變頻空調(diào)控制系統(tǒng)原理

變頻空調(diào)控制系統(tǒng)原理第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.變頻空調(diào)器與定頻空調(diào)器的區(qū)別壓縮機不同定頻空調(diào)器的壓縮機運行頻率不可變—50Hz變頻空調(diào)器的壓縮機運行頻率可以變化——25Hz~120Hz?？刂破鞑煌冾l空調(diào)器的控制器遠比定頻空調(diào)器復雜。輸出能力不同在一個工況下定頻機只有一個能力輸出變頻機的輸出能力可以隨工況的變化而調(diào)整第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.變頻空調(diào)器與定頻空調(diào)器的區(qū)別舒適性不同變頻空調(diào)器的舒適性比定頻空調(diào)器的好?？梢钥焖僦评浠蛑茻釡囟炔▌有?。溫度時間設定溫度定速空調(diào)器變頻空調(diào)器第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.變頻空調(diào)器與定速空調(diào)器的區(qū)別對環(huán)境的適應性不同節(jié)能從整年運行來說，變頻空調(diào)器會比普通空調(diào)器節(jié)約30%以上的電量。Note:頻繁的開/關變頻空調(diào)器不能節(jié)約電量。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.變頻空調(diào)器的原理從能量的轉(zhuǎn)換上可把變頻控制分為交流到交流變頻與交流->直流->交流變頻。對家用電器的變頻控制而言，不管是交流變頻還是直流變頻都是通過交流->直流->交流的方式來實現(xiàn)變頻運轉(zhuǎn)的。要得到可調(diào)頻率的交流電，首先要把220V-240V的交流市電整流為直流電，然后再由直流電變?yōu)榭烧{(diào)頻率的交流電，從而完成變頻的過程。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.變頻空調(diào)器的原理VVVFPAMVVVFPWM第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.變頻空調(diào)器的原理變頻控制器簡單原理框圖第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.變頻空調(diào)器的分類交流變頻空調(diào)器直流變頻空調(diào)器第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.交流變頻空調(diào)器原理交流變頻依據(jù)原理：

n=60f(1-s)/pn—壓縮機轉(zhuǎn)速，f—壓縮機供電頻率，

p—電機極對數(shù)，s—轉(zhuǎn)差率所有的交流異步電動機都滿足以上這個公式，交流變頻壓縮機也同樣如此。簡單的來說，交流變頻是通過改變壓縮機的供電頻率f，這樣，在p與s不變的情況下，壓縮機運轉(zhuǎn)速度就會跟隨頻率的變化而變化。

第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.交流變頻空調(diào)器原理異步電動機在運行時,產(chǎn)生的感應電動勢為：E=4.44kfNФ（k—電機繞組系數(shù)；N—每相定子繞組匝數(shù)；Ф—每極磁通）。由于定子阻抗上的壓降很小，可以忽略，可以認為：U=E=4.44kfNФ。實際運行過程中，通常希望保持Ф不變。因為Ф的增加，將導致鐵心的飽和，進而引起勵磁電流的上升，使得鐵損急劇增加。而Ф減小，則鐵心未得到充分的利用，使得輸出轉(zhuǎn)矩下降。要改變頻率f的大小，電機定子電壓U必須隨之同時發(fā)生變化，即在變頻的同時也要變壓。這種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法稱為VVVF（VairbleVoltageVaribeFrequency），簡稱為V/F變頻控制。

第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.交流變頻空調(diào)器原理a-壓縮機廠給出的V-F曲線b-經(jīng)過適當補償?shù)腣-F曲線V-F曲線示意圖：第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.交流變頻空調(diào)器原理交－直－交變頻器根據(jù)VVVF調(diào)制技術不同，分為PAM和PWM兩種。PAM是把VV和VF分開完成的，稱為脈沖幅值調(diào)制（PulseAmplitudeModulation）方式，簡稱PAM方式。PWM是將VV與VF集中于逆變器一起來完成的，稱為脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）方式，簡稱PWM方式。目前變頻空調(diào)基本使用PWM方式。第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日交流變頻控制的關鍵點：V-F曲線與死區(qū)時間V-F曲線：死區(qū)時間：4.交流變頻空調(diào)器原理第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日4、交流變頻空調(diào)器原理PWM示意圖第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.直流變頻空調(diào)器原理從整機形式上看，直流變頻可分為全直流變頻與部分直流變頻。全直流變頻是指壓縮機、室內(nèi)外風機均使用直流無刷電機，部分直流指只有壓縮機使用直流無刷電機。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日直流變頻名稱的由來家用電器上，直流變頻最常用（也是一直以來都在使用）的是無刷直流電機，為了把這種變頻與交流變頻進行區(qū)別，人們習慣上把使用了無刷直流電機的變頻家電稱為直流變頻家電。和電子膨脹閥、無氟空調(diào)一樣，直流變頻是一個約定俗成的詞語，這種命名方法有一定的誤導性。所以，直流變頻并不是說壓縮機是直流電供電，它的轉(zhuǎn)化方式上與交流變頻一樣，都是采用交-直-交的方式。供給壓縮機的電壓還是交流的信號。這種電機實際也是一種交流電動機。

