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变频空调电控调测试原理一、定频变频电源的简介1、定频电源我们日常的生活用电及工业用电大都是恒压（220V或380V）、定频（50Hz，60Hz）的交流电源，电压是稳定在标准范围内，频率也是稳定,定频电源设备的控制方式简单可靠、成本低，主要以电源开关、继电器及可控硅为主要控制器件，但其输出功率恒定功率因素较难补偿。定频空调采用定频压缩机，输出的制冷、制热能力恒定。使用继电器进行控制及启动室内风速使用可控硅调速成本低、电路简单。但这行过程中温度波动大，能耗大。2、变频电源变频技术随着微电子学、电力电子技术微电脑控制技术的发展，已得到越来越多的运用。变频电源是频率、电压都可改变的电源，频率可以在10~15HZ范围内均匀地调节，故调速范围宽，调速精度高运行平稳。广泛地被用于如空调、洗衣机等家电产品及冶金、机械、纺织、食品等其他行业的设备上。二、变频空调的优缺点变频空调使用变频压缩机，三相交流电感应异步电动机、无刷直流电机和永磁同步交流电机等，其输出的制冷、制热能力根据运行频率变化而变化。压缩机运行频率可在20HZ~130HZ之间调节。但需要专用的变频驱动电路及控制芯片。变频空调同常规空调相比有以下优点：1、变调空调可以快速制冷、制热定频空调压缩机只有一种转速，制冷、制热量恒定不可能实现满负荷时的强劲运转。而变频空调在刚开机时或室内外温差较大时，可实现高频强劲运转，从而快速制冷或制热。2、温度波动小以制冷状态为例，常规空调的温度调节方法,室内温度达到设定温度压机停，室内温度高于设定温度1度，压缩机重新开启。变频空调的温度调节方法，室温每降低0.5度，运转频率就降低一档，相反，室温每升高0.5度，运转频率就升高一档，即室温越高，运转频率越大，以便空调快速制冷，室温越接近设定温度，运转频率就越小，提供的制冷量也越小，以维持室温在设定温度附近，温度波动小。3、节能常规空调的制冷能力随着室外温度的上升而下降，而房间热负荷随室外温度上升而上升，这样，在室外温度较高，本需要空调向房间输出更大冷量时，常规空调往往制冷量不足，影响舒适性；而在室外温度较低时，本需要空调向房间输出较小冷量，常规空调往往制冷量过盛，白白浪费电力。而变频空调通过压缩机转速的变化，可以实现制冷量随室外温度的上升而上升，下降而下降，这样就实现了制冷量与房间热负荷的自动匹配，改善了舒适性，节省了电力。常规空调开/关方法控制，压缩机开关频繁，耗电多。变频空调自动以低频维持室温基本恒定，避免压缩机频繁开启，比常规空调省电30%左右。4、启动，运转平稳常空调以定频启动，定速运转，启动冲击大，影响压缩机的使用性能，而变频空调低频启动，变频运转，启动平稳，运转平稳。5、低电压运转性能常规空调在电压低于180V左右时，压缩机就不能启动，而变频空调在电压很低时，降频启动，降低启动时的负荷，最低启动电压可达150V。6、热冷比常规空调制冷、制热压缩机转速一样，只能通过系统匹配提高热冷比，局限性很大。变频空调制热时压缩机转速比制冷时高许多，所以热冷比可高达140%以上。（制热时最高运转频率往往要比制冷最高运转频率高20Hz左右）7、保护功能常规空调每次发生电流等保护均需停压缩机；变频空调每当发生保护时均以适当的降频运转予以缓冲，可实现不停机保护，不影响用户的使用。8.变频空调的缺点室外控制电路复杂，易出故障；元器件一致性、工艺水平要求高；驱动算法复杂，难以掌握和推广；造价较高，短时间内难以普及。三、变频空调的电路基本原理变频空调根据压缩机是采用交流还是直流电机可分为交流变频和直流变频两种。1.交流变频空调交流变频空调的压缩机采用三相交流感应式异步电动机；驱动电压采用交－直－交变换方式；驱动方式采用电压空间矢量控制方式；压缩机运行频率根据驱动电压的变化而变化，形成V－F对应曲线。（1）基本原理变频压缩机依据原理：n=60f(1-s)/p(n—压缩机转速，f—压缩机供电频率，p—电机极对数，s—转差率)通过改变压缩机的供电频率f，在p与s不变的情况下，压缩机运转速度n就会跟随供电频率f的变化而变化。