變頻空調(diào)維修技術(shù)知識

1、變頻空調(diào)維修技術(shù)知識一.變頻空調(diào)與普通空調(diào)的比較 變頻空調(diào)的優(yōu)點 表1 變頻空調(diào)與常規(guī)空調(diào)的比較 序 號項 目常 規(guī) 空 調(diào)變 頻 空 調(diào) 1適應(yīng)負(fù)荷的能力不能自動適應(yīng)負(fù)荷變化自動適應(yīng)負(fù)荷的變化 2溫控精度開/關(guān)控制,溫度波動范圍達(dá)2降頻控制,溫度波動范圍1 3啟動性能啟動電流大于額定電流軟啟動，啟動電流很小 4節(jié)能性開/關(guān)控制，不省電自動以低頻維持，省電30% 5低電壓運轉(zhuǎn)性能180V以下很難運轉(zhuǎn)低至150V也可正常運轉(zhuǎn) 6制冷、制熱速度慢快 7熱冷比小于120%大于140% 8低溫制熱效果0C以下效果差-10C時效果仍好 9化霜性能差準(zhǔn)確而快速，只需常規(guī)空調(diào)一半的時間 10除濕性能定時開/

2、關(guān)控制，除濕時有冷感低頻運轉(zhuǎn)，只除濕不降溫，健康除濕 11滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)無此功能自動以高頻強勁運轉(zhuǎn) 12保護功能簡單全面 13自動控制性能簡單真正模糊化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化 變頻空調(diào)的控制特點 1.適應(yīng)負(fù)荷的能力 常規(guī)空調(diào)的制冷能力隨著室外溫度的上升而下降，而房間熱負(fù)荷隨室外溫度上升而上升，這樣，在室外溫度較高，本需要空調(diào)向房間輸出更大冷量時，常規(guī)空調(diào)往往制冷量不足，影響舒適性；而在室外溫度較低時，本需要空調(diào)向房間輸出較小冷量，常規(guī)空調(diào)往往制冷量過盛，白白浪費電力。而變頻空調(diào)通過壓縮機轉(zhuǎn)速的變化，可以實現(xiàn)制冷量隨室外溫度的上升而上升，下降而下降，這樣就實現(xiàn)了制冷量與房間熱負(fù)荷的自動匹配，改善了舒適性，也節(jié)

3、省了電力。 變頻空調(diào)調(diào)節(jié)制冷量的原理如下： 1.一定工況下，制冷量與制冷劑質(zhì)量流量成正比， 即 Q = q . m 式中，Q 制冷量 q 制冷劑單位質(zhì)量制冷量 m 制冷劑質(zhì)量流量 一定工況下，制冷劑質(zhì)量流量與壓縮機轉(zhuǎn)速成正比例函數(shù)關(guān)系， 即 m = f ( N ) 式中 f 制冷劑質(zhì)量流量與壓縮機轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系，不同結(jié)構(gòu)的壓縮機此關(guān)系式不同 N 壓縮機轉(zhuǎn)速 綜合上兩式，就可以通過調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)空調(diào)制冷量的調(diào)節(jié)，這正是直流或交流變頻空調(diào)變頻能量調(diào)節(jié)的原理。 2.溫度調(diào)節(jié)方法 以制冷狀態(tài)為例，圖3表示的為常規(guī)空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)方法，其中T為室內(nèi)溫度，Ts為設(shè)定溫度，達(dá)到設(shè)定溫度壓機停，室內(nèi)溫度高于

4、設(shè)定溫度1度，壓縮機重新開啟。圖4為變頻空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)方法，室溫每降低0.5度，運轉(zhuǎn)頻率就降低一檔，相反，室溫每升高0.5度，運轉(zhuǎn)頻率就升高一檔，即室溫越高，運轉(zhuǎn)頻率越大，以便空調(diào)快速制冷，室溫越接近設(shè)定溫度，運轉(zhuǎn)頻率就越小，提供的制冷量也越小，以維持室溫在設(shè)定溫度附近，溫度波動小。 3.啟動、運轉(zhuǎn)性能 圖5、圖6分別為常規(guī)空調(diào)、變頻空調(diào)啟動時轉(zhuǎn)速曲線。常規(guī)空調(diào)以定頻啟動、定速運轉(zhuǎn)。變頻空調(diào)低頻啟動、變頻運轉(zhuǎn)。 4.節(jié)能性 常規(guī)空調(diào)開/關(guān)方法控制，壓縮機開關(guān)頻繁，耗電多。變頻空調(diào)自動以低頻維持室溫基本恒定，避免壓縮機頻繁開啟，比常規(guī)空調(diào)省電30%左右。 5.低電壓運轉(zhuǎn)性能 常規(guī)空調(diào)在電壓低于1

