7％之内，而电流有较大的畸变率，在60Hz时高达73.69％。通过建立线性压缩机的动力学模型，分析了电流产生较大畸变的原因，表明畸变是由于气体力的非线性特性造成的。最后重点介绍了不同驱动电压波形对线性压缩机的电流曲线、位移曲线和气体力曲线等响应的影响以及对压缩机电机效率、制冷量和COP的影响。相比于标准正弦曲线，不同波形下位移和电流曲线的谐波畸变率均高于正弦电压波形，同时方波对应的曲线畸变率最大。相比位移曲线来说，不同波形的电流曲线畸变较为明显。对于气体力曲线，相比正弦波形来说，并未有太明显的差别。相比于正弦电压驱动波形，在60Hz时，方波、正弦且无波峰波谷和正弦且无波谷分别降低了36.5％，14％和6％。方波、正弦且无波峰波谷由于电机效率的下降使得对应的COP低于正弦波形，正弦且无波谷波形由于减少了活塞偏移量而使其COP高于正弦波形。不同波形的性能总体评价结果表明，对于具有较大刚度弹簧振动系统来说，正弦电压驱动波形是最好的驱动波形。
(6)本文为线性压缩机工作效率的提高指明了两个方向。
针对弹簧力远大于气体力的情况，采用大刚度谐振弹簧与正弦驱动电压相结合的方式;针对弹簧力远小于气体力的情况，采用改变驱动电压波形匹配热力学过程的方式。