由上式可知，磁通Φ与U1/f成正比。对于磁通Φ，我们通常是希望其保持在接近饱和值，如果进一步增大磁通Φ，将使电机的铁心饱和，从而导致电机中流过很大的励磁电流，增加电机的铜损耗和铁损耗，严重时会因绕组过热而损坏电机。而磁通Φ的减小，则铁心未得到充分的利用，使得输出转矩下降。这样，由上式可知，要保持Φ恒定，即要保持U1/f恒定，改变频率f的大小时，电机定子电压U1必须随之同时发生变化，即在变频的同时也要变压。这种调节转速的方法我们称为VVVF（VairbleVoltageVaribeFrequency），简称为V/F变频控制。现在变频空调的控制方法基本上都是采用这种方法来实现变频调速的。(2)交流变频控制器的原理框图变频控制器的原理框图如下所示，220V/50Hz的市电经整流滤波后得到300V左右的直流电，此直流电经过逆变后，就可以得到用以控制压缩机运转的变频电源。（3）利用脉宽调制（SPWM）来实现V/F变频控制的方法脉宽调制（PWM）（PuleWidthModulation）：在输出电压每半个周期内，把输出电压的波形分成若干个脉冲波，由于输出电压的平均值与脉冲的占空比（脉冲的宽度除以脉冲的周期称为占空比）成正比，所以在调节频率的同时，不改变脉冲电压幅度的大小，而是改变脉冲的占空比，可以实现变频也变压的效果所谓SPWM调制，简单地来说，就是在进行脉宽调制时，使脉冲序列的占空比按照正弦波的规律进行变化，即，当正弦波幅值为最大值时，脉冲的宽度也最大，当正弦波幅值为最小值时，脉冲的宽度也最小（如下图所示）。这样，输出到电动机的脉冲序列就可以使得负载中的电流高次谐波成分大为减小，从而提高了电机的效率。SPWM波形的特点概括起来就是“等幅不等宽，两头窄中间宽”。2.直流变频空调基本原理及结构压缩机采用无刷直流电机（或永磁同步交流电机）；无刷直流电机绕组采取分布卷绕制方式；永磁同步交流电机绕组采取集中卷绕制方式；驱动电压也是采用交－直－交变换方式；驱动方式采用方波驱动方式（分布卷）及正弦波驱动方式（集中卷）；需要进行位置检测并进行电子换相。直流变频概念:我们把采用无刷直流电机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。无刷直流电机:无刷直流电机与普通的交流电机或有刷直流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永久磁钢构成，定子采用整距集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电机称为无刷直流电机。无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火花可靠性差、寿命短，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。转子位置检测:由于无刷直流电机在运行时，必须实时检测出永磁转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电机换相，才能保证电机平稳地运行。实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法，一是利用电机内部的位置传感器（通常为霍尔元件）提供的信号；二是检测出无刷直流电机相电压，利用相电压的采样信号进行运算后得出。在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电。一般无法对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用线，捕捉到感应电压，通过专门设计的电子回路转换，反过来控制给定子线圈施加方波电压；由于后一种方法省掉了位置传感器，所以直流变频空调压缩机都采用后一种方法进行电机换相。直流变频空调与交流变频空调的电控区别交流变频空调的变频模块按照SPWM调制方法，通过三极管的通断，给压缩机三相线圈同时通电，压缩机为一三相交流压机。