變頻空調基礎知識

變頻空調知識講座一、空調的發(fā)展趨勢空調的使用對我國來說，也有幾十年的歷史，但從普及來講也就十年左右。但從這十年的發(fā)展來看還還是以定速空調為主，但隨著人們對空調要求的提高及節(jié)能的要求，變頻空調以出現(xiàn)了迅猛的發(fā)展勢頭，市場份額迅速擴大。日本是變頻空調的強國，從20世紀80年代初開始到現(xiàn)在，變頻空調已占其空調市場的90%左右。在我國也將經歷類似的發(fā)展，最終變頻將取代定速空調。變頻空調是在普通空調的基礎上選用了變頻專用壓縮機，增加了變頻控制系統(tǒng)。它的基本結構和制冷原理和普通空調完全相同。變頻空調的主機是自動進行無級變速的，它可以根據房間情況自動提供所需的冷（熱）量；當室內溫度達到期望值后，空凋主機則以能夠準確保持這一溫度的恒定速度運轉，實現(xiàn)“不停機運轉”，從而保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定。下面著重介紹變頻空調的優(yōu)點。什么是變頻空調？簡單地說變頻空調是在常規(guī)空調的結構上增加了一個變頻器。壓縮機是空調的心臟，其轉速直接影響到空調的使用效率，變頻器就是用來控制和調整壓縮機轉速的控制系統(tǒng)，使之始終處于最佳的轉速狀態(tài)，從而提高能效比（比常規(guī)的空調節(jié)能20%?30%）。變頻空調具有以下優(yōu)點啟動電流小，轉速逐漸加快，啟動電流是常規(guī)空調的1/7；而且變頻空調的運轉過程中通過控制壓縮機頻率減少了開停機的次數，有效的降低了耗電量。沒有忽冷忽熱的毛病，因為變頻空調是隨著溫度接近設定溫度而逐漸降低轉速，逐步達到設定溫度并保持與冷（熱）量損失相平衡的低頻運轉，使室內溫度保持穩(wěn)定；①制冷、制熱的速度比常規(guī)空調快1?2倍。變頻空調采用電子膨脹節(jié)流技術，微處理器可以根據設置在膨脹閥進出口、壓縮機吸氣管等多處的溫度傳感器收集的信息來控制閥門的開啟度或者控制壓縮機頻率的高低，以達到快速制冷、制熱的目的。④節(jié)能：由于變頻空調通過內裝變頻器，隨時調節(jié)空調機心臟——壓縮機的運轉速度，從而做到合理使用能源；Q噪音低：由于變頻空調在接近設定溫度后，壓機轉速也將迅速降低，運行噪音也隨之減少Q溫控精度高：它可以通過改變壓縮機的轉速來控制空調機的制冷（熱）量。其制冷（熱）量有一個變化幅度，如36變頻的制冷量變化為360-400W，制熱量變化為300-6800W，因此室內溫度控制可精確到土0.5°C），使人體感到很舒適；Q調溫速度快：當室溫和設定溫度相差較大時，變頻空調一開機，即以最大的功率工作，使室溫迅速上升或下降到調定溫度，制冷（熱）效果明顯；?電壓要求低：變頻空調對電壓的適應性較強，有的變頻空調甚至可在150V?260V電壓下啟動；

