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2020/2/25直流变频空调技术2020/2/25一、变频空调概况●变频空调分类⒈交流变频空调：风扇电机与压缩机电机均采用交流异步电机⒉直流变频空调：压缩机电机采用永磁直流无刷电机■经济型直流变频空调(1D):只有压缩机采用直流电机,室内外风扇电机为交流异步电机,一般采用毛细管节流全直流变频空调(3D):压缩机与室内外风扇均为直流无刷电机,大多采用电磁膨胀阀节流■直流变频从控制方式上又分为120°方波控制和180°正弦波控制2020/2/25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,也节省了电力.●变频空调特点一、变频空调概况2020/2/25●变频空调的优势类别普通定速机交流变频直流变频电机效率35%—40%35%—40%70%—80%启动性能启动电流大，对电网冲击大低频软启动，启动电流小，对电网无冲击低频软启动，启动电流小，对电网无冲击负荷能力不适应负荷变化，负荷变化后能效值大大降低自适应负荷变化，低频运行时能效值更高自适应负荷变化，低频运行时，能效值更高，控制得当可以发挥高能效特性恒温停机频繁开停，耗电室温接近后低频运行，高能效室温接近后低频运行，高能效除湿性能除湿导致温度降低低频运行，温度维持低频运行，温度维持温度控制±2℃±0.5℃±0.5℃适用电压187V—242V150—260V150—260V制冷/热速度慢开始可高频运行，速度快开始可高频运行，速度快保护功能简单全面全面低温制热效果很差高频运行仍可良好制热高频运行仍可良好制热一、变频空调概况2020/2/25●交流变频N=（1－s）×60×f/p式中:f—频率p—电机极对数s—转差率其中:s＝（n0－n1）/n0式中:n0—旋转磁场的转速（通常称为同步转速）n1—转子的转速由上面可知,通过改变异步电动机的供电频率f,电机的转速就会发生改变,交流变频空调就是根据这一基本原理来运行的二、变频原理2020/2/25异步电动机运行时,产生的电动势:E1=4.44kfN1Φ式中:k—电机绕组系数；N1—每相定子绕组匝数Φ—每极磁通压缩机定子电压U1≈E1即:Φ=（1/4.44kN1）×（U1/f）由上式可知,磁通Φ与U1/f成正比,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.二、变频原理2020/2/25●交流变频控制器的原理框图二、变频原理2020/2/25●实现变频的方法●脉宽调制(PWM):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.这种方法称为PWM(PuleWidthModulation)调制,PWM调制可以直接在逆变器中完成电压与频率的同时变化,控制电路比较简单.二、变频原理2020/2/25●正弦波脉宽调制(SPWM),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).二、变频原理2020/2/25三、直流变频☆主要器件介绍☆变频控制方案☆TCL直流变频空调电控2020/2/25☆主要器件介绍●直流变频压缩机：直流变频空调压缩机电机为4极或6极直流无刷电机,其显著特征是转子为稀土类或铁氧体永磁体,定子采用分布绕组和集中绕组两类绕线方式.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.2020/2/25●直流无刷电机转子位置的检测⒈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.⒉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.☆主要器件介绍2020/2/25●IPM模块VCCUVW压缩机A＋A－B＋B－C＋☆主要器件介绍内部结构VCCUVW压缩机A＋A－B＋B－C＋VCC为直流母线电压由6个IGBT构成3路上、下桥臂开关,通过控制芯片和驱动电路来控制每个IGBT的导通与关断.2020/2/25●交流变频空调与直流变频空调的电控区别⒈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,压缩机为三相交流压机.⒉根据DC电机U、V、W组线圈的电流通断情况,直流调速控制分120°方波控制和180°正弦波控制.直流电机的精确控制需要时刻检测转子的实时位置,属于一种闭环控制,关键在于位置信号的检测.在控制结构上比交流变频多出位置检测回路.☆主要器件介绍2020/2/25●120°方波变频控制方案120°控制方法是在DC电机的3组线圈上每2相通电120°,即任何时候，U、V、W中只有两相通电,利用无电流通过线圈上所产的反向电动势(EMF)作为转子位置的实时检测信号.控制信号采用PWM脉宽调制,改变PWM频率和宽度,就可以完成对DC电机电流幅值与频率的变化,从而实现转速控制.☆变频控制方案2020/2/25●120°方波控制直流变频空调的电路原理图☆变频控制方案2020/2/25每个功率开关（IGBT）的导通时间为120°，每个周期换向6次，共有6个工作状态。