5、80V左右時，壓縮機就不能啟動，而變頻空調(diào)在電壓很低時，降頻啟動，降低啟動時的負(fù)荷，最低啟動電壓可達(dá)150V。 6.熱冷比 常規(guī)空調(diào)制冷、制熱壓縮機轉(zhuǎn)速一樣，只能通過系統(tǒng)匹配提高熱冷比，局限性很大。 變頻空調(diào)制熱時壓縮機轉(zhuǎn)速比制冷時高許多，所以熱冷比可高達(dá)140%以上。（制熱時最高運轉(zhuǎn)頻率往往要比制冷最高運轉(zhuǎn)頻率高20Hz左右） 7.低溫制熱效果 常規(guī)空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)速恒定，0C以下壓縮機功率很低，實際上沒有什么制熱效果； 變頻空調(diào)低溫下以高頻運轉(zhuǎn)，制熱量是常規(guī)空調(diào)的3、4倍。 8.滿負(fù)荷運轉(zhuǎn) 常規(guī)空調(diào)壓縮機只有一種轉(zhuǎn)速，不可能實現(xiàn)滿負(fù)荷時的強勁運轉(zhuǎn)； 變頻空調(diào)在人多時、剛開機時或室內(nèi)外溫差較大時

6、，可實現(xiàn)高頻強勁運轉(zhuǎn)。 9.保護功能 常規(guī)空調(diào)每次發(fā)生電流等保護均需停壓縮機； 變頻空調(diào)每當(dāng)發(fā)生保護時均以適當(dāng)?shù)慕殿l運轉(zhuǎn)予以緩沖，可實現(xiàn)不停機保護，不影響用戶的使用。 二.變頻空調(diào)的電路基本原理 變頻空調(diào)根據(jù)壓縮機是采用交流還是直流電機可分為交流變頻和直流變頻兩種。 1.交流變頻空調(diào) （1）基本原理 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的。定子繞組渡過電流時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出電動勢，因而產(chǎn)生了感應(yīng)電流，該電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，便產(chǎn)生了磁場力。而實際上對于異步電動機，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（通常稱為同步轉(zhuǎn)速）n0與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1是有差別的，兩者之差與同步轉(zhuǎn)速的比

7、值，我們稱之為轉(zhuǎn)差率，用s來表示，即 式中，f 電流頻率 p 電機極對數(shù) 所以轉(zhuǎn)子的速度n1可用下式表示由上式可知，只要改變異步電動機的供電頻率，電機的轉(zhuǎn)速便會發(fā)生改變，交流變頻空調(diào)就是根據(jù)這一基本原理來運行的。 異步電動機在運行時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1為： 式中，k 電機繞組系數(shù)； N1 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，這樣，我們便可以得到： 由上式可知，磁通與U1/f成正比。對于磁通 ，我們通常是希望其保持在接近飽和值，如果進一步增大磁通 ，將使電機的鐵心飽和，從而導(dǎo)致電機中流過很大的勵磁電流，增加電機的銅損耗和鐵損耗，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機。而磁通

8、的減小，則鐵心未得到充分的利用，使得輸出轉(zhuǎn)矩下降。這樣，由上式可知，要保持 恒定，即要保持U1/f恒定，改變頻率f的大小時，電機定子電壓U1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)速的方法我們稱為VVVF（Vairble Voltage Varibe Frequency)，簡稱為V/F變頻控制?，F(xiàn)在變頻空調(diào)的控制方法基本上都是采用這種方法來實現(xiàn)變頻調(diào)速的。下圖為一變頻空調(diào)的V-f曲線圖，V-f曲線由變頻壓縮機性能決定 下表為部分變頻壓縮機的性能參數(shù) 壓縮機型號排氣量60Hz 制冷量60Hz最大制冷量頻率范圍VF曲線點備注 2RV110N7CA0410.3ml/rev2030W4

9、398W130Hz180V/100Hz100V/60Hz 2PV132N7CB0213.2ml/rev2665W5752W30-130Hz180V/100Hz125V/60Hz 2PV164N7EA0216.5ml/rev3390W6000W105Hz180V/100Hz110V/60Hz 2KV196N7AA0219.6ml/rev4015W7500W110Hz180V/100Hz113V/60Hz 2KD210N7AA0321ml/rev4405W9000W120Hz180V/96Hz114V/60Hz C-7RV11323.3ml/rev3980W10106W120Hz175v/85Hz

