变频空调基础知识

变频空调知识讲座一、空调的发展趋势空调的使用对我国来说，也有几十年的历史，但从普及来讲也就十年左右。但从这十年的发展来看还还是以定速空调为主，但随着人们对空调要求的提高及节能的要求，变频空调以出现了迅猛的发展势头，市场份额迅速扩大。日本是变频空调的强国，从20世纪80年代初开始到现在，变频空调已占其空调市场的90%左右。在我国也将经历类似的发展，最终变频将取代定速空调。变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。它的基本结构和制冷原理和普通空调完全相同。变频空调的主机是自动进行无级变速的，它可以根据房间情况自动提供所需的冷（热）量；当室内温度达到期望值后，空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。下面着重介绍变频空调的优点。什么是变频空调？简单地说变频空调是在常规空调的结构上增加了一个变频器。压缩机是空调的心脏，其转速直接影响到空调的使用效率，变频器就是用来控制和调整压缩机转速的控制系统，使之始终处于最佳的转速状态，从而提高能效比（比常规的空调节能20%〜30%）。变频空调具有以下优点启动电流小，转速逐渐加快，启动电流是常规空调的1/7；而且变频空调的运转过程中通过控制压缩机频率减少了开停机的次数，有效的降低了耗电量。没有忽冷忽热的毛病，因为变频空调是随着温度接近设定温度而逐渐降低转速，逐步达到设定温度并保持与冷（热）量损失相平衡的低频运转，使室内温度保持稳定；①制冷、制热的速度比常规空调快1〜2倍。变频空调采用电子膨胀节流技术，微处理器可以根据设置在膨胀阀进出口、压缩机吸气管等多处的温度传感器收集的信息来控制阀门的开启度或者控制压缩机频率的高低，以达到快速制冷、制热的目的。④节能：由于变频空调通过内装变频器，随时调节空调机心脏——压缩机的运转速度，从而做到合理使用能源；Q噪音低：由于变频空调在接近设定温度后，压机转速也将迅速降低，运行噪音也随之减少Q温控精度高：它可以通过改变压缩机的转速来控制空调机的制冷（热）量。其制冷（热）量有一个变化幅度，如36变频的制冷量变化为360-400W，制热量变化为300-6800W，因此室内温度控制可精确到土0.5°C），使人体感到很舒适；Q调温速度快：当室温和设定温度相差较大时，变频空调一开机，即以最大的功率工作，使室温迅速上升或下降到调定温度，制冷（热）效果明显；©电压要求低：变频空调对电压的适应性较强，有的变频空调甚至可在150V〜260V电压下启动；

Q环境温度要求低：变频空调对环境温度的适应性准强，在的甚至可在-15°C的环境温度下启动；二、变频空调器如何节能？怎样才能节能?合理的频率调节对节能的作用压缩机根据用户的需要（设定温差）来决定运行频率，确保在用户需求大的时候高速运行，在达到或接近目标温度的时候以低频运行，有效的降低输入功率，而且尽可能以低频运行不停机的方式运行，以减少停机启动造成的功率损失，充分合理的运用电能达到节能的目的。变频空调器的优势温度变化曲线I、II是变能力空调器，III是普通定速空调器。能力变化范围较大的空调器I调节温度的速度史快，达到设定温度后，温度波动史小；能力变化范围较小的空调器II的调节温度表现次之；而普通空调因不能加速运转，因此达到设定温度所需时间更长，达到设定温度后，输出能力固定，只能以“开”与“关”的方式控制温度，室温会在-•个较大范围内变化压缩机对节能的作用压缩机的效率直接影响到空调的效率，在相同的条件下，定速压机的效率往往是最低的，交流变频压缩机稍高，目前最好是直流压缩机，直流压机的特点：采用了永磁体转子，转子无绕组。没有铜损，不需励磁电流，是电机的损耗大大降低，电机效率较高。良好的转矩特性，控制时无转差率。运行电流受退磁电流的限制，在高负荷运行时，应注意过电流保护。空调压机的基本结构空调压机是一个封在一起的，同轴的电机和压缩泵组合体。如下图所示。常用直流压机的介绍

