變頻控制基本原理

關(guān)于變頻控制基本原理第一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、變頻空調(diào)的特點(diǎn)舒適

a、變頻空調(diào)啟動(dòng)時(shí)，變頻壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，能使室內(nèi)快速接近設(shè)定溫度。

b、變頻空調(diào)的平均能效比高。變頻空調(diào)無(wú)論在制冷還是制熱工況下，能效比EER隨頻率的降低而升高；由于壓縮機(jī)頻率隨室內(nèi)熱負(fù)荷大小而變化，則壓縮機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間工作在低頻區(qū)，所以系統(tǒng)的季節(jié)能效比SEER高于定速空調(diào)。第二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日c、能在室外超低溫（-15℃）的情況下，強(qiáng)制制熱運(yùn)轉(zhuǎn)。節(jié)能

a、定速空調(diào)在壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，冷媒回路中的能量白白地流失，而當(dāng)壓縮機(jī)再啟動(dòng)時(shí)，為了建立新的循環(huán)又必須補(bǔ)充新的能量。如要使用變頻空調(diào)，在大部分的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，空調(diào)發(fā)揮的能力和室內(nèi)熱負(fù)荷相當(dāng)，因此減少了壓縮機(jī)的開停次數(shù)，屬于沒有浪費(fèi)的節(jié)能運(yùn)行。第三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日變頻空調(diào)的平均能效比高。變頻空調(diào)無(wú)論在制冷還是制熱工況下，能效比EER隨頻率的降低而升高；由于壓縮機(jī)頻率隨室內(nèi)熱負(fù)荷大小而變化，則壓縮機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間工作在低頻區(qū)，所以系統(tǒng)的季節(jié)能效比SEER高于定速空調(diào)。

變頻空調(diào)壓縮機(jī)采用低頻啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，既節(jié)能，又能避免空調(diào)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)報(bào)告：在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行中，交流變頻空調(diào)比額定能力相同的定速空調(diào)節(jié)能17%以上。第四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、變頻空調(diào)能量調(diào)節(jié)原理一定工況下，制冷量與制冷劑質(zhì)量流量成正比，即：Q=g.m式中：Q—制冷量

g—制冷劑單位質(zhì)量制冷量

m—制冷劑質(zhì)量流量第五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日一定工況范圍內(nèi)，制冷劑質(zhì)量流量又與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速具有正比函數(shù)關(guān)系，即：m=f（N）式中：N—壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由此可見，通過調(diào)節(jié)后壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速就能實(shí)現(xiàn)制冷量的調(diào)節(jié)，這正是變頻空調(diào)調(diào)節(jié)制冷能量的原理。第六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、交流變頻壓縮機(jī)調(diào)速原理交流變頻壓縮機(jī)采用的是交流異步感應(yīng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速方程為：

n=60f1（1-S）=n1（1-S）

P

式中：n—電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速

n1—定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速

f1—定子電源頻率

S—轉(zhuǎn)差率

P—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)第七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日由此可見，只須改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率f1，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n此方法稱為“變頻調(diào)速”?？紤]到三相異步電動(dòng)機(jī)相電壓為：

U1≈E1=4.44f1w1Kw1φm第八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日式中：U1—定子相電壓，即端電壓

E1—定子相電勢(shì)

w1—定子相繞組總匝數(shù)，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)確定的常量

Kw1—基波繞組系數(shù)，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)確定的常量

φm—每相氣隙磁通第九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日而電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：而電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：

M= I2CmφmCOSω式中：M—電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩

Cm—電動(dòng)機(jī)常數(shù)

ω—相位角第十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日由此可見，如果電動(dòng)機(jī)端電機(jī)U1不變，頻率f1增強(qiáng)時(shí)，將使氣隙磁通φm減??；由于φm的減小將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩M的下降，使電機(jī)的利用率下降；同時(shí)，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將下降，嚴(yán)重會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。相反，如果電動(dòng)機(jī)端電壓U1不變，頻率f1減小時(shí)，將使氣隙磁通φm增加，這將使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致?lián)p耗急劇增加。因此，在許多實(shí)際應(yīng)用中，為維持調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，需要保持恒定磁通，這就要求在改變頻率的同時(shí)改變定子端電壓。第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日據(jù)此分析，交流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)理想的調(diào)速應(yīng)該采用恒磁通控制方式，即保持U1/f1=常數(shù)；以充分利用電動(dòng)機(jī)的能力。事實(shí)上，調(diào)速時(shí)應(yīng)滿足交流變頻壓縮機(jī)給出的V/f曲線規(guī)定要求。如圖5所示。轉(zhuǎn)速實(shí)行閉環(huán)控制。第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日