10、138V/60Hz 2KV250N7AA0325ml/rev5315W11500W120Hz180V/100Hz113V/60Hz 2.交流變頻控制器的原理框圖 變頻控制器的原理框圖如下所示，220V/50Hz的市電經(jīng)整流濾波后得到310V左右的直流電，此直流電經(jīng)過逆變后，就可以得到用以控制壓縮機運轉(zhuǎn)的變頻電源。 3.實現(xiàn)V/F變頻控制的方法 脈寬調(diào)制（PWM）：在輸出電壓每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分成若干個脈沖波，由于輸出電壓的平均值與脈沖的占空比（脈沖的寬度除以脈沖的周期稱為占空比）成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率的同時，不改變脈沖電壓幅度的大小，而是改變脈沖的占空比，可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。

11、這種方法稱為PWM（Pule Width Modulation）調(diào)制，PWM調(diào)制可以直接在逆變器中完成電壓與頻率的同時變化，控制電路比較簡單。 由于PWM調(diào)制輸出的電壓波形和電流波形都是非正弦波，具有許多高次諧波成分，這樣就使得輸入到電機的能量不能得以充分選用，增加了損耗。為了使輸出的波形接近于正弦波，提出了正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）。 所謂SPWM調(diào)制，簡單地來說，就是在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖序列的占空比按照正弦波的規(guī)律進行變化，即，當(dāng)正弦波幅值為最大值時，脈沖的寬度也最大，當(dāng)正弦波幅值為最小值時，脈沖的寬度也最?。ㄈ缦聢D所示）。這樣，輸出到電動機的脈沖序列就可以使得負(fù)載中的電流高次諧波成分

12、大為減小，從而提高了電機的效率。SPWM波形的特點概括起來就是“等幅不等寬，兩頭窄中間寬”。 4.具體電路 對于變頻空調(diào)的電路，其室內(nèi)機部分與常規(guī)空調(diào)相類似，比常規(guī)空調(diào)多一通訊電路。其主要部分集中在室外部分，室外電控有主控板、電源電路、變頻驅(qū)動模塊。而室外變頻電路的核心主要集中在以下兩個方面： （1）變頻驅(qū)動模塊 這一部分指的是完成直流到交流的逆變過程，用于驅(qū)動變頻壓縮機運轉(zhuǎn)的逆變橋及其周圍電路。變頻空調(diào)上通常采用6個IGBT構(gòu)成上下橋式驅(qū)動電路。在實際應(yīng)用中，多采用IPM（Intelligent Power Module)模塊加上周圍的電路（如開關(guān)電源電路）組成。IPM是一種智能的功率模塊，

13、它將IGBT連同其驅(qū)動電路和多種保護電路封裝在同一模塊內(nèi)，從而簡化了設(shè)計，提高了整個系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)在變頻空調(diào)常用的IPM模塊有日本三菱的PM系列及日本新電元的TM系列（內(nèi)置開關(guān)電源電路）。 （2）室外控制芯片 隨著技術(shù)的進步，變頻空調(diào)的控制將向智能化、集成化、可靠化的方向發(fā)展，而其控制的核心-芯片也將越來越先進。室外芯片主要的功能是完成各種運算，產(chǎn)生SPWM波形，實現(xiàn)壓縮機V/F曲線的控制并提供各種保護等。變頻空調(diào)采用的室外控制芯片有很多種，如NEC、摩托羅拉、三菱等。由于空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，模糊控制技術(shù)的不斷完善，這就出現(xiàn)了一種性能更優(yōu)異、功能更強大的控制芯片DSP。DSP即Digital S

14、ignal Processor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、電機的控制方面具有更大的優(yōu)勢，是未來的發(fā)展方向。美的空調(diào)與美國TI（德州儀器）公司進行合作，其變頻空調(diào)均采用DSP控制技術(shù)，大大提高了整機的控制性能。整機電控框圖如下所示： 2.直流變頻空調(diào)基本原理及結(jié)構(gòu) 直流變頻空調(diào)其關(guān)鍵在于采用了無刷直流電機作為壓縮機，其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。 （1）直流變頻空調(diào)的基本原理 直流變頻概念 我們把采用無刷直流電機作為壓縮機的空調(diào)器稱為“直流變頻空調(diào)”從概念上來說是不確切的，因為我們都知道直流電是沒有頻率的，也就談不上變頻，但人們已經(jīng)形成了習(xí)慣，

