變頻空調(diào)的電路基本原理

1、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，

2、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 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

3、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。V-f曲線由變頻壓縮機性能決定 (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

4、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。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

5、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載中的電流高次諧波成分大為減小，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（Intel

6、ligent 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，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。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)

7、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 Signal 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。 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，對于采用無刷直流

8、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)相對與交流變頻空調(diào)而言，具

9、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