變頻空調(diào)維修技術(shù)

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 C降頻控制，溫度波動范圍1 C 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150 V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/關(guān)控制，除濕時有冷

2、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(hù)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(jī)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)省了電力。變頻空

3、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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系，不同結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)此關(guān)系式不同N 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速綜合上兩式，就可以通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)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(jī)停，室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度 1度，壓縮機(jī)重 新開啟

4、。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(jī)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(jī)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180V左右時，壓縮機(jī)就不

5、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(jī)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速恒定，0C以下壓縮機(jī)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(jī)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(jī)時或室內(nèi)外溫差較大時，可實現(xiàn)高頻強勁運轉(zhuǎn)。9.

6、 保護(hù)功能常規(guī)空調(diào)每次發(fā)生電流等保護(hù)均需停壓縮機(jī)；變頻空調(diào)每當(dāng)發(fā)生保護(hù)時均以適當(dāng)?shù)慕殿l運轉(zhuǎn)予以緩沖，可實現(xiàn)不停機(jī)保護(hù)，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(jī)是采用交流還是直流電機(jī)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(jī)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(jī)， 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)速的比值，我們稱之為轉(zhuǎn)差率，用s來表示，

7、即式中，f 電流頻率p 電機(jī)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(jī)的供電頻率，電機(jī)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(jī)在運行時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E1 為：式中， k 電機(jī)繞組系數(shù)； N1 每相定子繞組匝數(shù)一每極磁通 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(jìn)一步增 大磁通，將使電機(jī)的鐵心飽和，從而導(dǎo)致電機(jī)中流過很大的勵磁電流，增加電機(jī)的銅損耗和鐵損耗，嚴(yán)重時會 因繞組過熱而損壞電機(jī)。而磁通的減小，則鐵心未得到充分的利用，使

8、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(jī)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（VairbleVoltage VaribeFrequency） ，簡稱為 V/F 變頻控制。 現(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(jī)性能決定 下表為部分變頻壓縮機(jī)的性能參數(shù)壓縮機(jī)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/rev2030W4398W

9、130Hz180V/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/85Hz138V

10、/60Hz 2KV250N7AA0325ml/rev5315W11500W120Hz180V/100Hz113V/60Hz2. 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(jī)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

11、效果。這種方法稱為PWM（ PuleWidth 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(jī)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(jìn)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(jìn)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?圖所示）。這樣，輸出到電動機(jī)的脈沖序列就

12、可以使得負(fù)載中的電流高次諧波成分大為減小，從而提高了電 機(jī)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(jī)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(jī)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（IntelligentPowerModule） 模塊加上周圍的電路

13、（如開關(guān)電源電路）組成。 IPM 是一種智能的功率模塊，它將 IGBT 連同其驅(qū) 動電路和多種保護(hù)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。現(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(jìn)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(jìn)。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(jī) V/F 曲線的控制并提供各種保護(hù)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

14、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一DSP。DSP即DigitalSignalProcessor是數(shù)字信號處理器的簡稱，與一般的單片機(jī)相比， DSP在運算速度、信號的處理、電機(jī)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(jìn)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(jī)的控制性能。整機(jī)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(jī)作為壓縮機(jī)，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(jī)作為壓縮機(jī)的空調(diào)器稱為 “直流變頻空調(diào) ”從概念

15、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，對于采用無刷直流壓縮機(jī)的空調(diào)器 就稱之為直流變頻空調(diào)。無刷直流電機(jī) 無刷直流電機(jī)與普通的交流電機(jī)或有刷直流電機(jī)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(jī)由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子，把普通直流電 機(jī)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(jī)所必須的電刷， 而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機(jī)相似，所以把這種電機(jī)稱為無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)既克服了傳 統(tǒng)的直流電機(jī)的一些缺陷，如電磁干擾、噪聲、火花可靠性差、壽命短，

16、又具有交流電機(jī)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(jī)在運行時，必須實時檢測出永磁轉(zhuǎn)子的位置，從而進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動控制，以驅(qū)動電機(jī)換 相，才能保證電機(jī)平穩(wěn)地運行。實現(xiàn)無刷直流電機(jī)位置檢測通常有兩種方法，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；二是檢測出無刷直流電機(jī)相電壓，利用相電壓的采樣信號進(jìn)行運算 后得出。在無刷直流電動機(jī)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(jī)都采用后一 種方法進(jìn)行電機(jī)換相。直流