15、對于采用無刷直流壓縮機的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。 無刷直流電機 無刷直流電機與普通的交流電機或有刷直流電機的最大區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是由稀土材料的永久磁鋼構(gòu)成，定子采用整距集中繞組，簡單地說來，就是把普通直流電機由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子，把普通直流電機需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉(zhuǎn)子變成定子。這樣，就可以省掉普通直流電機所必須的電刷，而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機相似，所以把這種電機稱為無刷直流電機。無刷直流電機既克服了傳統(tǒng)的直流電機的一些缺陷，如電磁干擾、噪聲、火花可靠性差、壽命短，又具有交流電機所不具有的一些優(yōu)點，如運行效率高、調(diào)速性能好、無渦流損失。所以，直流變頻空調(diào)相對與交流

16、變頻空調(diào)而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。 轉(zhuǎn)子位置檢測 由于無刷直流電機在運行時，必須實時檢測出永磁轉(zhuǎn)子的位置，從而進行相應(yīng)的驅(qū)動控制，以驅(qū)動電機換相，才能保證電機平穩(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。在無刷直流電動機中總有兩相線圈通電，一相不通電。一般無法對通電線圈測出感應(yīng)電壓，因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號用線，捕捉到感應(yīng)電壓，通過專門設(shè)計的電子回路轉(zhuǎn)換，反過來控制給定子線圈施加方波電壓；由于后一種方法省掉了位置傳感器，所以直流變頻空調(diào)壓縮機都采用后

17、一種方法進行電機換相。 直流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)的電控區(qū)別 交流變頻空調(diào)的變頻模塊按照SPWM調(diào)制方法，通過三極管的通斷，給壓縮機三相線圈同時通電，壓縮機為一三相交流壓機。 直流變頻空調(diào)的變頻模塊每次導(dǎo)通二個三極管（A+、A-不能同時導(dǎo)通，B+、B-不能同時導(dǎo)通，C+、C-不能同時導(dǎo)通），兩相線圈通以直流電，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，另一相線圈不通電，但有感應(yīng)電壓，根據(jù)感應(yīng)電壓的大小可以判斷出轉(zhuǎn)子的位置，進而控制繞組通電順序。直流變頻相比交流變頻多一位置檢測電路。 下圖為直流變頻空調(diào)的電路原理圖： 下圖為直流變頻空調(diào)壓縮機各繞組電壓控制例圖直流變頻空調(diào)可分為兩類，一類是只有壓縮機采用無刷直流電機；二是不

18、僅壓縮機，還包括室內(nèi)風(fēng)機、室外風(fēng)機都采用了無刷直流電機，而且制冷劑的調(diào)節(jié)方式也由毛細(xì)管變?yōu)殡娮优蛎涢y，這就是全直流變頻空調(diào)。KFR-35GW/BP2Y，就是一款全數(shù)字直流變頻空調(diào)（其中其壓縮機更是采用了高性能的雙轉(zhuǎn)子直流變頻壓縮機）。 三. 變頻空調(diào)電路分析 變頻空調(diào)電控總體框圖如下 概述： 室內(nèi)電路與普通空調(diào)基本相同，僅增加與外機通訊電路，通過信號線“S”，按一定的通訊規(guī)則與室外機實現(xiàn)通訊，信號線“S”通過的為+24V電信號。 室外電路一般分為三部分：室外主控板、室外電源電路板、IPM變頻模塊組件。電源電路板完成交流電的濾波、保護、整流、功率因素調(diào)整，為變頻模塊提供穩(wěn)定的直流電源。主控板執(zhí)行

19、溫度、電流、電壓、壓機過載保護、模塊保護的檢測；壓機、風(fēng)機的控制；與室內(nèi)機進行通訊；計算六相驅(qū)動信號，控制變頻模塊。變頻模塊組件輸入310V直流電壓，并接受主控板的控制信號驅(qū)動，為壓縮機提供運轉(zhuǎn)電源。 1.通訊電路 通訊規(guī)則：從主機（室內(nèi)機）發(fā)送信號到室外機是在收到室外機狀態(tài)信號處理完50毫秒之后進行，副機同樣等收到主機（室內(nèi)機）發(fā)送信號處理完50毫秒之后進行，通訊以室內(nèi)機為主，正常情況主機發(fā)送完之后等待接收，如500毫秒仍未接收到信號則再發(fā)送當(dāng)前的命令，如果1分鐘（直流變頻為1分鐘，交流變頻為2分鐘）內(nèi)未收到對方的應(yīng)答（或應(yīng)答錯誤），則出錯報警；同時發(fā)送信息命令給室外，以室外機為副機，室外機

