第一講交流變頻空調(diào)原理

手把手教你學(xué)空調(diào)電路板（變頻版）主講：李想策劃：胡敬華

電話：微信號(hào)：lixiang變頻空調(diào)的工作原理1：變頻控制的發(fā)展歷史：1964年，德國(guó)的A·Schonung等提出脈寬調(diào)制變頻技術(shù)（PulseWidthModulation）。這種調(diào)速控制技術(shù)的核心部件是逆變器——將直流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電的裝置。隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，逆變器的功率、功能日益強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。三洋公司從1974年開(kāi)始生產(chǎn)變頻空調(diào)器，目前三洋公司在日本本土生產(chǎn)的空調(diào)器中，變頻空調(diào)器的產(chǎn)量約占80％。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家里，變頻空調(diào)在家庭中的普及率已達(dá)60％。國(guó)外變頻空調(diào)品牌主要有日本三洋、松下、日立、大金、夏普等。國(guó)產(chǎn)變頻空調(diào)主要有海信、海爾、美的、格力等品牌。2：交流變頻空調(diào)的基本原理：在敘述變頻空調(diào)器的工作原理前，讓我們先熟悉一下異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行原理：異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組流過(guò)電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，因而產(chǎn)生感應(yīng)電流。此電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間相互作用，便產(chǎn)生電磁力。一般說(shuō)來(lái)，P極的異步電動(dòng)機(jī)在三相交流電的一個(gè)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)2／P轉(zhuǎn)，所以表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的同步速度N0與極數(shù)P、電源頻率f的關(guān)系可用下式表示：N0=120/P×f（r／min）

但異步電動(dòng)機(jī)要產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，同步速度N0與轉(zhuǎn)子速度N1必須有差別，其速度差與同步速度的比值S稱(chēng)為“轉(zhuǎn)差率”，所以轉(zhuǎn)子速度N1，可用下式表示：N1＝120／p×f（1一S）（r／min）

由上式可知，改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率f，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1。2：交流變頻空調(diào)的基本原理：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)E1為：E1=4.44kfN1Φ式中，k—電機(jī)繞組系數(shù)；

N1—每相定子繞組匝數(shù)

Φ—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：

U1≈E1=4.44kfN1Φ(U1為壓縮機(jī)定子電壓)即：Φ=（1/4.44kfN1）×（U1/f）由上式可知，磁通Φ與U1/f成正比。對(duì)于磁通Φ，我們通常是希望其保持在接近

和值，如果進(jìn)一步增大磁通Φ，將使電機(jī)的鐵心飽和，從而導(dǎo)致電機(jī)中流過(guò)很大的勵(lì)磁電流，增加電機(jī)的銅損耗和鐵損耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。而磁通Φ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Φ恒定，即要保持U1/f恒定，改變頻率f的大小時(shí)，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)速的方法我們稱(chēng)為VVVF（Vairble

VoltageVaribeFrequency)，簡(jiǎn)稱(chēng)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(lái)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的下圖為變頻空調(diào)器的V-f曲線圖，V-f曲線圖由變頻壓縮機(jī)性能來(lái)決定。4：實(shí)現(xiàn)V/f變頻控制的方法：

主回路直流ACIPM功率輸出模塊壓縮機(jī)交流波形控制信號(hào)控制基板交流RTSUVWRSTRSTR-S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(jiǎn)單地來(lái)說(shuō)，就是在進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，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(shí)，脈沖的寬度也最大，當(dāng)正弦波幅值為最小值時(shí)，脈沖的寬度也最?。ㄈ鐖D4所示）。這樣，輸出到電動(dòng)機(jī)的脈沖序列就可以使得負(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(diǎn)概括起來(lái)就是“等幅不等寬，兩頭窄中間寬”。3：交流變頻控制器的原理框圖它主要是由以下環(huán)節(jié)組成，即整流器、濾波器、功率逆變器。變頻器中的電腦控制系統(tǒng)，對(duì)各取樣點(diǎn)傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析處理，并經(jīng)內(nèi)部波形產(chǎn)生新的控制信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大去控制變頻開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的模擬三相交流電壓，供給壓縮機(jī)。整流濾波原理：整流器是將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電的裝置，采用硅整流元件橋式連接，整流器結(jié)構(gòu)可分為單相和三相電源輸入。一般變頻空調(diào)器電控率在2kW以下多采用單相電源輸入，當(dāng)電控率在2kW以上時(shí)，多采用三相電源輸入。單相和三相整流電路的不同之處只是在電流中多增加了2個(gè)整流二極管。濾波電路的作用是使輸出直流電壓平滑且得到提高，常采用大容量電容器，電容量一般在1500～3000uF之間。因該電容器量大，放電時(shí)間長(zhǎng)，所以在檢修變頻器時(shí)先需將電容放電。放電時(shí)用二根導(dǎo)線通過(guò)一個(gè)500Ω的大功率電阻并聯(lián)在電容二端，檢修時(shí)如不放電，將會(huì)造成人員傷亡事故。

交流220V經(jīng)整流硅橋整流、電解電容濾波輸出的約300V的峰值電壓。此電壓正極經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器的繞組加到芯片內(nèi)集成開(kāi)關(guān)管的漏極D上；負(fù)極接開(kāi)關(guān)管源極S。4：實(shí)現(xiàn)V/f變頻控制的方法：

主回路直流ACIPM功率輸出模塊壓縮機(jī)交流波形控制信號(hào)控制基板交流RTSUVWRSTRSTR-S功率逆變器原理。功率逆變器（又稱(chēng)變頻模塊）是將直流電轉(zhuǎn)換為頻率與電壓可調(diào)的三相交流變頻裝置，變頻空調(diào)上通常采用6個(gè)IGBT構(gòu)成上下橋式驅(qū)動(dòng)電路。以功率晶體管為開(kāi)關(guān)元件的交—直—交電路中，控制線路使每只功率晶體管導(dǎo)通180℃，且同一橋臂上兩只晶體管一只導(dǎo)通時(shí)，另一只必須關(guān)斷。相鄰兩相的元件導(dǎo)通相位差在120℃，在任意360℃內(nèi)都有三只功率管導(dǎo)通以接通三相負(fù)載。當(dāng)控制信號(hào)輸出時(shí)，A+、A-、B+、B-、C+、C-各功率管分別導(dǎo)通，從而輸出頻率變化的三相交流電使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，多采用IPM（IntelligentPow