變頻空調(diào)原理wai(v10)

交、直流變頻空調(diào)電控

原理及應(yīng)用1、變頻空調(diào)器與定速空調(diào)器的區(qū)別壓縮機(jī)不同定速空調(diào)器的壓縮機(jī)運(yùn)行頻率不可變。E.g.50Hz變頻空調(diào)器的壓縮機(jī)運(yùn)行頻率可以變化。E.g.30Hz~120Hz?？刂破鞑煌冾l空調(diào)器的控制器遠(yuǎn)比定速空調(diào)器復(fù)雜。輸出能力不同在一個(gè)工況下定速機(jī)只有一個(gè)能力輸出變頻機(jī)的輸出能力是一個(gè)范圍1、變頻空調(diào)器與定速空調(diào)器的區(qū)別舒適性不同變頻空調(diào)器的舒適性比定速空調(diào)器的好?？梢钥焖僦评浠蛑茻釡囟炔▌?dòng)小。溫度時(shí)間設(shè)定溫度定速空調(diào)器變頻空調(diào)器1、變頻空調(diào)器與定速空調(diào)器的區(qū)別對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性不同節(jié)能從長(zhǎng)期運(yùn)行來說，變頻空調(diào)器會(huì)比普通空調(diào)器節(jié)約30%以上的電量。Note:頻繁的開/關(guān)變頻空調(diào)器不能節(jié)約電量。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(duì)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(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)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，見下頁(yè)圖所示

2、變頻空調(diào)器的原理VVVFPAMVVVFPWM2、變頻空調(diào)器的原理變頻控制器簡(jiǎn)單原理框圖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(jī)轉(zhuǎn)速，f—壓縮機(jī)供電頻率，

p—電機(jī)極對(duì)數(shù)，s—轉(zhuǎn)差率所有的交流異步電動(dòng)機(jī)都滿足以上這個(gè)公式，交流變頻壓縮機(jī)也同樣如此。簡(jiǎn)單的來說，交流變頻是通過改變壓縮機(jī)的供電頻率f，這樣，在p與s不變的情況下，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度就會(huì)跟隨頻率的變化而變化。

4、交流變頻空調(diào)器原理異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E1=4.44kfN1Ф（k—電機(jī)繞組系數(shù)；N1—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(rèn)為：U1=E1=4.44kfN1Ф。實(shí)際運(yùn)行過程中，通常希望保持Ф不變。因?yàn)椐兜脑黾?，將?dǎo)致鐵心的飽和，進(jìn)而引起勵(lì)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(jī)定子電壓U1必須隨之同時(shí)發(fā)生變化，即在變頻的同時(shí)也要變壓。這種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法稱為VVVF（VairbleVoltageVaribeFrequency），簡(jiǎn)稱為V/F變頻控制。4、交流變頻空調(diào)器原理a-壓縮機(jī)廠給出的V-F曲線b-經(jīng)過適當(dāng)補(bǔ)償?shù)腣-F曲線V-F曲線示意圖：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(shù)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(jiǎn)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(jiǎn)稱PWM方式。目前我們使用的為PWM方式。交流變頻控制的關(guān)鍵點(diǎn)：V-F曲線與死區(qū)時(shí)間V-F曲線：死區(qū)時(shí)間：4、交流變頻空調(diào)器原理4、交流變頻空調(diào)器原理PAM示意圖PWM示意圖5、直流變頻空調(diào)器原理從整機(jī)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(jī)、室內(nèi)外風(fēng)機(jī)均使用直流無刷電機(jī)，部分直流指只有壓縮機(jī)使用直流無刷電機(jī)。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(jī)，為了把這種變頻與交流變頻進(jìn)行區(qū)別，人們習(xí)慣上把使用了無刷直流電機(jī)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(gè)約定俗成的詞語(yǔ)，這種命名方法有一定的誤導(dǎo)性。所以，直流變頻并不是說壓縮機(jī)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(jī)的電壓還是交流的信號(hào)。這種電機(jī)實(shí)際也是一種交流電動(dòng)機(jī)。

5、直流變頻空調(diào)器原理5、直流變頻空調(diào)器原理無刷直流電機(jī)與有刷直流電機(jī)直流變頻電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jī)械換向器和電刷。這樣，就得到了無刷直流電動(dòng)機(jī)。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的直流電機(jī)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(xí)慣把這種電機(jī)稱為無刷直流電機(jī)。UVＷ永久磁鐵轉(zhuǎn)子線圈繞組定子位置傳感器無刷直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須實(shí)時(shí)檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置，從而進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)換相，保證電機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)位置檢測(cè)通常有兩種方法，一是利用電機(jī)內(nèi)部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號(hào)；二是檢測(cè)出無刷直流電機(jī)相電壓，利用相電壓的采樣信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后得出。由于壓縮機(jī)電機(jī)無法安裝位置傳感器，所以直流變頻空調(diào)的壓縮機(jī)都采用后一種方法進(jìn)行電機(jī)換相。5、直流變頻空調(diào)器原理5、直流變頻空調(diào)器原理直流變頻所用電機(jī)學(xué)術(shù)上稱為“自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)”

屬于交流電動(dòng)機(jī)范疇。自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)與正弦波型永磁同步電動(dòng)機(jī)；方波型永磁同步電動(dòng)機(jī)也稱為無刷直流電動(dòng)機(jī)（BrushlessDCMotor—BLDCM），繞組一般為分布式，反電動(dòng)勢(shì)為梯形波，驅(qū)動(dòng)方式為120度方波；正弦波型永磁同步電動(dòng)機(jī)也稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)（PermanentMagnetSynchronousMotor—PMSM），繞組一般為集中式，反電動(dòng)勢(shì)為正弦波，驅(qū)動(dòng)方式為180度正弦波；5、直流變頻空調(diào)器原理

