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变频空调器原理与检修随着变频空调器的发展，其变频技术也由交流变频发展到直流变频，控制技术由PWM（脉冲宽度调制）发展为PAM。(脉冲振幅调制。)第一节变频空调器原理一、变频空调器原理与特点1．变频空调器原理变频空调器是采用先进变频和模糊控制技术生产制造的，且制冷量可以进行自动调节的新型空调器，其最大特点是节能和舒适度高。例如，变频空调器初次运行时室内温度较高，空调器会自动高速运转使室内很快达至设定温度。当达到设定温度后空调器会自动低速运行，这样室内噪音就会降低，并使整个房间保持此温度从而减少了压缩机频繁启动带来的电力浪费。变频空调器与传统空调器的主要区别是，变频空调器是通过变频器将电源频率处理，使供给变频压缩机的电源频率根据需要发生变化，这样压缩机转速也发生变化从而控制压缩机排气量使空调器真正达到节能效果。此外它还采用了电子膨胀阀替代毛细管，在电控系统主要增加了变频器和感温检测点并采用了三相变频压缩机。变频空调器运转速度始终受电控系统变频器控制，其制冷量随压缩机转而变化，电控系统主要由室内和室外两部分组成，控制中枢采用微电脑单片机。变频空调器将交流电通过大功率半导体整流变成直流电，然后再根据需要把直流电转换成三相且电压随频率变化的交流电。2.变频空调器特点(1)启动后可快速达到设定温度。变频空调器启动时频率较低压缩机转速较慢，当压缩机启动后利用较高的频率使其转速增加，这样使制冷量在增大的同时缩短室内温度不舒适的时间。(2)室内温度变化小且稳定。普通空调器是利用温控器对压缩机进行开/停控制，制冷量调节是通过改变室内风机转速实现的，而压缩机转速并没有变化，因此电功率并没有降低多少。而变频空调器制冷量小时，压缩机转速降低，所以电功率的消耗大幅度将下降。当室内达至设定温度后压缩机将保持这转速，使室内温度稳定保持在设定范围内。(3)空调器运行后振动和噪音小。变频式空调器在压缩机运行过程中，由于没有频繁的开停机现象，所以不会产生开关的动作声，以及压缩机启停机时发出的气流声和振动声。(4)空调器制热效果有较大增强。普通空调器排气量是以制冷设计为主。对于热泵空调器如设计制冷量大，就会影响其制热能力，而变频空调器可利用提高压缩机转速增加制热效果。例如，当室外低于零度时变频空调器可通过提高压缩机转速使制热量增加，为防止室外机结霜时室内温度低，变频压缩机除霜时仍以高转速运转，同时除霜时还通过旁通阀将压缩机排出制冷剂的一部分直接送入室外散热器，这样使除霜时间缩短，制热能力增加。(5)具有较强的除湿功能。变频式空调器可用压缩机转速和合理循环风量除湿，达到耗电少而不会改变室温的除湿效果。(6)启动时对电网干扰小。由于变频空调器以低频率的方式启动，随后再逐渐提高运转频率，所以空调器在启动时电流小。另外，压缩机大部分时间是运转在低频率状态，这样压缩机的机械磨损减小，使用寿命延长，可靠性提高。目前变频压缩机多采用涡旋式或双转子式，压缩机线圈为三相，频率范围在30～13OHz之间变化，转速在60O～7200转/分之间变化。(7)变频空调器的主要缺点。变频空调器低电压运行时，达不到最大制冷与制热量，压缩机高频运转时噪音较大。变频空调器的电器元件较多，检修难度大，且价格较普通空调器高。二、变频与普通空调器在制冷系统与电控方面的区别1.变频与普通空调器在制冷系统中的区别(1)普通空调器制冷量是通过改变室内风机转速或开停压缩机调节的，而变频空调器是通过改变压缩机转速实现的。(2)变频空调器制冷系统可分为两种，一种采用毛细管节流，它与普通空调器的制冷系统完全相同，缺点是制冷、制热量调节范围小。另一种采用电子膨胀阀节流，该系统制冷量调节范围比较宽，启动性能好，利用电磁旁通阀或电子膨胀阀还可实现不停机除霜。(3)变频空调器与普通空调器的压缩机不同，普通压缩机供电频率是固定的，且单相压缩机都有运转电容，而变频压缩机都是三相结构，所以无启动电容，且机械结构也不尽相同。