变频控制基本原理

关于变频控制基本原理第一页，共三十页，编辑于2023年，星期日1、变频空调的特点舒适

a、变频空调启动时，变频压缩机高速运转，能使室内快速接近设定温度。

b、变频空调的平均能效比高。变频空调无论在制冷还是制热工况下，能效比EER随频率的降低而升高；由于压缩机频率随室内热负荷大小而变化，则压缩机可以长时间工作在低频区，所以系统的季节能效比SEER高于定速空调。第二页，共三十页，编辑于2023年，星期日c、能在室外超低温（-15℃）的情况下，强制制热运转。节能

a、定速空调在压缩机停机时，冷媒回路中的能量白白地流失，而当压缩机再启动时，为了建立新的循环又必须补充新的能量。如要使用变频空调，在大部分的运转时间内，空调发挥的能力和室内热负荷相当，因此减少了压缩机的开停次数，属于没有浪费的节能运行。第三页，共三十页，编辑于2023年，星期日变频空调的平均能效比高。变频空调无论在制冷还是制热工况下，能效比EER随频率的降低而升高；由于压缩机频率随室内热负荷大小而变化，则压缩机可以长时间工作在低频区，所以系统的季节能效比SEER高于定速空调。

变频空调压缩机采用低频启动，降低启动电流，既节能，又能避免空调启动时对电网的冲击。据有关试验报告：在长期连续运行中，交流变频空调比额定能力相同的定速空调节能17%以上。第四页，共三十页，编辑于2023年，星期日2、变频空调能量调节原理一定工况下，制冷量与制冷剂质量流量成正比，即：Q=g.m式中：Q—制冷量

g—制冷剂单位质量制冷量

m—制冷剂质量流量第五页，共三十页，编辑于2023年，星期日一定工况范围内，制冷剂质量流量又与压缩机转速具有正比函数关系，即：m=f（N）式中：N—压缩机转速由此可见，通过调节后压缩机的转速就能实现制冷量的调节，这正是变频空调调节制冷能量的原理。第六页，共三十页，编辑于2023年，星期日3、交流变频压缩机调速原理交流变频压缩机采用的是交流异步感应电机，其转速方程为：

n=60f1（1-S）=n1（1-S）

P

式中：n—电动机实际转速

n1—定子旋转磁场的同步转速

f1—定子电源频率

S—转差率

P—电动机极对数第七页，共三十页，编辑于2023年，星期日由此可见，只须改变电动机的电源频率f1，就可以改变电动机的转速n此方法称为“变频调速”。考虑到三相异步电动机相电压为：

U1≈E1=4.44f1w1Kw1φm第八页，共三十页，编辑于2023年，星期日式中：U1—定子相电压，即端电压

E1—定子相电势

w1—定子相绕组总匝数，电动机结构确定的常量

Kw1—基波绕组系数，电动机结构确定的常量

φm—每相气隙磁通第九页，共三十页，编辑于2023年，星期日而电动机的电磁转矩为：而电动机的电磁转矩为：

M= I2CmφmCOSω式中：M—电动机电磁转矩

Cm—电动机常数

ω—相位角第十页，共三十页，编辑于2023年，星期日由此可见，如果电动机端电机U1不变，频率f1增强时，将使气隙磁通φm减小；由于φm的减小将导致电动机输出转矩M的下降，使电机的利用率下降；同时，电机的最大转矩也将下降，严重会使电动机堵转。相反，如果电动机端电压U1不变，频率f1减小时，将使气隙磁通φm增加，这将使磁路饱和，励磁电流上升，导致损耗急剧增加。因此，在许多实际应用中，为维持调速时电动机的最大转矩不变，需要保持恒定磁通，这就要求在改变频率的同时改变定子端电压。第十一页，共三十页，编辑于2023年，星期日据此分析，交流变频空调压缩机的异步电动机理想的调速应该采用恒磁通控制方式，即保持U1/f1=常数；以充分利用电动机的能力。事实上，调速时应满足交流变频压缩机给出的V/f曲线规定要求。如图5所示。转速实行闭环控制。第十二页，共三十页，编辑于2023年，星期日

工作区间

f

图5交流变频压缩机V/f曲线V第十三页，共三十页，编辑于2023年，星期日变频调速的机械特性MNfe第十四页，共三十页，编辑于2023年，星期日变频空调主回路模块图第十五页，共三十页，编辑于2023年，星期日变频空调主回路原理图第十六页，共三十页，编辑于2023年，星期日对于交流变频压缩机调速，CPU对IPM功率模块发送的是符合交流变频压缩机V/f曲线要求的SPWM电压型双极性脉宽调制信号，既变频又调压。SPWM控制方式的输出电压一相波形如图7所示。第十七页，共三十页，编辑于2023年，星期日第十八页，共三十页，编辑于2023年，星期日直流变频压缩机调速原理直流变频压缩机采用的是直流电动机，其转速方程为：n=U

—

TeKEegF0式中：n—电动机实际转速U—电动机电柜电压，即端电压KEeg—电动机等效反电势常数Te—电动机额定电磁转矩F0—零阻抗电源电动机阻系数由此可见，直流变频压缩机可以直接通过改变直流电动机的端电压即能获得理想调速，转速并实行闭环控制。第十九页，共三十页，编辑于2023年，星期日对于直流变频压缩机调速，CPU对IPM功率模块发送的调制信号，可采用PAM脉冲幅值调节控制，或采用PWM等间隔脉冲占空比调节控制。PAM控制方式的输出电压一相波形如图8所示。等间隔PWM控制方式的输出电压一相波形如图9所示。第二十页，共三十页，编辑于2023年，星期日第二十一页，共三十页，编辑于2023年，星期日6、无位置传感器无刷直流电机的转子位置控制为满足高可靠性、低噪声、无机械磨擦的要求，在变频空调中，直流变频压缩机的电动机和直流室内外、风扇的电动机都采用无位置传感器的无刷直流电机，采用电子换向，其转子位置信号的检测则是通过间接检测电动机反电势实现。在电机启动之初，由于没有反电势或反电势很小，无法实现闭环的频率控制，这时可以让电机开环地转起来；待电机达到一定转速后，再进行反电势采样，以其反电势过零信号作为换向信号，输入CPU，由CPU按此发生序列的调制信号。第二十二页，共三十页，编辑于2023年，星期日如大功率模块通电状态如图10所示，转子位置检测电路如图11所示，A相波形如图12所示。第二十三页，共三十页，编辑于2023年，星期日第二十四页，共三十页，编辑于2023年，星期日根据该电路，以A相为例分析如下：A相波表如（A）点，输入后经R101、R104、C101产生三角波，经C104滤波移相后生产（B）点波形，相对（A）点滞后90°，同时B相，C相波形与（B）点波形在运放负端合成一个三倍频的三角波，如（C）点波形，再把（B）点与（C）点波形比较后产生（D）点波形。其中（D）点波形上升前60°导通的三极管为A+、B-，E点为B-、C-的切换点。B相、C相波形相对A相差120°、240°。第二十五页，共三十页，编辑于2023年，星期日7、PG电机调速原理在普及型变频空调中，室内风扇电机一般都采用PG电机。PG电机的驱动电路如图13所示，其各点波形