交、直流變頻空調(diào)電控原理課件

交、直流變頻空調(diào)電控原理美的空調(diào)研發(fā)中心電控開發(fā)部李強(qiáng)2003年12月1日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單原理框圖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：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)。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；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）；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。我們目前在交流上使用的是美國TI公司的DSP芯片，且已實(shí)現(xiàn)掩膜。DSP即DigitalSignalProcessor，是數(shù)字信號(hào)處理器的簡稱，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℃”的說法是不確切的，因?yàn)镈SP的運(yùn)算速度與溫度控制沒有直接關(guān)系。

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)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~