直流变频空调的变频模块每次导通二个三极管（A+、A-不能同时导通，B+、B-不能同时导通，C+、C-不能同时导通），两相线圈通以直流电，驱动转子运转，另一相线圈不通电，但有感应电压，根据感应电压的大小可以判断出转子的位置，进而控制绕组通电顺序。直流变频相比交流变频多一位置检测电路。下图为直流变频空调的电路原理图：下图为直流变频空调压缩机各绕组电压控制例图直流变频空调可分为两类，一类是只有压缩机采用无刷直流电机；二是不仅压缩机，还包括室内风机、室外风机都采用了无刷直流电机，而且制冷剂的调节方式也由毛细管变为电子膨胀阀，这就是全直流变频空调。3.变频空调电控原理变频空调电控分为室内电控及室外电控两部分。室内电路又细分为电源电路、通信电路、风机驱动电路、过零检测电路、温度采集温度、主芯片控制电路、显示驱动电路等。相对定频空调，变频空调的室内电控多了一个通信电路，其余电路基本相同（无四通阀、压缩机控制电路）。室外电路又细分为电源滤波电路（强电）、通信电路、风机/四通阀驱动电路、温度采集温度、主芯片控制电路、电压/电流采样电路、功率因数校正电路（PFC）、整流电路、开关电源电路、压缩机驱动电路（IPM）等。目前美的变频空调一般是将开关电源电路及压缩机驱动电路单独做在一块电路板上。4.变频空调主要元器件:变频模块变频模块是实现由直流电转变为交流电从而驱动压缩机运转的关键器件，又称为IPM（IntelligentPowerModule）模块。它是一种智能的功率模块，它将6个IGBT管连同其驱动电路和多种保护电路封装在一起，从而简化了设计，提高了整个系统的可靠性。从其驱动电路使用的电源数目又可分为单电源与四电源两种。主要厂家：日本三菱、三洋、东芝美的目前使用：三菱PM20CTM060(20A/600V)，PM30CTJ060(30A/600V)东芝/三菱MIG20J503L(20A/600V)ST：7FM2S4T6；IR公司：IR341，IR2136J变频模块（IPM）内部简图：注：三菱PM系列模块内置保护：过流、过压、欠压、短路、过热室外主控芯片变频空调的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。我们目前在交流上使用的是美国TI公司的DSP芯片，且已实现掩膜。DSP即DigitalSignalProcessor，是数字信号处理器的简称，与一般的单片机相比，DSP在运算速度、信号的处理、电机控制方面具有更大的优势。内销直流变频目前在开发阶段，采用美国ST公司及IR公司的正弦波直流变频专用控制芯片，具有很高的性能。整流桥堆完成电源由交流到直流的转换（220V交流变为310V直流）,目前使用型号T25VB60（25A/600V）,T15VB60（15A/600V）.室外电控盒中另外一个整流桥堆不做整流用，而是用做一对二极管，配合电抗器，用以提高整机功率因素。大电抗器变频空调室外控制器一般都有大电抗器，目的是为了提高整机的功率因素及通过谐波电流测试。为了符合3C标准，通过谐波电流测试，我们在分体机上采用了两个电抗器的无源功率因素矫正方法。降低了成本，提高了可靠性。滤波器为了通过EMC测试的干扰功率及干扰电压测试而采用的一种一体化滤波器件。大直流滤波电容电解电容，用做直流电源滤波，视功率不同，每套控制器使用3-6个（560uf/个）。放电管用以防止室外造受雷击，而损坏电控。目前使用放电管参数为3600V。光耦用于芯片到模块间驱动信号的传送及隔离，另外在室内外通讯上也使用。室外控制板一共使用了9个光耦器件。四、变频空调功能简介变频空调较常规空调功能更多，控制更复杂，大概功能如下，具体内容请参见变频机电控功能规格书。4.1本机有遥控运行和强制运行两种工作模式:遥控模式有：自动、制冷、抽湿、制热、送风五种；强制运行模式有：强制制冷、强制自动两种。4.2设定温度范围为：17℃～30℃。4.3室内机风机转速可设定为FANCSHIGH、FANHSHIGH、FANCHIGH、FANHHIGH