变频技术在冰箱中的应用

1、变频技术在冰箱中的应用第1页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二1、什么是变频 “变频”在机电领域原指电源逆变器输出的电压频率能够根据需要变化。 对由逆变电源供电的感应电动机、永磁无刷电动机来讲，逆变器输出电压频率的改变，能使电机的转速也跟着作相应的变化。 在家用电器如空调、冰箱、洗衣机等中，所说的“变频”可以通俗地理解为其压缩机或电机的转速能够根据控制的需要而变化，进而提供不同的制冷量、制热量或洗涤能力。 第2页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二2、电动机的分类： 电动机作为机电能量转换装置，其应用范围非常广泛，电动机主要分为三类：同步电动机、异步电动机

2、和直流电动机。第3页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二原理： 定子是电磁铁，转子是与换流器连接的线圈。直流电流通过电刷和换流器的接触流进转子线圈，产生电磁场。随着转子的旋转，转子线圈的电流方向不断变化，使电磁场的方向始终保持对电子的推进。特长：通过对直流电压的调整可以方便地调节马达的转速和力矩。缺点：电刷和换流器的寿命较短。机械噪音和电磁噪音较大。有刷直流电机第4页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二交流电机原理：将工频三相交流电导入马达的定子线圈，产生旋转磁场。因此在转子的闭环线圈里诱发感应电流。感应电流产生的感应磁场与定子的旋转磁场相互作用，推动转子旋

3、转。优点：构造简单，制造成本低。缺点：转速控制困难。第5页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二同步电动机 同步电动机的转子由磁极铁心和励磁绕组等组成。磁极铁心由钢板冲片迭压而成，磁极上套有励磁绕组，励磁绕组由直流电源供电，这种方式一般是针对一般大、中型同步电动机而言。小容量同步电动机转子常用永久磁铁励磁，其磁场可视为恒定，称为永磁同步电动机。冰箱用变频压缩机的动力源就是转子为永磁铁的永磁同步电机。第6页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二 对于永磁同步电动机，又分为两类，其中反电动势波形是矩形波的电动机，习惯上称为直流无刷电动机，而反电动势是正弦波的电动机，

4、称为正弦波永磁同步电动机。 优点：继承了DC马达容易控制转速的特点。同时取消了电刷，实现了高可靠性和低噪声。高效率，高转矩。 缺点：制造成本高。 第7页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二压缩机的结构和性能对比内部结构C-BV(変頻）C-BE(交流電源）179.6179.6誘導電動機電動機178.4196.4189.4178.4第8页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二电动机结构：電動機(交流電源)50/60Hz , 2 極V電動機(DC 変頻)3072Hz , 4 極 最大効率 90 %最大効率 95 %内蔵永久磁石第9页，共26页，2022年，5月20日

5、，5点57分，星期二3、变频驱动的基本电原理框图 如下图所示，变频就是先将电网的工频交流电整流成直流，再将此直流转换成特定频率的交流。通过控制器的控制，改变U、V、W三相输出信号，可以任意改变交流的频率，实现变频调速。第10页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二4、直流变频驱动的工作原理所控制的电动机为直流无刷电动机，用变频交流电通过定子线圈产生旋转磁场，推动永磁电动机的转子旋转。定子线圈通过的电流为矩形波。第11页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二直流变频驱动采用定子线圈两两通电方式第12页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二在三相定子

6、线圈上施加的电压随着控制信号的顺序换相，定子绕组在信号控制下，一相一相依次通电，实现各相绕组电流的换向，定子线圈形成一个驱动转子旋转的定子磁场。但在换相时定子绕组形成的旋转磁场是跳跃式的，每相线圈每次通电120度，每旋转一周，由六种组合状态，每次旋转六十度。 第13页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二要准确控制变频电机的运行，需要完成两项工作: A、 需要调节加在输出端的电压，以输出合适的力矩，调节电机的转速。 B、要准确检测到转子的位置，根据转子位置，确定正确的换向时间。 第14页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二5、如何调节电机的转速直流电机运行的两

