變頻空調(diào)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、變頻空調(diào)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者:日期:變頻空調(diào)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶163000）摘要：介紹了空調(diào)系統(tǒng)的基本工作原理，對(duì)變頻空調(diào)與定頻空調(diào)的工作原理進(jìn)行了比較，充分體現(xiàn)了變頻 空調(diào)的優(yōu)越性，從室內(nèi)外的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)介紹了家用一拖一變頻空調(diào)，室外逆變電路部分由智能功 率模塊取代了分立的六路IGBT構(gòu)成的逆變電路，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。關(guān)鍵詞：智能功率模塊；IGBT；變頻空調(diào)中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADesign of Electrical Control Systemof Inverter-aided AirConditioning(

2、College of information technology,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163000,Heilongjiang )Absrract: In this paper,the aurhor introduced basic operation principle of air-conditioning system.Comparing operation principle of inverter-aided air conditioning with operation principle of fixe

3、d frequency air conditioning,the author introduced one to one inverter-aided air conditioning from design of heardware and softwaren telligent power module took place of interver circuit of IGBT which improved efficiently stability and reliability of system.Key words: intelligent power module; IGBT;

4、 inverter-aided air conditioning隨著生活水平的不斷提高， 空調(diào)已經(jīng)成 為家庭生活的必需品。人們對(duì)空調(diào)的要求從 僅僅滿(mǎn)足于制冷、制熱的簡(jiǎn)單功能，發(fā)展到 追求舒適、享受的多種功能，從而使得一種高效節(jié)能、高舒適度的空調(diào)模糊控制變頻空調(diào)，成為空調(diào)發(fā)展的方向。模糊控制與變頻技術(shù)結(jié)合，可使空調(diào)較為節(jié)電。1空調(diào)系統(tǒng)工作的基本原理1.1空調(diào)系統(tǒng)制冷制熱的基本原理空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)把制冷劑蒸汽從低 壓狀態(tài)壓縮至高壓狀態(tài)，創(chuàng)造了制冷劑液體在蒸發(fā)器中低溫下蒸發(fā)制冷、在冷凝器中常 溫液化的條件。壓縮機(jī)不斷地吸入和排出氣 體，才使制冷循環(huán)得以周而復(fù)始地進(jìn)行?？?調(diào)制冷循環(huán)中，室外熱交換器為

5、冷凝器，室 內(nèi)熱交換器為蒸發(fā)器。 此時(shí)四通閥線(xiàn)圈內(nèi)的 電流被切斷時(shí)，閥芯因?yàn)橹亓ψ饔枚侣洌?使壓縮機(jī)排氣口與室外冷凝器接通，而吸氣口與室內(nèi)蒸發(fā)器接通。 空調(diào)制熱循環(huán)中，四 通閥切換，線(xiàn)圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，閥芯被吸到 上方位置，壓縮機(jī)排氣口與室內(nèi)熱交換器接 通，吸氣口與室外熱交換器接通，此時(shí)制冷劑蒸汽流動(dòng)方向改變，室內(nèi)熱交換器向室內(nèi) 散熱而成為冷凝器，而室外熱交換器成為蒸 發(fā)器，制冷劑蒸發(fā)吸收室外熱量 1。1.2普通定頻空調(diào)工作的基本原理2 一拖一變頻空調(diào)的基本結(jié)構(gòu)普通的家用定頻空調(diào)是通過(guò)控制壓縮 機(jī)的啟停來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)室溫達(dá)到設(shè)定值后, 壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，反之壓縮機(jī)啟動(dòng)。1.3變頻空調(diào)工作的基本原理

6、變頻空調(diào)則是通過(guò)一個(gè)變頻逆變電路來(lái)改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速， 通過(guò)PWM控制技術(shù) 實(shí)現(xiàn)變頻變壓，在變頻的同時(shí)協(xié)調(diào)地改變電 機(jī)的端電壓，通過(guò)控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào) 節(jié)壓縮機(jī)的吸氣量來(lái)調(diào)節(jié)制冷量 2?？照{(diào)剛 啟動(dòng)時(shí)，由于房間冷負(fù)荷較大，空調(diào)壓縮機(jī) 電機(jī)以高頻率快速運(yùn)行，讓空調(diào)的制冷能力 達(dá)到最大，使房間溫度能在最短時(shí)間內(nèi)降下 來(lái)；當(dāng)房間冷負(fù)荷變小時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行頻率 能隨之降低，減少空調(diào)的制冷量， 而不用整 個(gè)空調(diào)停機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷量調(diào)節(jié)，減少了空調(diào)的起停次數(shù)及溫度波動(dòng)。1.4變頻空調(diào)與定頻空調(diào)的區(qū)別變頻空調(diào)與定頻空調(diào)的差別主要是在控制系統(tǒng)即能量調(diào)節(jié)方式上不同，而空調(diào)的核心部分制冷系統(tǒng)并無(wú)差別。在溫度控制方面，

7、與普通空調(diào)相比，變頻空調(diào)具有 降溫速度快、起停次數(shù)少、房間溫度波動(dòng)小 及節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。變頻空調(diào)系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)和控制系 統(tǒng)，筆者研究的變頻空調(diào)為分體立式一拖一 2P柜機(jī)，制冷系統(tǒng)由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)組成， 兩者之間通過(guò)制冷劑管道和通信線(xiàn)連接起 來(lái)，一拖一變頻空調(diào)的室外制冷系統(tǒng)由變頻 壓縮機(jī)、四通閥、電子膨脹閥、室內(nèi)換熱器、 室外換熱器和外風(fēng)機(jī)等組成，其中壓縮機(jī)為三相異步交流電機(jī)3；控制系統(tǒng)包括室外控 制電路和室內(nèi)控制電路， 室外控制電路的主 要組成部分包括室外電源板和變頻模塊板， 室內(nèi)控制電路的主要組成部分包括遙控器、 室內(nèi)主控板、室內(nèi)顯示板。3室外電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)節(jié)能和可靠性在可調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)中 變

