變頻空調(diào)控制系統(tǒng)原理[沐風(fēng)教育]

1、變頻空調(diào)控制系統(tǒng)原理變頻空調(diào)控制系統(tǒng)原理1教育嚴(yán)選1.變頻空調(diào)器與定頻空調(diào)器的區(qū)別 壓縮機(jī)不同 定頻空調(diào)器的壓縮機(jī)運(yùn)行頻率不可變50Hz 變頻空調(diào)器的壓縮機(jī)運(yùn)行頻率可以變化 25Hz120Hz。 控制器不同 變頻空調(diào)器的控制器遠(yuǎn)比定頻空調(diào)器復(fù)雜。 輸出能力不同 在一個(gè)工況下定頻機(jī)只有一個(gè)能力輸出 變頻機(jī)的輸出能力可以隨工況的變化而調(diào)整2教育嚴(yán)選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。 可以快速制冷或制熱 溫度波動(dòng)小。3教育嚴(yán)選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 從整年運(yùn)行來(lái)說(shuō)，變頻空調(diào)器會(huì)比普通空調(diào)器節(jié)約30%以上的電量。Not

2、e:頻繁的開/關(guān)變頻空調(diào)器不能節(jié)約電量。4教育嚴(yán)選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(guò)交流-直流-交流的方式來(lái)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(guò)程。 5教育嚴(yán)選2.變頻空調(diào)器的原理VVVFPAMVVVFPWM6教育嚴(yán)選2.變頻空調(diào)器的原理變頻控制器簡(jiǎn)單原理框圖 7教育嚴(yán)選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8教育嚴(yán)選4.交流變頻空調(diào)器原理交流變頻依據(jù)原理：

3、 n=60f(1-s)/p n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(lái)說(shuō)，交流變頻是通過(guò)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。 9教育嚴(yán)選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：E=4.44kfN（k電機(jī)繞組系數(shù)；N每相定子繞組匝數(shù)；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 ：U=E=4.44kfN。 實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通常希望保持不變。因?yàn)榈脑黾?，將?dǎo)致鐵心的飽和，進(jìn)而

4、引起勵(lì)磁電流的上升，使得鐵損急劇增加。而減小，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U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（Vairble Voltage Varibe Frequency），簡(jiǎn)稱為V/F變頻控制。 10教育嚴(yán)選4.交流變頻空調(diào)器原理U(V)f(Hz)abfNUNa-壓縮機(jī)廠給出的V-F曲線b-經(jīng)過(guò)適當(dāng)補(bǔ)償?shù)腣-F曲線V-F曲線示意圖：11教育嚴(yán)選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（Pulse Amp

5、litude Modulation）方式，簡(jiǎn)稱PAM方式。 PWM是將VV與VF集中于逆變器一起來(lái)完成的，稱為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）方式，簡(jiǎn)稱PWM方式。 目前變頻空調(diào)基本使用PWM方式。 12教育嚴(yán)選 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13教育嚴(yán)選4、交流變頻空調(diào)器原理PWM示意圖DCACAC圖 c不控整流調(diào)壓調(diào)頻PWM逆變14教育嚴(yán)選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(wú)刷電機(jī)，部分直流指只有壓縮機(jī)使用直流無(wú)刷

6、電機(jī)。15教育嚴(yán)選 直流變頻名稱的由來(lái) 家用電器上，直流變頻最常用（也是一直以來(lái)都在使用）的是無(wú)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(wú)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(wú)氟空調(diào)一樣，直流變頻是一個(gè)約定約定俗成俗成的詞語(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(shuō)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16教育嚴(yán)選5.直流變頻空調(diào)器原理無(wú)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

7、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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的直流電機(jī)無(wú)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(wú)刷直流電機(jī)。UV永久磁鐵 轉(zhuǎn)子線圈繞組 定子位置傳感器17教育嚴(yán)選 無(wú)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(wú)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(wú)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)

8、電機(jī)無(wú)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18教育嚴(yán)選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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（Brushless DC Motor 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)（Permanent Magnet Synchronous Motor PMSM），繞組

9、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； 19教育嚴(yán)選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(wú) 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20教育嚴(yán)選無(wú)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(wú)刷直流電機(jī)

10、實(shí)際電流波形（一相）： 21教育嚴(yán)選 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(Surface Permanent Magnetic)：將永久磁鐵配置于轉(zhuǎn)子表面； IPM表面型磁極(Interior Permanent Magnetic)：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(méi)有影響。5.直流變頻空調(diào)器原理22教育嚴(yán)選5.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）23教育嚴(yán)選 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)

11、壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵器件，又稱為IPM（Intelligent Power Module）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 6.變頻空調(diào)主要元器件24教育嚴(yán)選注：三菱PM系列模塊內(nèi)置保護(hù)： 過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)熱變頻模塊（IPM）內(nèi)部簡(jiǎn)圖：6.變頻空調(diào)主要元器件25教育嚴(yán)選 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(guó)TI公司的DSP芯片，且已實(shí)現(xiàn)掩膜。DSP即Digi

12、tal Signal Processor，是數(shù)字信號(hào)處理器的簡(jiǎn)稱，與一般的單片機(jī)相比，DSP在運(yùn)算速度、信號(hào)的處理、電機(jī)控制方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。直流變頻目前在開發(fā)階段，采用的是美國(guó)AD公司的DSP芯片。 Note：對(duì)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(shuō)法是不確切的，因?yàn)镈SP的運(yùn)算速度與溫度控制沒(méi)有直接關(guān)系。 6.變頻空調(diào)主要元器件26教育嚴(yán)選 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(hào)T25VB60（25A/600V） T15VB60（25A/600V） 室外電控盒中另外一個(gè)整流橋堆不做整流用，而是用做一對(duì)二極管，配合電抗器，用以提高整機(jī)功率因素。 6.變頻空調(diào)主要元器件+27教育嚴(yán)選 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(jī)的功率因素及通過(guò)諧波電流測(cè)試。為了符合3C標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)諧波電流測(cè)試，我們?cè)诜煮w機(jī)上采用了兩個(gè)電抗器的無(wú)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 為了通過(guò)EMC測(cè)試的干擾功率