變頻空調(diào)的原理

 變頻控制器的原理如圖 1.2.4所示，它主要山以下環(huán)節(jié)組成：整流器、濾波器、功率逆變器。變頻器中的電腦控制系統(tǒng)，對各取樣點(diǎn)傳來的信號進(jìn)行分析處理，并經(jīng)內(nèi)部波形產(chǎn)生新的控制信號，再經(jīng)驅(qū)動放大去控制變頻開關(guān)，產(chǎn)生相應(yīng)頻率的模擬三相交流電壓（ SPWM 波形如圖1.2.5 所示），供給壓縮機(jī)。

 ( l ）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，采用硅整流元器件橋式連接。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)器電功率在 Zkw 以下時多采用三相電源輸入。當(dāng)電功率在2kw 以上時，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路中多增加了2個整流二極管。濾波電路的作川是使輸出的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1500~3000 mF之間。

 

因該電容器容貸大，放電時間長，所以在檢修變頻器時必須先將電容放電。放電時用兩根導(dǎo)線通過一個500W以內(nèi)大功率電阻并聯(lián)在電容兩端，檢修時如不放電，將會造成人員傷亡事故。

 

( 2 ）功率逆變器原理

功率逆變器（又稱變頻模塊）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，如圖 1.2.6 所示，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。以功率晶體管為開關(guān)元器件的交一直一交電路中，控制電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，另一只必須關(guān)斷。相鄰兩相的元器件導(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)控制信號輸出時， A ＋、 A 一、 B ＋、 B 一、 C ＋、 c 一各功率管分別導(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(Intelligent Power Module ）模塊加上周圍的電路（如開關(guān)電源電路）組成。 IPM 多采用一種智能變頻模塊，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(jì)！提高了整個系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)在變頻空調(diào)常用的 IPM 模塊有日本的三菱和三洋 IPM 系列，其實(shí)物如圖 1.2.7 所示。

 

 ( 3 ）直流變頻空調(diào)的原理

直流變頻空調(diào)其關(guān)鍵在于采用了無刷直流電動機(jī)作為壓縮機(jī)，其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。我們把采用無刷直流電動機(jī)作為壓縮機(jī)的空調(diào)器稱為“直流變頻空調(diào)”從概念上來說是不確切的，因?yàn)橹绷麟娛菦]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)。

 

無刷直流電動機(jī)與交流的交流電動機(jī)或有刷直流電動機(jī)的最大差別在于其轉(zhuǎn)子足由稀上材料的永久磁鋼構(gòu)成的，定子采用整距集中繞組。簡單地說，就是把普通直流電動機(jī)山永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子，把普通直流電動機(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動機(jī)所必需的電刷，而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機(jī)相似，所以把這種電動機(jī)稱為無刷直流電動機(jī)。無刷直流電動機(jī)既克服了傳統(tǒng)的直流電動機(jī)的一些缺陷，如電磁譯：擾、噪聲、火花下．丁鉆性龍、壽命短，又具有交流電動機(jī)所不具有的一些優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好、無渦流損失。

 

所以，直流變頻空調(diào)相對于交流變頻空調(diào)而言，具有更大的竹能優(yōu)勢。由于無刷直流電動機(jī)在運(yùn)行時，必須實(shí)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)動電動機(jī)換相，才能保證電動機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行。

 

實(shí)現(xiàn)無刷直流電動機(jī)位置檢測通常有兩種方法：

一是利川電動機(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動機(jī)相電壓，利川相電壓的采樣信號進(jìn)行運(yùn)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)子位胃檢測信號用于捕捉感應(yīng)電幾，通過專門設(shè)計(jì)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)都采川后一種方法進(jìn)行電動機(jī)換相。

 

( 4 ）直流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)的區(qū)別

 

交流變頻空調(diào)是將工頻市電220V 轉(zhuǎn)換為 3 10V 直流電源，并把它送到功率模塊（由晶體管開關(guān)等組合）。同時模塊受微電腦送來的控制信號控制，輸出頻率可變的電源（合成波形近似正弦波），使壓縮機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源的頻率變化而變化，從而可控制壓縮機(jī)的排量，快速地調(diào)節(jié)制冷量和制熱量。

 

直流變頻空調(diào)器同樣是把工頻市電220V 轉(zhuǎn)換為直流電源，并送至功率模塊，變頻模塊侮次睜通兩個三極管（ A＋、 A一不能同時導(dǎo)通， B＋、 B一不能同時導(dǎo)通， C＋、 C一不能同時導(dǎo)通），給兩相線圈通以直流電，同時模塊受微電腦的控制，輸出電壓可變的直流電源（這里沒有逆變過程），并將直流電源送至壓縮機(jī)的直流電動機(jī)，控制壓縮機(jī)的排從。從圖 1.2 .6中可以看出，直流變頻相比交流變頻多了一個位置檢測電路，使得控制更精確。

 

變頻空調(diào)的特點(diǎn)

變頻空調(diào)器實(shí)現(xiàn)了對壓縮機(jī)的變頻控制，這樣當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷加大時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在微電腦控制下加快運(yùn)轉(zhuǎn)，制冷量（或制熱量）也相應(yīng)增加；

當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷減小時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在微電腦控制下則按比例減小。變頻空調(diào)器只有高效、節(jié)能、啟動運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、故障判斷自動化等特點(diǎn)。

這種空調(diào)可以節(jié)省電能 20 %~ 30 % ，電源輸出頻率范圍為 15~150Hz 時，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速在1500 ~9000r/min 變化。變頻空調(diào)器較定頻空調(diào)器的優(yōu)點(diǎn)如表 1.2.1所示。

 

來源：制冷空調(diào)換熱器技術(shù)聯(lián)盟