自控式永磁同步電機(jī)繞組

電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波形

驅(qū)動(dòng)方式

電機(jī)相電流波形

死區(qū)控制

特點(diǎn)

共同點(diǎn)

方波型永磁同步電機(jī)（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(cè)并進(jìn)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(jī)

（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(dòng)機(jī)對(duì)比130090015002100270033003009006000012001800240030003600600PhaseAPhaseBPhaseCiaibic

e

e

eEaHallAHallBHallC方波型永磁同步電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)eaebec正弦波型永磁同步電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)方波型與正弦波型永磁同步電動(dòng)機(jī)對(duì)比25、直流變頻空調(diào)器原理5、直流變頻空調(diào)器原理方波型與正弦波型永磁同步電動(dòng)機(jī)對(duì)比3無刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)和電流波形（一相）：5、直流變頻空調(diào)器原理無刷直流電機(jī)實(shí)際電流波形（一相）：

根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的不同，直流變頻的電機(jī)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(jī)效率上看，壓縮機(jī)采用IPM型比SPM型要高；這兩種電機(jī)形式對(duì)電控驅(qū)動(dòng)沒有影響。5、直流變頻空調(diào)器原理直流變頻空調(diào)器的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)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）；5、直流變頻空調(diào)器原理對(duì)于直流變頻控制（重點(diǎn)指120度方波變頻控制）結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及參考、學(xué)習(xí)多家控制方法，提出以下幾點(diǎn)意見，希望對(duì)直流變頻開發(fā)、測(cè)試、控制、評(píng)價(jià)有所幫助（純屬個(gè)人意見，僅供參考）：1、壓縮機(jī)電流波形：直流變頻壓縮機(jī)控制的好壞，電流波形是一個(gè)重要的參數(shù)。良好的電流波形應(yīng)盡量趨進(jìn)理想狀態(tài)（120度方波），且其換相電流波動(dòng)?。磽Q相平穩(wěn)，無異常換相），整體電流幅值脈動(dòng)小?？刂撇缓玫闹绷鲏嚎s機(jī)，往往其電流波形會(huì)明顯看到換相不平穩(wěn)，高頻時(shí)電流脈動(dòng)較大；正弦波電機(jī)也同樣如此。

5、直流變頻空調(diào)器的評(píng)價(jià)2、起動(dòng)控制：

由于直流壓縮機(jī)控制為無位置檢測(cè)，其位置檢測(cè)電路的好壞，起動(dòng)算法的設(shè)置直接影響了壓縮機(jī)的起動(dòng)及運(yùn)行效果。直流變頻很關(guān)鍵的一點(diǎn)為從無位置的強(qiáng)制開環(huán)起動(dòng)切換到有位置信號(hào)的閉環(huán)起動(dòng)。良好的控制算法應(yīng)能使壓縮機(jī)在各種狀態(tài)下都能良好起動(dòng)，開環(huán)到閉環(huán)切換良好，起動(dòng)無異常，噪音及震動(dòng)小。最好測(cè)試PWM信號(hào)波形。

重要測(cè)試：超低溫起動(dòng)低電壓測(cè)試5、直流變頻空調(diào)器的評(píng)價(jià)3、高、低頻運(yùn)轉(zhuǎn)直流壓縮機(jī)在高頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)頻率抖動(dòng)或換相不良，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)失步、壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，而在低頻時(shí)又會(huì)出現(xiàn)力矩不夠的情況，同樣導(dǎo)致壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。4、壓縮機(jī)由于直流變頻壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵（鐵氧體或稀土材料），長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子失磁，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞或無法運(yùn)轉(zhuǎn)。這與壓縮機(jī)本身的設(shè)計(jì)與運(yùn)行有關(guān)，也與電控的驅(qū)動(dòng)控制有關(guān)。最好的考驗(yàn)辦法是使壓縮機(jī)長(zhǎng)期在高溫的情況下進(jìn)行高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，然后由壓縮機(jī)廠家對(duì)比其前后情況（如失磁狀況等）。

5、直流變頻空調(diào)器的評(píng)價(jià)變頻模塊變頻模塊是實(shí)現(xiàn)由直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姀亩?qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)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(gè)IGBT管連同其驅(qū)動(dòng)電路和多種保護(hù)電路封裝在一起，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。從其驅(qū)動(dòng)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、東芝三菱PM20CTM060(20A/600V)PS21245PM30CTJ060(30A/600V)PS21255

三洋：ST621-410(20A/600V)、ST621-411(30A/600V)6、變頻空調(diào)主要元器件注：三菱PM系列模塊內(nèi)置保護(hù)：過流、過壓、欠壓、短路、過熱變頻模塊（IPM）內(nèi)部簡(jiǎn)圖：6、變頻空調(diào)主要元器件室外主控芯片

變頻空調(diào)的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。由于控制算法比較復(fù)雜，所以一般很少采用常規(guī)的單片機(jī)，多采用電機(jī)控制專用單片機(jī)或DSP芯片。電機(jī)控制專用單片機(jī)：ST72141、7MC系列；東芝88PH47等；

DSP：TI的TMS24X系列、ADI的ADMCF3X系列及摩托羅拉等產(chǎn)品；6、變頻空調(diào)主要元器件整流橋堆

完成電源由交流到直流的轉(zhuǎn)