分类方法类型分类方法类型各自优优缺点电根据压缩机中电机的不同分类直流压缩机根据永磁体的材料不同铁氧体永磁体优点：材料成本较低。噪音相对较好缺点：去磁电流也较低，相电流较大稀土永磁体优点：运行相电流较小，有较大的去磁流缺点：噪音相对较大。根据定子的绕线工艺不同集中卷压缩机优点：成本低，效率高缺点：转矩脉动大，运行噪音高分布卷压缩机优点：转矩脉动小，运行噪音低缺点：成本高，效率相对略低交流变频压缩机可变频，驱动简单，效率较低定速压缩机不能变频，在常见的压机中根据电机的不同可分为：直流压机、交流压机、变频压机、定速压机等。在直流压机中根据永磁体材料的不同可分为：铁氧体永磁压机、稀土永磁压机。按定子绕线工艺不同又分为：集中卷压缩机、分布卷压缩机。根据压缩泵的不同可分为：在常见的压机中根据电机的不同可分为：直流压机、交流压机、变频压机、定速压机等。在直流压机中根据永磁体材料的不同可分为：铁氧体永磁压机、稀土永磁压机。按定子绕线工艺不同又分为：集中卷压缩机、分布卷压缩机。根据压缩泵的不同可分为：单转子压机（单缸压机）、双转子压机（双缸压机）、涡漩压机等。C.以上各类型的压机，有着各自的特点及优缺点见下表：双赣子压蟾机剖也图根据压缩泵的不同分类单转子压缩机（单缸压机）优点：成本低。缺点：转矩脉动大，运行噪音高双转子压缩机（双缸压机）优点：转矩脉动小，运行噪音低缺点：成本较高。涡旋压缩机优点：成本高，效率高，运行噪音低缺点：成本最高。3.电子膨胀阀对节能的作用里.定速空调采用定速运行和固定毛细管的方式截流，只能保证额定工况下系统效率最高。变频空调若采用固定毛细管的方式截流，也只能保证额定频率下系统效率最高。但可通过调整频率，合理利用有效功率，来达到节能的目的。c.变频空调若采用电子膨胀阀的方式截流，则可保证空调在整个频率范围内，不同工况下都会让系统发挥出较高的效率和更加合理利用有效功率，达到更好的节能效果。4、直流风机对节能的作用风机是室内外换热器充分换热的重要部件，也是耗能的部件，内机PG电机的功耗—般在30-70W左右，外机抽头电机的功耗一般在80-180W而且效率一般都非常低尤其

在低速，效率一般在50%以下，甚至只有30%,为了提高整机的效率，可采用效率较高的直流电机可使电机的效率提高到80%以上，节省50-100W的功率，但成本会较高，一般只有在高效机型上。5、PFC方案及控制器对节能的影响PFC是降低或消除电源谐波电流的电路，分有源和无源PFC，可以起到电源的提高功率因数和谐波电流的作用，同时有源PFC电路可以起到提高和稳定直流电压的作用，这点对于高效压机是必须是的。在电源由交流整流为直流的过程中，因为整流的过程是非线性的，因此导致交流供电电路谐波电流大，功率因数低，满足不了国家的CCC认证规定中对谐波电流的要求，功率因数也比普通的低60%左右。通过在整流回路串联电感方式（即无源PFC）可降低谐波电流，提高功率因数，该电路功率因数可达85%〜90%，但在1.5P以上的空调难以满足CCC认证要求；而有源PFC可以解决这个问题，采用PWM调制的方式可得到良好的电流波形，功率因数可达到99%以上，满足国家CCC认证的要求，同时输出直流电压的波形也得到了改善，但是需要的成本高。另外几乎所有的高效压机都需要较高的直流电压才能发挥出最大运行能力。但PFC电路的加入，会引入额外的能耗的增加，但合理的于高效压机配合使用，整机的效率还可以大大提升的。IINVERTERDRIVE何谓IINVERTERDRIVE何谓PAM，为什么要加PAM？_.PAM即脉冲幅度调制;在使用高能效压缩机或对电源要求较高的情况下，可根据需要动态提升电源电压，并且较好的解决了谐波电流的问题；缺点是成本高。

(A)PWMCircuitComposition(B)PAMCircuitComposition6、关于待机功耗(A)PWMCircuitComposition(B)PAMCircuitComposition我们正常的空调在待机时通常会有7W左右，但也会消耗用户的电流，在国外，有部分发达的国家提出要求，待机时要求小于1W,我国将来也会强制要求，作为空调空调能耗判定的标准之一。变频空调的组成及基本控制单元三、基本组成变频空调器主要由室内控制模块，室外控制模块两大部分组成。室外控制模块又由PFC、IPM、室外主控模块组成。图2-1是数字变频空调控制系统的整体框图。