8、得越來(lái)越重要，在低壓電機(jī)控制中， 提出 了簡(jiǎn)潔性、嵌入式控制和低成本的要求，整 個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，優(yōu)化成本性?xún)r(jià)比，是衡量變頻器實(shí)用性需要考慮的一個(gè)非常重要的問(wèn) 題?？傊?，這個(gè)系統(tǒng)必須低噪音、高效率、 體積小、質(zhì)量輕，在低成本的條件下，實(shí)現(xiàn) 先進(jìn)的運(yùn)行功能和精確的控制。3.1智能功率模塊在變頻空調(diào)中的應(yīng)用變頻空調(diào)的逆變器電路通常通過(guò)PWM控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)6個(gè)IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)壓調(diào)頻，用智能功率模塊FSBB20CH60取代六路IGBT，智能功率模塊是電力電子集成電路的直 流 風(fēng) 機(jī)一種，集功率器件（IG BT）、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)功能TMP86FH09NG室內(nèi)通室內(nèi)CPU1 11/信電路n室外通信電路=步進(jìn)電

9、機(jī)（外風(fēng)門(mén)）步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)風(fēng)門(mén)）于一體，內(nèi)部含有門(mén)極驅(qū)動(dòng)控制、故障檢測(cè)和多種保護(hù)TCPU室外IMP模塊硬件電路室內(nèi)外框圖/-整流壓縮機(jī)外圍保護(hù)電路電路，其核心器件是IGBT ,將其應(yīng)用于變頻空調(diào)，降低了成本，提高了直流電源,經(jīng)過(guò)PWM控制六路驅(qū)動(dòng)逆變成可靠性，與以往IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路的組件電壓和頻率可調(diào)的三相交流電源，通過(guò)U,相比有如下優(yōu)點(diǎn):是內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路，保證V , W與壓縮機(jī)連接，NU , NV , NW分別220V交流為3個(gè)下橋臂IGBT的源極，可以在 NU ,IGBT最佳驅(qū)動(dòng)。二是內(nèi)含過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)。三是驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)。NV ,NW與-310V之間接電阻檢測(cè)相電流保四是

10、驅(qū)動(dòng)信號(hào)端兼容 3.3/5VCMO護(hù)功率模塊，VFO為故障信號(hào)輸出腳，正常工作時(shí)為高電平，有故障輸出時(shí)為低電平;S/LSTTL電平。五是寬的電壓輸入范圍,室外硬件其他部分分別是：四通閥、交流風(fēng)壓輸入范圍：13.516.5V。六是內(nèi)含故障輸出VFO腳，給單片機(jī)輸出故障信號(hào)，當(dāng)輸機(jī)、傳感器電路、電子膨脹閥和室內(nèi)外通信電路等。出低電平時(shí)則為故障信號(hào)。3.3室內(nèi)外通信3.2室外硬件電路設(shè)計(jì)室外變頻板芯片選用松下MN103SFC2DXW單片機(jī)，此單片機(jī)內(nèi)含PWM產(chǎn)生器，室內(nèi)主控板選用摩托羅拉TMP86FH09NG單片機(jī)，主要包括室內(nèi)傳感 器電路、室內(nèi)通信電路、外風(fēng)門(mén)片電內(nèi)風(fēng)門(mén) 片電路、室內(nèi)風(fēng)機(jī)（直流風(fēng)機(jī)

11、），圖1為硬 件電路室內(nèi)外框圖，INUH , INVH , INWH ;INUL , INVL , INWL分別為內(nèi)部IGBT的上下橋臂驅(qū)動(dòng)電路，P,N為整流后的土 310V通信電源由室內(nèi)整流穩(wěn)壓后提供，室內(nèi)外通信電路為18V弱電通信，通信規(guī)則采用 主從結(jié)構(gòu)，規(guī)定以室外機(jī)為主機(jī)，室內(nèi)機(jī)為從機(jī)，主機(jī)或從機(jī)每次發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包。通 信開(kāi)始時(shí)，主機(jī)先發(fā)送數(shù)據(jù)，從機(jī)接收數(shù)據(jù)， 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)后等待接收從機(jī)數(shù)據(jù)，主機(jī)接收到從機(jī)數(shù)據(jù)并處理完后，隔一段時(shí)間再發(fā) 送下一個(gè)數(shù)據(jù)。若主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)后一段時(shí)間 內(nèi)接收不到從機(jī)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)主機(jī)再 次發(fā)送數(shù)據(jù)，若主機(jī)連續(xù)一段時(shí)間接收不到從機(jī)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則報(bào)通信故障。室內(nèi)機(jī)的ON/OFF是由室內(nèi)機(jī)自己判定，室外機(jī)僅接收來(lái)自室內(nèi)機(jī)的ON/OFF的4室內(nèi)外軟件設(shè)計(jì)命令，之后依照室外機(jī)的程序做相應(yīng)的控制，而不是由室外機(jī)的程序決定室內(nèi)機(jī)的室內(nèi)外軟件設(shè)計(jì)流程圖見(jiàn)圖2。室內(nèi)機(jī)ON/OFF。當(dāng)室內(nèi)機(jī)進(jìn)入 OFF時(shí)，壓縮機(jī)停的開(kāi)關(guān)機(jī)標(biāo)記傳送給室外機(jī)，室內(nèi)機(jī)要求開(kāi)止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入待機(jī)，當(dāng)室內(nèi)機(jī)進(jìn)入ON時(shí),機(jī)時(shí)，