工作區(qū)間

f

圖5交流變頻壓縮機(jī)V/f曲線V第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日變頻調(diào)速的機(jī)械特性MNfe第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日變頻空調(diào)主回路模塊圖第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日變頻空調(diào)主回路原理圖第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于交流變頻壓縮機(jī)調(diào)速，CPU對(duì)IPM功率模塊發(fā)送的是符合交流變頻壓縮機(jī)V/f曲線要求的SPWM電壓型雙極性脈寬調(diào)制信號(hào)，既變頻又調(diào)壓。SPWM控制方式的輸出電壓一相波形如圖7所示。第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日直流變頻壓縮機(jī)調(diào)速原理直流變頻壓縮機(jī)采用的是直流電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速方程為：n=U

—

TeKEegF0式中：n—電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速U—電動(dòng)機(jī)電柜電壓，即端電壓KEeg—電動(dòng)機(jī)等效反電勢(shì)常數(shù)Te—電動(dòng)機(jī)額定電磁轉(zhuǎn)矩F0—零阻抗電源電動(dòng)機(jī)阻系數(shù)由此可見，直流變頻壓縮機(jī)可以直接通過改變直流電動(dòng)機(jī)的端電壓即能獲得理想調(diào)速，轉(zhuǎn)速并實(shí)行閉環(huán)控制。第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日對(duì)于直流變頻壓縮機(jī)調(diào)速，CPU對(duì)IPM功率模塊發(fā)送的調(diào)制信號(hào)，可采用PAM脈沖幅值調(diào)節(jié)控制，或采用PWM等間隔脈沖占空比調(diào)節(jié)控制。PAM控制方式的輸出電壓一相波形如圖8所示。等間隔PWM控制方式的輸出電壓一相波形如圖9所示。第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日6、無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置控制為滿足高可靠性、低噪聲、無(wú)機(jī)械磨擦的要求，在變頻空調(diào)中，直流變頻壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)和直流室內(nèi)外、風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)都采用無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)，采用電子換向，其轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)則是通過間接檢測(cè)電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)實(shí)現(xiàn)。在電機(jī)啟動(dòng)之初，由于沒有反電勢(shì)或反電勢(shì)很小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的頻率控制，這時(shí)可以讓電機(jī)開環(huán)地轉(zhuǎn)起來(lái)；待電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，再進(jìn)行反電勢(shì)采樣，以其反電勢(shì)過零信號(hào)作為換向信號(hào)，輸入CPU，由CPU按此發(fā)生序列的調(diào)制信號(hào)。第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日如大功率模塊通電狀態(tài)如圖10所示，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路如圖11所示，A相波形如圖12所示。第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日根據(jù)該電路，以A相為例分析如下：A相波表如（A）點(diǎn)，輸入后經(jīng)R101、R104、C101產(chǎn)生三角波，經(jīng)C104濾波移相后生產(chǎn)（B）點(diǎn)波形，相對(duì)（A）點(diǎn)滯后90°，同時(shí)B相，C相波形與（B）點(diǎn)波形在運(yùn)放負(fù)端合成一個(gè)三倍頻的三角波，如（C）點(diǎn)波形，再把（B）點(diǎn)與（C）點(diǎn)波形比較后產(chǎn)生（D）點(diǎn)波形。其中（D）點(diǎn)波形上升前60°導(dǎo)通的三極管為A+、B-，E點(diǎn)為B-、C-的切換點(diǎn)。B相、C相波形相對(duì)A相差120°、240°。第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，編輯于2023年，星期日7、PG電機(jī)調(diào)速原理在普及型變頻空調(diào)中，室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)一般都采用PG電機(jī)。PG電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖13所示，其各點(diǎn)波形