Q環(huán)境溫度要求低：變頻空調對環(huán)境溫度的適應性準強，在的甚至可在-15°C的環(huán)境溫度下啟動；二、變頻空調器如何節(jié)能？怎樣才能節(jié)能?合理的頻率調節(jié)對節(jié)能的作用壓縮機根據用戶的需要（設定溫差）來決定運行頻率，確保在用戶需求大的時候高速運行，在達到或接近目標溫度的時候以低頻運行，有效的降低輸入功率，而且盡可能以低頻運行不停機的方式運行，以減少停機啟動造成的功率損失，充分合理的運用電能達到節(jié)能的目的。變頻空調器的優(yōu)勢溫度變化曲線I、II是變能力空調器，III是普通定速空調器。能力變化范圍較大的空調器I調節(jié)溫度的速度史快，達到設定溫度后，溫度波動史??；能力變化范圍較小的空調器II的調節(jié)溫度表現(xiàn)次之；而普通空調因不能加速運轉，因此達到設定溫度所需時間更長，達到設定溫度后，輸出能力固定，只能以“開”與“關”的方式控制溫度，室溫會在-?個較大范圍內變化壓縮機對節(jié)能的作用壓縮機的效率直接影響到空調的效率，在相同的條件下，定速壓機的效率往往是最低的，交流變頻壓縮機稍高，目前最好是直流壓縮機，直流壓機的特點：采用了永磁體轉子，轉子無繞組。沒有銅損，不需勵磁電流，是電機的損耗大大降低，電機效率較高。良好的轉矩特性，控制時無轉差率。運行電流受退磁電流的限制，在高負荷運行時，應注意過電流保護?？照{壓機的基本結構空調壓機是一個封在一起的，同軸的電機和壓縮泵組合體。如下圖所示。常用直流壓機的介紹

分類方法類型分類方法類型各自優(yōu)優(yōu)缺點電根據壓縮機中電機的不同分類直流壓縮機根據永磁體的材料不同鐵氧體永磁體優(yōu)點：材料成本較低。噪音相對較好缺點：去磁電流也較低，相電流較大稀土永磁體優(yōu)點：運行相電流較小，有較大的去磁流缺點：噪音相對較大。根據定子的繞線工藝不同集中卷壓縮機優(yōu)點：成本低，效率高缺點：轉矩脈動大，運行噪音高分布卷壓縮機優(yōu)點：轉矩脈動小，運行噪音低缺點：成本高，效率相對略低交流變頻壓縮機可變頻，驅動簡單，效率較低定速壓縮機不能變頻，在常見的壓機中根據電機的不同可分為：直流壓機、交流壓機、變頻壓機、定速壓機等。在直流壓機中根據永磁體材料的不同可分為：鐵氧體永磁壓機、稀土永磁壓機。按定子繞線工藝不同又分為：集中卷壓縮機、分布卷壓縮機。根據壓縮泵的不同可分為：在常見的壓機中根據電機的不同可分為：直流壓機、交流壓機、變頻壓機、定速壓機等。在直流壓機中根據永磁體材料的不同可分為：鐵氧體永磁壓機、稀土永磁壓機。按定子繞線工藝不同又分為：集中卷壓縮機、分布卷壓縮機。根據壓縮泵的不同可分為：單轉子壓機（單缸壓機）、雙轉子壓機（雙缸壓機）、渦漩壓機等。C.以上各類型的壓機，有著各自的特點及優(yōu)缺點見下表：雙贛子壓蟾機剖也圖根據壓縮泵的不同分類單轉子壓縮機（單缸壓機）優(yōu)點：成本低。缺點：轉矩脈動大，運行噪音高雙轉子壓縮機（雙缸壓機）優(yōu)點：轉矩脈動小，運行噪音低缺點：成本較高。渦旋壓縮機優(yōu)點：成本高，效率高，運行噪音低缺點：成本最高。3.電子膨脹閥對節(jié)能的作用里.定速空調采用定速運行和固定毛細管的方式截流，只能保證額定工況下系統(tǒng)效率最高。變頻空調若采用固定毛細管的方式截流，也只能保證額定頻率下系統(tǒng)效率最高。但可通過調整頻率，合理利用有效功率，來達到節(jié)能的目的。c.變頻空調若采用電子膨脹閥的方式截流，則可保證空調在整個頻率范圍內，不同工況下都會讓系統(tǒng)發(fā)揮出較高的效率和更加合理利用有效功率，達到更好的節(jié)能效果。4、直流風機對節(jié)能的作用風機是室內外換熱器充分換熱的重要部件，也是耗能的部件，內機PG電機的功耗—般在30-70W左右，外機抽頭電機的功耗一般在80-180W而且效率一般都非常低尤其