2．变频与普通空调器在电控方面的区别变频空调器在室内和室外各有一套微电脑主控电路板，同时还增加了变频器等元件，下面分别介绍室内外控制电路的特点。1)室内电路控制部分变频空调器室内控制电路与普通微电脑分体空调器室内控制电路差别不大，它由接收电路、温控电路、电源电路、单片机外围电路等组成。变频空调器与普通微电脑空调器的主要区别是通讯电路和风扇速度控制电路。(1)室内外通讯电路。变频空调器室内外信号通常采用串行通讯方式，其信息传输量较大，而不像一般空调器通讯电路采用直流和交流电压传输控制信号。(2)室内风速检测电路。由于变频空调器制冷量的大小和温度设定有很大关系，室内风扇电机常采用直流电机或交流调速电机，风扇电机也常采用可控硅控制。由于变频空调器制冷量与室内风扇电机转速，快慢有很大关系，所以也有厂家采用开关电源。2)室外电路控制部分变频空调器室外控制电路部分与普通空调器室外电路部分区别很大，下面介绍变频空调器与普通空调器室外电路板的不同之处。(1)室外增加了变频器。变频器由整流器、滤波器、变频模块所组成。变频式空调器室外变频器是将交流220V或380V电压经桥式整流后，供给变频分相电路，然后输出随频率变化的三相交流电压，供给三相变频压缩机。(2)室外增加了主控制板。变频空调器在室外增加了主控制板，该电路板是通过将室内外管温信号经过微电脑单片机分析判断后，去控制电子膨胀阀、电磁阀，变频模块输入口，使输入到变频压缩机的频率电压随室内温度变化。(3)室外增加了温度检测点。由于变频空调器采用了电子膨胀阀控制系统的供液量，所以电子膨胀阀开启度须根据压缩机回气管温度和排气管温度进行控制，为此增加了温度检测点，在检修时要加以注意。(4)室外增加了电器元件。由于变频空调器采用了电子膨胀阀取代毛细管节流，所以元件有所增加；同时在除霜中增加了电磁旁通阀，所以除霜时制冷剂不经过室内机。三、功率三极管与逆变驱动输入信号1.功率三极管原理功率晶体管并不是我们常说的大功率晶体管，它本质上不是一只管，而是多晶体管的组合，其功率可达上千瓦，内部结构如图1-1(a)所示。图1-1(a)中晶体管V1和V2组成达林顿结构，这样具有较高的电流放大系数。VD1为加速二极管，当输入端B控制信号从高电平变为低电平的瞬间VD1开始导通，这样可使V1的一部发射极电流经过VDl流到输入端B，从而加快功率晶体管集电极电流的下降速度，即加速了功率晶体管的关断。VD2流二极管可对晶体管V2起保护作用，当功率晶体管关断时，感性负载所存储的能量可通过VD2续流泄放，以保护功率晶体管不被反向击穿。功率晶体管主要用于变频器逆变电路，它具有耐压高、工作电大、开关时间短、饱和压降低等特点。2．逆变器驱动输入信号该电路如图1-1(b)所示，它和普通驱动电路结构相同，即单片机输出控制信号经过反相驱动送逆变功率晶体管基极进行控制。该电路特点是:单片机输出的是脉冲信号，各驱动脚不能同时导通，驱动集成块的开关速度较快，用一般检测驱动电路的方法很难判断驱动电路的好坏。其具体导通过程参见逆变器原理与检修。四、变频控制电路原理与检测变频控制器与变频器两者通称变频控制电路。变频控制器是为变频器提供驱动信号的电路，而变频器则是用来驱动变频压缩机的主电路。1．变频控制器结构与原理(1)变频控制板原理与检修。变频控制器主要由微电脑单片机及外围元件组成，它与普通微电脑体空调器室外控制电路板差别不大，也由温度检测电路、电流检测电路、电源电路、保护电路、反相驱动电路、通讯电路等组成。变频控制器可根据室内外功能与温度检测信号产生相应的控制信号，从而功率晶体三极管的导通状态，使逆变器输出预定频率的三相交流电压。变频控制器是变频空调器电路中最主要的部分，它主要用来控制室外电子膨胀阀开启度、逆变器导通、除霜、室外风机速度等。变频控制器的检修与一般普通柜式室外主控电路板检修基本相同，具体参见柜式室外控制电路板检修。但变频控制器也有自己的特点，如供给变频器输出驱动信号就不同于普通驱动信号(即不是高电平就是低电平)，所以检修时如测量至变频控制器输出一直为低电平或高电平，就说明该电路不正常。