7、个基本方程：A、电压平衡方程：电动机一旦在电动转矩的作用下转动以后，旋转的转子磁场就要切割定子绕组，在各相绕组上感生出电动势。 Em=Zd*L*Bm*r*n 其中 Zd为每相绕组的有效导体数；L为绕组中导线的有效长度，即磁钢长度；r为电动机中气隙的半径；Bm为气隙磁感应强度 N为电动机转速 则：直流无刷电机的电压平衡方程为： U=Em+IR其中I为电枢绕组电流R为电枢绕组电阻。第15页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二B、转矩平衡方程 在稳态情况下，电动机转矩平衡方程为： Tem=T2+T0 其中：Tem 为电磁转矩 Tem= Zd*L*Bm*r*I T2 电动机轴上的机械

8、负载转矩 T0 由于电动机铁心涡流、磁滞损耗和机械损耗等而产 生的转矩。 第16页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二由两个基本方程可知，电机的转速由外加电压确定。 通过在控制信号中加入PWM信号，通过调节功率器件的开、关时间比例（占空比）来调节有效电压，进而实现转速调节。 根据信号输出构成的不同，可分为四种输出PWM的方法：上相PWM，下相PWM，前相PWM，后相PWM。第17页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二6、直流驱动的位置检测技术 为了驱动和控制永磁电机的运行，调节转速，首先必须测定转子的位置，然后确定准确的换相信号，才能使电流信号的转换与转子的

9、实际位置相匹配，控制转子的平稳运行。 对于有位置传感器的永磁电机而言，可以通过位置传感器的检测信号，准确检测转子的位置，从而可以判定电流信号的换相时间，切换供电电压。 对于冰箱用变频压缩机，电动机封闭于压缩机内，由于工作时温度变化较大等原因，一般不安装位置传感器，无法直接获得转子的位置信号。因此对于此类永磁电机，如何准确的确定转子的位置并实现准确的电流换相，就显得尤为重要。 第18页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二 对于矩形波驱动的直流电动机而言，可以通过检测三相绕组的反电动势来判断转子的位置。该控制方式的具体控制如下图所示，其定子供电电压为三相对称延迟120电角度的矩形

10、波，三相定子在任何时候只有两相施加驱动电压，而另外一相悬空。在没有位置传感器的情况下，通过检测各悬空相绕组的的反电动势，确定这一相绕组反电动势的过零点，就可以间接确定转子的实际位置，并提供相应的PWM换相信号，控制定子绕组产生与转子位置相适应的定子磁场。因此这种控制方法的关键是保证如何准确的检测到反电动势过零点。第19页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二反电动势的检测方法第20页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二反电动势检测的硬件电路第21页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二8 矢量变频控制技术的基本原理矢量控制技术是变频压缩机的驱动

11、方式之一，是一种性能更有优势的驱动方式。这种控制方式采用的电流是正弦波，电流的大小和方向都是不断变化的，可以根据转子位置实时改变控制电流，使电流产生的作用力随转子的旋转而实时变化，从而可以对压缩机的运行状态进行更准确的控制。第22页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二下图中左图是直流控制方式的电流方向示意图，右图为矢量控制方式的示意图。 电流的方向和大小直接决定了控制压缩机转子旋转的力的方向和大小。直流控制方式方向变化不连续，每周期变化6次,每次60度. 而矢量控制方式可以通过对电流的精确控制可以实现方向的近似连续变化，进行更精确的控制.第23页，共26页，2022年，5月2

12、0日，5点57分，星期二如前所示,直流变频控制方式是一种相对较为简单的控制方式,其驱动电流是矩形波方式，由于这种驱动方式各相驱动电流的不连续跳变，造成驱动力方向跳变，这样就存在转矩脉动,存在一定的效率损失, 造成压缩机运行时噪音相对较高.而正弦波通电（矢量驱动）和矩形波驱动相比较而言，力矩一直沿切线方向,完全用于做功,使驱动力矩更加平稳,电机的效率更高，噪音也更小.但是控制起来却要复杂的多，需要复杂的高速运算单元，因此，一般情况下，使用的为矩形波驱动方式。但是，为了节省能源，降低噪声，抑制振动，矢量控制方式则具有更明显的优势。随着高速运算单元的价格在不断下降,可以认为今后正弦波驱动将成为变频驱动的一个发展方向.第24页，共26页，2022年，5月20日，5点57分，星期二控制过程的实现方式上，直流控制采用的是定子两两通电的驱动方式，可以检测转子位置，每个旋转电子周期内，控制电流只发生六次变化，控制过程相对