在低速，效率一般在50%以下，甚至只有30%,為了提高整機的效率，可采用效率較高的直流電機可使電機的效率提高到80%以上，節(jié)省50-100W的功率，但成本會較高，一般只有在高效機型上。5、PFC方案及控制器對節(jié)能的影響PFC是降低或消除電源諧波電流的電路，分有源和無源PFC，可以起到電源的提高功率因數和諧波電流的作用，同時有源PFC電路可以起到提高和穩(wěn)定直流電壓的作用，這點對于高效壓機是必須是的。在電源由交流整流為直流的過程中，因為整流的過程是非線性的，因此導致交流供電電路諧波電流大，功率因數低，滿足不了國家的CCC認證規(guī)定中對諧波電流的要求，功率因數也比普通的低60%左右。通過在整流回路串聯(lián)電感方式（即無源PFC）可降低諧波電流，提高功率因數，該電路功率因數可達85%?90%，但在1.5P以上的空調難以滿足CCC認證要求；而有源PFC可以解決這個問題，采用PWM調制的方式可得到良好的電流波形，功率因數可達到99%以上，滿足國家CCC認證的要求，同時輸出直流電壓的波形也得到了改善，但是需要的成本高。另外幾乎所有的高效壓機都需要較高的直流電壓才能發(fā)揮出最大運行能力。但PFC電路的加入，會引入額外的能耗的增加，但合理的于高效壓機配合使用，整機的效率還可以大大提升的。IINVERTERDRIVE何謂IINVERTERDRIVE何謂PAM，為什么要加PAM？_.PAM即脈沖幅度調制;在使用高能效壓縮機或對電源要求較高的情況下，可根據需要動態(tài)提升電源電壓，并且較好的解決了諧波電流的問題；缺點是成本高。

(A)PWMCircuitComposition(B)PAMCircuitComposition6、關于待機功耗(A)PWMCircuitComposition(B)PAMCircuitComposition我們正常的空調在待機時通常會有7W左右，但也會消耗用戶的電流，在國外，有部分發(fā)達的國家提出要求，待機時要求小于1W,我國將來也會強制要求，作為空調空調能耗判定的標準之一。變頻空調的組成及基本控制單元三、基本組成變頻空調器主要由室內控制模塊，室外控制模塊兩大部分組成。室外控制模塊又由PFC、IPM、室外主控模塊組成。圖2-1是數字變頻空調控制系統(tǒng)的整體框圖。

整機系統(tǒng)框圖A、室內控制部分，及完成的主要功能室內機部分以室內專用控制芯片為中心，由遙控器、信號接收器、傳感器、風扇電動機驅動回路等組成。室內控制板接收遙控器發(fā)送的指令，按照指令進行模式設置，并且通過電力線通信接口與室外機控制板交換信息。室內機組件圖形如下：內外機通信蜂鳴器步進電機PG風機RenesasOc314主電源繼電器遙控接收LED顯示室內溫度盤管溫度雙向可控硅?*驅動陣列過零檢測內外機通信蜂鳴器步進電機PG風機RenesasOc314主電源繼電器遙控接收LED顯示室內溫度盤管溫度雙向可控硅?*驅動陣列過零檢測―*EEPROM室內機控制電路方框圖叫I1KX5IK31K胡I：Mt卜同Lit］教LJE1JJT?接收并處理遙控器發(fā)出的信號，結合系統(tǒng)狀態(tài)控制系統(tǒng)運行;?室外控制板通訊，控制室外機的運行模式并接收室外控制板返回的系統(tǒng)狀態(tài)信息?控制室外機主電源；?室內溫度與盤管溫度采集；?控制室內PG風機的運行和轉速；?控制室內擺頁電機的擺動和位置；?利用LED顯示工作狀態(tài)及故障指示等;?遙控器設置及系統(tǒng)設置信息的存儲。B、室外控制部分及主要功能室外機部分以系統(tǒng)控制專用芯片為中心，由電源板、整流單元、逆變單元、傳感器、室外風機及閥門控制部件等組成。室外控制單元根據室內控制單元的指令，控制空調器室