(2)噪声滤波器原理。噪声滤波器主要由电感线圈和电容组成，该部分的主要功能是吸收电网中的各种干扰信号，并抑制电控器本身对电网的电磁干扰，以及过压保护。电路中电感与电容并联后串在交流电源中，即利用电感和电容在压缩机启动时产生反电势，阻止启动电流不至变化过大，以保护整流器和功率三极管不被损坏。2．变频器结构原理与检测变频器是将工频交流电源变为适用于交流电机变频调速用的电压可变、频率可变的变流装置。它可分为交—交变频器和交一直—交变频器，空调器常用后者，基本结构如图1-2所示，它主要由以下环节组成，即整流器、滤波器、功率逆变器。(1)整流器原理。整流器是将交流电转换为直流电的装置，采用硅整流元件桥式连接，整流器结构可分为单相和三相电源输入。一般变频空调器电功率在2kW以下多采用单相电源输入，当电功率在2kW以上时，多采用三相电源输入。单相与三相整流电路不同之处只是在电路中多增加了2个整流二极管。三相变频整流后续电路和单相变频整流后续电路完全相同。它由电容C1和L组成，该电容量较大一般在75～15OμF之间，具体容量大小要根据变频压缩机功率而定，原理如图1-3所示。(2)整流滤波原理。滤波电路作用是使输出直流电压平滑且得到提高，常采用大容量电容器，电容量一般在1500～3OOOμF之间。因该电容量大，放电时间较长，所以检修变频器时先需将电容放电。放电时用两根导线通过一个500Ω的大功率电阻并联在电容两端，检修时如不放电，会造成人员伤亡事故。(3)功率逆变器原理。功率逆变器(又称变频模块)是将直流电转换为频率与电压可调的三相交流变流装置，电路如图1-3所示，其由六个功率晶体管组成以开关元件的交一直一交电路电控制线路使每只功率晶体管导通180℃，且同一桥臂上两只功率晶体管一只导通时，另一只必须关断。相邻两相的元件导通相位差为120度，在任意60℃内都有三只功率管导通以接通三相负载。V１～V6为移相功率三极管，VD1～VD6为续流二极管。当控制器输出信号时，Vl～V6使功率逆变器中各功率管分别导通，从而输出频率变化的三相交流电使压缩机运转。(4)变频器检测。检测变频器正常与否一般采用以下几种方法:○1测量绝缘电阻。测量变频器绝缘电阻时应将电源和电动机连线断开，然后将所有输入端和输出端连接起来，再用万用表R×lOk挡测量是否漏电。○2测量运转电流。由于变频器输入和输出电流都含有各种高次谐波成分，故测量电流时需选用电磁式仪表，因电磁式仪表所指示的是电流的有效值。○3测量主电路波形。用示波器测主电路电压和电流波形时必须使用高压探头，如使用低压探头须用互感器或其它隔离器件进行隔离。○4测量整流器与逆变器。如图1-3所示，断开逆变器输入输出端，测量逆变器直流电阻值是否正常。变频器的电阻测量状态如表1-1所示。表1-1变频器的电阻测量状态整流元件VD7VD8VD9VD10黑笔位置LPQLNPQN红笔位置PLLQPNNQ正常状态通不通通不通通不通通不通逆变电阻V1V2V3V4V5V6黑笔位置UPQUVPQVWPQW红笔位置PUUQPVVQPWWQ正常状态通不通通不通通不通通不通通不通通不通五、变频空调器电器元件的特点1．变频空调器温度传感器的作用(1)室内环温热敏电阻作用。实现制冷与制热控制，根据室温与设定温度进行比较后，通过单片机控制室外电子膨胀阀开启度与压缩机运行频率。(2)室内管温热敏电阻作用。通过测量室内管温过冷与过热，控制室内外风机速度或开停，制热时防冷风与除霜，限定压缩机运行频率或开停。(3)室外环温热敏电阻作用。通过测量室外环境温度的高低，控制室外风机速度，降低或增高压缩机运行频率。(4)室外管温热敏电阻作用。通过测量室外管温的高低，控制电子膨胀阀开启度以及压缩机运行频率。(管温超过60℃以上关压缩机。)(5)室外压缩机排气管温热敏电阻作用:当压缩机排气管温高于115℃时，限定降低压缩机运行频率高于120℃停压缩机，1小时内连续四次超过115℃压