20、未接收到室內(nèi)機的信號時，則一直等待，不發(fā)送信號，通訊時序如下所示： 電路分析 由于空調(diào)室內(nèi)機與室外機的距離比較遠(yuǎn)，因此兩個芯片之間的通信（+5V信號）不能直接相連，中間必須增加驅(qū)動電路，以增強通信信號（增加到+24V），抵抗外界的干擾。 下圖為室內(nèi)外通訊電路圖，其中上部份為室內(nèi)通訊電路，下部份為室外通訊電路。 二極管D1、電阻R1、R2、R47、電容C3、C4、穩(wěn)壓二極管CW1組成通訊電路的電源電路，交流電經(jīng)D1半波整流，R1、R2限流后，R47電阻分流后，穩(wěn)壓二極管CW1將輸出電壓穩(wěn)定在24V，再經(jīng)C3、C4濾波后，為通信環(huán)路提供穩(wěn)定的24V電壓，整個通信環(huán)路的環(huán)流為3mA左右。 光耦I(lǐng)C1

21、、IC2、PC1、PC2起隔離作用，防止通訊環(huán)路上的大電流、高電壓串入芯片內(nèi)部，損壞芯片，R3、R18、R21、R22電阻限流，將穩(wěn)定的24V電壓轉(zhuǎn)換為3mA的環(huán)路電流，R23、R42電阻分流，保護光耦，D2、D5防止N、S反接。 當(dāng)通信處于室內(nèi)發(fā)送、室外接收時，室外TXD置高電平，室外發(fā)送光耦PC2始終導(dǎo)通，若室內(nèi)TXD發(fā)送高電平“1”，室內(nèi)發(fā)送光耦I(lǐng)C2導(dǎo)通，通信環(huán)路閉合，接收光耦I(lǐng)C1、PC1導(dǎo)通，室外RXD接收高電平“1”；若室內(nèi)TXD發(fā)送低電平“0”，室內(nèi)發(fā)送光耦I(lǐng)C2截止，通信環(huán)路斷開，接收光耦I(lǐng)C1、PC1截止，室外RXD接收低電平“0”，從而實現(xiàn)了通信信號由室內(nèi)向室外的傳輸。同

22、理，可分析通信信號由室外向室內(nèi)的傳輸過程。 2.交流電源的濾波及保護 下圖為室外電源電路板上的濾波及保護電路 該部分主要的功能是吸收電網(wǎng)中各種干擾，并抑制電控器本身對電網(wǎng)的電磁串?dāng)_，以及過壓保護及防雷擊保護。 FS1為延時保險絲，可以防止電控器的長時間過流或短路，同時，又可在輸入電壓過高時，與ZMR1一起保護后續(xù)電路免受沖擊而千萬損壞。 AS1、ZMR2共同組成防雷擊保護電路。 C1、T1、C4、C5、C2組成有效的電磁干擾濾波器，該濾波器有雙向作用，即能吸收電網(wǎng)對電控器的干擾，也能阻止電控器本身的諧波進入電網(wǎng)。 3.變頻器高壓直流供電部分 下圖為室外電源電路板上的高壓直流供電電路 該部分的功能是將交流輸入整流濾波為300V左右的高壓直流供給變頻驅(qū)動部分作為主能源。并將已畸變的電流波形校正減少高次濾波（以奇次為主）對電網(wǎng)的干擾。并且提高功率因素。 PTC1、RL3組成延時防瞬間大電流電路，以防止上電初期對電容的過大的電流沖擊，以免插入電源插頭時，插頭與插座間打火，如果室內(nèi)外機通訊正常，延時3-5秒手，RL3吸合。 整流橋堆DB1將交流整流為直流，該器件可能發(fā)生的故障有斷路和短路，斷路時引起的現(xiàn)象是壓縮機啟動后，轉(zhuǎn)動一會即會停止，產(chǎn)生欠壓保護；短路可引起的現(xiàn)象是用戶的保險燒斷或限電保護器動作。 C81-C83為主濾波電容，該電容有可能過太