過負荷外部分的運行，并能夠獨立進行特殊狀態(tài)運行，包括化霜運行、欠壓保護運行、保護運行、壓縮機過熱保護運行等。過負荷外機可以通過LED顯示24種故障和保護，有效及可靠的保證了空調的運行。圖3-7是室外控制單元的示意圖。室外機控制方框圖

室外機控制單元主要完成如下功能：室外機控制方框圖?與室內控制板通訊，接收室內控制板命令及溫度并返回外機的狀態(tài)；?室外環(huán)境溫度、盤管溫度以及壓縮機溫度采集；?控制室外風機的運行；?采用三項合成的方式，通過IPM模塊對壓縮機轉速進行調整；?制熱/制冷控制，即控制四通換向閥的動作；?采用LED顯示24種保護及故障；C、壓縮機驅動部分及主要功能壓縮機驅動部分主要包括IPM模塊，和位置檢測電路，IPM即智能功率控制模塊，主要根據控制芯片來輸出不同的PWM脈沖，控制壓縮機的轉速。達到調試的目的。位置檢測電流通過反電動勢來判斷壓縮機轉子的位置，從而給出給壓縮機施加電流的時間，達到時時控制壓縮機轉速的目的。D、本公司變頻空調軟件的創(chuàng)新之處1、頻率控制上采用PID積分的方法，能夠自適應房間的大小調整目標頻率，快速的調節(jié)房間的溫度。2、控制參數采用EE自刷新FLASH技術，即在修改主控程序和壓縮機參數時，可以直接更改EE中的數據，在下次機器運行時，就可以直接把EE中的數據導入芯片F(xiàn)LASH中，空調就會按照新修改的數據運行。3、通信上采用單一通道實現(xiàn)雙波特率傳輸以及采用室外主發(fā)的通信方式。4、AD采樣采用十位精度AD表，從而使壓縮機因溫度變化升降頻率控制在5HZ內，有效的減小的壓縮機升降頻帶來的噪聲。5、壓縮機低溫啟動采用繞住加熱的方式啟動。四、變頻空調的核心-直流變頻壓機極其驅動直流變頻壓機的驅動直流無刷電機：直流無刷電機與普通的交流電機或有刷直流電機的最大區(qū)別在于其轉子是由稀土材料（或鐵氧體）的永久磁鋼構成，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、調速性能好、無渦流損失。所以，直流變頻空調相對與交流變頻空調而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。A.基本原理：、以、右些女田克衛(wèi)L+田M我力Mrh）瘩中親土田\甘止》數學模型RLHighMotorVoltagePWMdutyRLHighMotorVoltageLodeTorqueMotorTorque無刷直流電機轉子定位過程示意圖基于端電壓的反電動勢檢測電路BLMB.奧克斯變頻空調變頻驅動介紹該驅動電流波形圖5、180°直流變頻壓機驅動簡介及120°驅動的對比分析在技術發(fā)展的今天，直流變頻空調憑著高效節(jié)能的優(yōu)點，已迅速的進入空調市場，并且將逐步取代交流變頻空調，成為市場的主力。但是由于直流空調目前多采用120°方波驅動，使得運行噪音較大，影響了直流空調的進一步的推廣。因此，新的控制算法180°正弦波驅動方案被逐步應用到壓機的驅動上。該算法運用最新的DSP控制技術，在一定的程度上降低了直流空調的運行噪音。使得直流空調運行噪音顯著降低2DB?6DB，運行電流波形變的更加平滑合理，滿足了廣大消費者的需求。A.180°驅動簡介位置檢測的方法：檢測壓機運行的相電流確定壓機的物理參數c?估算壓機的反電勢推算壓機轉子的位置硬件電路如下：FIGURE5:3-PHASETOPOLOGY115/230VACPWM1L_If.空間矢量簡介g.FOC控制簡介0FOC控制-Park變換Miu心仁mid=iacos9n-i+ipsin0n-iiq=-iasin0n-i+ipcos0n-iFOC控制.PI調節(jié)器Err=InRef-FBU=Sum+Kp*ErroutTOC\o"1-5"\h\zif(U>Outmax)--x-xInRef—*(y)——Kperr+KiIerrdt—?Out=Outmax|二elseif(U<Outmin)-