整机系统框图A、室内控制部分，及完成的主要功能室内机部分以室内专用控制芯片为中心，由遥控器、信号接收器、传感器、风扇电动机驱动回路等组成。室内控制板接收遥控器发送的指令，按照指令进行模式设置，并且通过电力线通信接口与室外机控制板交换信息。室内机组件图形如下：内外机通信蜂鸣器步进电机PG风机RenesasOc314主电源继电器遥控接收LED显示室内温度盘管温度双向可控硅•*驱动阵列过零检测内外机通信蜂鸣器步进电机PG风机RenesasOc314主电源继电器遥控接收LED显示室内温度盘管温度双向可控硅•*驱动阵列过零检测―*EEPROM室内机控制电路方框图叫I1KX5IK31K胡I：Mt卜同Lit］教LJE1JJT♦接收并处理遥控器发出的信号，结合系统状态控制系统运行;♦室外控制板通讯，控制室外机的运行模式并接收室外控制板返回的系统状态信息♦控制室外机主电源；♦室内温度与盘管温度采集；♦控制室内PG风机的运行和转速；♦控制室内摆页电机的摆动和位置；♦利用LED显示工作状态及故障指示等;♦遥控器设置及系统设置信息的存储。B、室外控制部分及主要功能室外机部分以系统控制专用芯片为中心，由电源板、整流单元、逆变单元、传感器、室外风机及阀门控制部件等组成。室外控制单元根据室内控制单元的指令，控制空调器室

过负荷外部分的运行，并能够独立进行特殊状态运行，包括化霜运行、欠压保护运行、保护运行、压缩机过热保护运行等。过负荷外机可以通过LED显示24种故障和保护，有效及可靠的保证了空调的运行。图3-7是室外控制单元的示意图。室外机控制方框图

室外机控制单元主要完成如下功能：室外机控制方框图♦与室内控制板通讯，接收室内控制板命令及温度并返回外机的状态；♦室外环境温度、盘管温度以及压缩机温度采集；♦控制室外风机的运行；♦采用三项合成的方式，通过IPM模块对压缩机转速进行调整；♦制热/制冷控制，即控制四通换向阀的动作；♦采用LED显示24种保护及故障；C、压缩机驱动部分及主要功能压缩机驱动部分主要包括IPM模块，和位置检测电路，IPM即智能功率控制模块，主要根据控制芯片来输出不同的PWM脉冲，控制压缩机的转速。达到调试的目的。位置检测电流通过反电动势来判断压缩机转子的位置，从而给出给压缩机施加电流的时间，达到时时控制压缩机转速的目的。D、本公司变频空调软件的创新之处1、频率控制上采用PID积分的方法，能够自适应房间的大小调整目标频率，快速的调节房间的温度。2、控制参数采用EE自刷新FLASH技术，即在修改主控程序和压缩机参数时，可以直接更改EE中的数据，在下次机器运行时，就可以直接把EE中的数据导入芯片FLASH中，空调就会按照新修改的数据运行。3、通信上采用单一通道实现双波特率传输以及采用室外主发的通信方式。4、AD采样采用十位精度AD表，从而使压缩机因温度变化升降频率控制在5HZ内，有效的减小的压缩机升降频带来的噪声。5、压缩机低温启动采用绕住加热的方式启动。四、变频空调的核心-直流变频压机极其驱动直流变频压机的驱动直流无刷电机：直流无刷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（或铁氧体）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。A.基本原理：、以、右些女田克卫L+田M我力Mrh）瘩中亲土田\甘止》数学模型RLHighMotorVoltagePWMdutyRLHighMotorVoltageLodeTorqueMotorTorque无刷直流电机转子定位过程示意图基于端电压的反电动势检测电路BLMB.奥克斯变频空调变频驱动介绍该驱动电流波形图5、180°直流变频压机驱动简介及120°驱动的对比分析在技术发展的今天，直流变频空调凭着高效节能的优点，已迅速的进入空调市场，并且将逐步取代交流变频空调，成为市场的主力。但是由于直流空调目前多采用120°方波驱动，使得运行噪音较大，影响了直流空调的进一步的推广。因此，新的控制算法180°正弦波驱动方案被逐步应用到压机的驱动上。该算法运用最新的DSP控制技术，在一定的程度上降低了直流空调的运行噪音。使得直流空调运行噪音显著降低2DB〜6DB，运行电流波形变的更加平滑合理，满足了广大消费者的需求。A.180°驱动简介位置检测的方法：检测压机运行的相电流确定压机的物理参数c・估算压机的反电势推算压机转子的位置硬件电路如下：FIGURE5:3-PHASETOPOLOGY115/230VACPWM1L_If.空间矢量简介g.FOC控制简介0FOC控制-Park变换Miu心仁mid=iacos9n-i+ipsin0n-iiq=-iasin0n-i+ipcos0n-iFOC控制.PI调节器Err=InRef-FBU=Sum+Kp*ErroutTOC\o"1-5"\h\zif(U>Outmax)--x-xInRef—*(y)——Kperr+KiIerrdt—►Out=Outmax|二elseif(U<Outmin)-