5.直流變頻空調(diào)器原理第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.直流變頻空調(diào)器原理無刷直流電機與有刷直流電機直流變頻電動機的基本結(jié)構(gòu)用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動機的定子磁極，用具有多相繞組的定子取代電樞，用位置傳感器及控制器組成的電子換向器取代傳統(tǒng)的機械換向器和電刷。這樣，就得到了無刷直流電動機。由于無刷直流電動機與傳統(tǒng)的直流電機無論是結(jié)構(gòu)還是調(diào)速性能都有很多相似之處，所以人們習慣把這種電機稱為無刷直流電機。UVＷ永久磁鐵轉(zhuǎn)子線圈繞組定子位置傳感器第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日無刷直流電機在運行時，必須實時檢測出轉(zhuǎn)子的位置，從而進行相應的驅(qū)動控制，以驅(qū)動電機換相，保證電機平穩(wěn)地運行。實現(xiàn)無刷直流電機位置檢測通常有兩種方法，一是利用電機內(nèi)部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；二是檢測出無刷直流電機相電壓，利用相電壓的采樣信號進行運算后得出。由于壓縮機電機無法安裝位置傳感器，所以直流變頻空調(diào)的壓縮機都采用后一種方法進行電機換相。5.直流變頻空調(diào)器原理第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.直流變頻空調(diào)器原理直流變頻所用電機學術上稱為“自控式永磁同步電動機”

屬于交流電動機范疇。自控式永磁同步電動機根據(jù)定子繞組的不同主要分為兩大類，方波型永磁同步電動機與正弦波型永磁同步電動機；方波型永磁同步電動機也稱為無刷直流電動機（BrushlessDCMotor—BLDCM），繞組一般為分布式，反電動勢為梯形波，驅(qū)動方式為120度方波；正弦波型永磁同步電動機也稱為永磁同步電動機（PermanentMagnetSynchronousMotor—PMSM），繞組一般為集中式，反電動勢為正弦波，驅(qū)動方式為180度正弦波；第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.直流變頻空調(diào)器原理

自控式永磁同步電機繞組

電機反電動勢波形

驅(qū)動方式

電機相電流波形

死區(qū)控制

特點

共同點

方波型永磁同步電機（BLDC）分布繞組

梯形波

120度方波120度方波

無

噪音小、中低速效率偏低

均需位置檢測并進行換相控制，效率高、調(diào)速性能好、噪音低

正弦波永磁同步電機

（PMSM）集中繞組

正弦波

180度正弦波

180度正弦波

有

（與交流變頻相同）

中低速效率高、噪音偏大

方波型與正弦波型永磁同步電動機對比第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日無刷直流電機反電動勢和電流波形（一相）：5.直流變頻空調(diào)器原理無刷直流電機實際電流波形（一相）：

第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的不同，直流變頻的電機可以分為IPM與SPM兩種。SPM表面型磁極(SurfacePermanentMagnetic)：將永久磁鐵配置于轉(zhuǎn)子表面；IPM表面型磁極(InteriorPermanentMagnetic)：將永久磁鐵嵌入于轉(zhuǎn)子內(nèi)部；從電機效率上看，壓縮機采用IPM型比SPM型要高；這兩種電機形式對電控驅(qū)動沒有影響。5.直流變頻空調(diào)器原理第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日5.直流變頻空調(diào)器的優(yōu)點運行效率高調(diào)速性能好轉(zhuǎn)速范圍寬轉(zhuǎn)矩大噪音低能效比高（與交流相比較）第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日變頻模塊變頻模塊是實現(xiàn)由直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姀亩?qū)動壓縮機運轉(zhuǎn)的關鍵器件，又稱為IPM（IntelligentPowerModule）模塊。它是一種智能的功率模塊，它將6個IGBT管連同其驅(qū)動電路和多種保護電路封裝在一起，從而簡化了設計，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。從其驅(qū)動電路使用的電源數(shù)目又可分為單電源與四電源兩種。主要廠家：日本三菱、三洋、東芝

6.變頻空調(diào)主要元器件第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日注：三菱PM系列模塊內(nèi)置保護：過流、過壓、欠壓、短路、過熱變頻模塊（IPM）內(nèi)部簡圖：6.變頻空調(diào)主要元器件第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日室外主控芯片

變頻空調(diào)的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。我們目前在交流上使用的是美國TI公司的DSP芯片，且已實現(xiàn)掩膜。DSP即DigitalSignalProcessor，是數(shù)字信號處理器的簡稱，與一般的單片機相比，DSP在運算速度、信號的處理、電機控制方面具有更大的優(yōu)勢。直流變頻目前在開發(fā)階段，采用的是美國AD公司的DSP芯片。

Note：對于廣告宣傳的“使用DSP芯片速度大大可以提高、加快溫度采樣，使室內(nèi)溫度控制在±0.5℃”的說法是不確切的，因為DSP的運算速度與溫度控制沒有直接關系。

6.變頻空調(diào)主要元器件第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日整流橋堆

完成電源由交流到直流的轉(zhuǎn)換（220V交流變?yōu)?10V直流）目前使用型號T25VB60（25A/600V）

T15VB60（25A/600V）室外電控盒中另外一個整流橋堆不做整流用，而是用做一對二極管，配合電抗器，用以提高整機功率因素。

6.變頻空調(diào)主要元器件~~+－第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日大電抗器變頻空調(diào)室外控制器一般都有大電抗器，目的是為了提高整機的功率因素及通過諧波電流測試。為了符合3C標準，通過諧波電流測試，我們在分體機上采用了兩個電抗器的無源功率因素矯正方法。與日本廠家的有源方式相比，降低了成本，提高了可靠性。濾波器

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