工作状态每个工作状态下被导通的功率开关状态1（0°-60°）A+C-状态2（60°-120°）B+C-状态3（120°-180°A-B+状态4(180°-240°)A-C+状态5（240°-300°）B-C+状态6（300°-360°）A+B-2020/2/25•120°方波PWM调制0°60°120°180°240°300°360°2020/2/25•120°通电顺序2020/2/25•120°通电顺序2020/2/25180°正弦波变频控制方案•直流变频空调180°控制方法利用流过定子线圈的电流与驱动IGBT的PWM信号占空比成比例关系，根据DC电机转子位置来按“中间宽，两边窄”的规律改变PWM信号的占空比实现定子线圈上的电流弦波变化，即SPWM。•180°控制方案中，压缩机电机3相都处于通电状态，无法与120°控制方式一样通过EMF来检测转子位置。其位置检测是通过对直流地线上的SHUNT电阻上压降来检知回路实时总电流，然后与PWM信号进行计算得出U、V、W三相电流来实现。•因为正弦波电流的连续性，180°控制方法彻底改变了120°控制所带来的振动噪音问题，电机效率也得到提高。2020/2/25•180°控制方式转子位置检测滞后实时位置，需要进行修正，这也是控制方案的关键和难点所在，处理速度要求较高，一般需要用DSP或32位MCU进行处理，因而价格比较昂贵，这也是180°控制发展延迟的原因。图：180°控制方式转子位置检测2020/2/253、TCL直流变频空调电控模块板室外电源板PFC板室外部分2020/2/25•各模块功能遥控接收强制运行显示1、室内风机控制2、导风电机控制3、蜂鸣器4、室外电源信号5、室外通讯信号6、风速检测7、过零检测8、温度采样（室内进风、内盘管）9、读取EEPROM中的数据表1、开关电源部分2、交流电源滤波及保护部分3、温度采样（室外进风、外盘管、排气）4、收氟应急键5、与室内通讯信号6、与模块板的通讯7、室外风机控制8、四通阀控制9、直流365v滤波1、整流2、通过IGBT提升电压至365V直流3、谐波抑制4、保护电流检测1、IPM驱动及保护2、转子位置检测3、与电源板的通信4、过欠压保护、电流保护、驱动保护火线零线信号线地线AC220VDC365V＋15V地电压采样室外通信DC365v室内部分室外部分室外电源板TMP86P807NPFC模块AC220V模块板ST72141PS21865电流信号主控板TMP86PH46NG2020/2/25•控制器的输入与输出信号室内侧室外侧输入信号输出信号输入信号输出信号室内进风温度室内风机信号室外进风温度压缩机控制室内盘管温度导风电机信号室外盘管温度外风机控制遥控信号显示压机排气温度四通阀控制应急开关室外电源信号室内通讯信号室外通讯信号室外通讯信号室内通讯信号变频模块保护电子膨胀阀控制信号机型选择信号2020/2/25与定速机功能上的差异•室内外通信•室外商检功能•初始上电在未启动掉电记忆功能时，初始上电后，由于室内芯片需要判断室外机型，以选择相应的数据表，所以1min后压缩机方可启动。启动掉电记忆功能同定速机。•启动过程压缩机在启动时必须在两个运行平台保持一段时间。第一个运行平台f1运行时间为1min，第二个运行平台f2时间为2min。若启动目标频率f1,则先至f1运行1min后再降至目标频率；若启动目标频率f2则不需经过f2。•关机时，外风机在压缩机关闭15s后关闭•标定测试功能：制冷模式下，10s内连续收到6次睡眠按键信号，且设定温度为30℃，风摆为摇摆状态，蜂鸣器长鸣2声，进入制冷标定状态，运行灯闪。2020/2/251.制热模式下，10s内连续收到6次睡眠按键信号，且设定温度为17℃，风摆为摇摆状态，蜂鸣器长鸣3声，进入制热标定状态，运行灯闪。2.压缩机预热功能（可选）：以25～30W的小功率从压缩机接线端输入压缩机线圈电流，使压缩机在不转动的情况下因线圈发热而达到预热效果.3.可通过硬件选择是否开放。选择开放后满足以下任意条件即可进入：1、室外进风温度≤-5℃且压缩机停止运转3小时以上2、室外进风温度≤-3℃且新插上电源满足以下任意条件可退出预热条件：1、室外温度≥0℃2、开机使压缩机启动。4.显示功能收到遥控信号，数码管以设定温度闪烁5次后仍静止显示设定温度。如收到定时信号，则以设定时间闪烁5次后显示设定温度。进入除霜状态，运行指示灯闪。2020/2/25•工作电压范围可在160V-260V下工作。•制热下的温度补偿制热模式下，压缩机启动后将传感器检测到的温度－3℃作为室内温度，压缩机关闭后2min取消温度补偿。•频率分段控制频率由30Hz～88Hz（不同机型最低、最高运行频率不同）共分为10段。运行过程中，频率的大小由以下条件决定（各保护功能优先）：1、运行模式（除湿与强制运行均为低频运行）2、室内温度与设定温度的温差大小3、室外环境温度4、电压、电流大小5、内外盘管的温度、排气温度•低温制热功能-15℃下仍可制热（以高频运行）•室外应急键：具有强制收氟功能，便于维修时使用2020/2/25变频机故障与保护类型•故障类型（16种）故障类型指示灯代码数码管代码故障说明室内外通讯故障RUN、TIMER-同闪E0上电2分钟室内外通讯异常室外通讯故障RUN、TIMER-同闪EC电源板与模块板通讯异常室温传感器RUN-1次/8秒E1室内进风温度传感器短路或开路内盘管温度传感器RUN-2次/8秒E2室内盘管温度传感器短路或开路外盘管温度传感器RUN-3次/8秒E3室外盘管温度传感器短路或开路系统异常RUN-4次/8秒E4系统严重缺氟，此功能默认不开放机型配置错误RUN-5次/8秒E5室内机识别机型错误，该代码用于商检。室内风机故障RUN-6次/8秒E6室内风扇电机不转或转速过低2020/2/25室外温度传感器RUN-7次/8秒E7室外进风温度传感器短路或开路排气温度传感器RUN-8次/8秒E8室外排气温度传感器短路或开路变频模块故障RUN-9次/8秒E9室外模块板故障室外风机