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直流變頻空調(diào)基本原理及結(jié)構(gòu).doc

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1、直流變頻空調(diào)基本原理及結(jié)構(gòu) 直流變頻空調(diào)其關(guān)鍵在于采用了無(wú)刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī),其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。 (1)直流變頻空調(diào)的基本原理 直流變頻概念 我們把采用無(wú)刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)的空調(diào)器稱為“直流變頻空調(diào)”從概念上來(lái)說(shuō)是不確切的,因?yàn)槲覀兌贾乐绷麟娛菦](méi)有頻率的,也就談不上變頻,但人們已經(jīng)形成了習(xí)慣,對(duì)于采用無(wú)刷直流壓縮機(jī)的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。 無(wú)刷直流電機(jī) 無(wú)刷直流電機(jī)與普通的交流電機(jī)或有刷直流電機(jī)的最大區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是由稀土材料的永久磁鋼構(gòu)成,定子采用整距集中繞組,簡(jiǎn)單地說(shuō)來(lái),就是把普通直流電機(jī)由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子,把普通

2、直流電機(jī)需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉(zhuǎn)子變成定子。這樣,就可以省掉普通直流電機(jī)所必須的電刷,而且其調(diào)速性能與普通的直流電動(dòng)機(jī)相似,所以把這種電機(jī)稱為無(wú)刷直流電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)既克服了傳統(tǒng)的直流電機(jī)的一些缺陷,如電磁干擾、噪聲、火花可靠性差、壽命短,又具有交流電機(jī)所不具有的一些優(yōu)點(diǎn),如運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好、無(wú)渦流損失。所以,直流變頻空調(diào)相對(duì)與交流變頻空調(diào)而言,具有更大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 由于無(wú)刷直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí),必須實(shí)時(shí)檢測(cè)出永磁轉(zhuǎn)子的位置,從而進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制,以驅(qū)動(dòng)電機(jī)換相,才能保證電機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)位置檢測(cè)通常有兩種方法,一是利用電機(jī)內(nèi)部的位

3、置傳感器(通常為霍爾元件)提供的信號(hào);二是檢測(cè)出無(wú)刷直流電機(jī)相電壓,利用相電壓的采樣信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后得出。在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中總有兩相線圈通電,一相不通電。一般無(wú)法對(duì)通電線圈測(cè)出感應(yīng)電壓,因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)用線,捕捉到感應(yīng)電壓,通過(guò)專門設(shè)計(jì)的電子回路轉(zhuǎn)換,反過(guò)來(lái)控制給定子線圈施加方波電壓;由于后一種方法省掉了位置傳感器,所以直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)都采用后一種方法進(jìn)行電機(jī)換相。 直流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)的電控區(qū)別 交流變頻空調(diào)的變頻模塊按照SPWM調(diào)制方法,通過(guò)三極管的通斷,給壓縮機(jī)三相線圈同時(shí)通電,壓縮機(jī)為一三相交流壓機(jī)。 直流變頻空調(diào)的變頻模塊每次導(dǎo)通二個(gè)三

4、極管(A+、A-不能同時(shí)導(dǎo)通,B+、B-不能同時(shí)導(dǎo)通,C+、C-不能同時(shí)導(dǎo)通),兩相線圈通以直流電,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn),另一相線圈不通電,但有感應(yīng)電壓,根據(jù)感應(yīng)電壓的大小可以判斷出轉(zhuǎn)子的位置,進(jìn)而控制繞組通電順序。直流變頻相比交流變頻多一位置檢測(cè)電路。 下圖為直流變頻空調(diào)的電路原理圖:   下圖為直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)各繞組電壓控制例圖   直流變頻空調(diào)可分為兩類,一類是只有壓縮機(jī)采用無(wú)刷直流電機(jī);二是不僅壓縮機(jī),還包括室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)都采用了無(wú)刷直流電機(jī),而且制冷劑的調(diào)節(jié)方式也由毛細(xì)管變?yōu)殡娮优蛎涢y,這就是全直流變頻空調(diào)。KFR-35GW/BP2Y,就是一款全數(shù)字直流變頻空調(diào)

5、(其中其壓縮機(jī)更是采用了高性能的雙轉(zhuǎn)子直流變頻壓縮機(jī))。 三. 變頻空調(diào)電路分析 變頻空調(diào)電控總體框圖如下     概述: 室內(nèi)電路與普通空調(diào)基本相同,僅增加與外機(jī)通訊電路,通過(guò)信號(hào)線“S”,按一定的通訊規(guī)則與室外機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊,信號(hào)線“S”通過(guò)的為+24V電信號(hào)。 室外電路一般分為三部分:室外主控板、室外電源電路板、IPM變頻模塊組件。電源電路板完成交流電的濾波、保護(hù)、整流、功率因素調(diào)整,為變頻模塊提供穩(wěn)定的直流電源。主控板執(zhí)行溫度、電流、電壓、壓機(jī)過(guò)載保護(hù)、模塊保護(hù)的檢測(cè);壓機(jī)、風(fēng)機(jī)的控制;與室內(nèi)機(jī)進(jìn)行通訊;計(jì)算六相驅(qū)動(dòng)信號(hào),控制變頻模塊。變頻模塊組件輸入310V直流電壓

6、,并接受主控板的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng),為壓縮機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)電源。 1.通訊電路 通訊規(guī)則:從主機(jī)(室內(nèi)機(jī))發(fā)送信號(hào)到室外機(jī)是在收到室外機(jī)狀態(tài)信號(hào)處理完50毫秒之后進(jìn)行,副機(jī)同樣等收到主機(jī)(室內(nèi)機(jī))發(fā)送信號(hào)處理完50毫秒之后進(jìn)行,通訊以室內(nèi)機(jī)為主,正常情況主機(jī)發(fā)送完之后等待接收,如500毫秒仍未接收到信號(hào)則再發(fā)送當(dāng)前的命令,如果1分鐘(直流變頻為1分鐘,交流變頻為2分鐘)內(nèi)未收到對(duì)方的應(yīng)答(或應(yīng)答錯(cuò)誤),則出錯(cuò)報(bào)警;同時(shí)發(fā)送信息命令給室外,以室外機(jī)為副機(jī),室外機(jī)未接收到室內(nèi)機(jī)的信號(hào)時(shí),則一直等待,不發(fā)送信號(hào),通訊時(shí)序如下所示:       電路分析 由于空調(diào)室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)的距離

7、比較遠(yuǎn),因此兩個(gè)芯片之間的通信(+5V信號(hào))不能直接相連,中間必須增加驅(qū)動(dòng)電路,以增強(qiáng)通信信號(hào)(增加到+24V),抵抗外界的干擾。 下圖為室內(nèi)外通訊電路圖,其中上部份為室內(nèi)通訊電路,下部份為室外通訊電路。 二極管D1、電阻R1、R2、R47、電容C3、C4、穩(wěn)壓二極管CW1組成通訊電路的電源電路,交流電經(jīng)D1半波整流,R1、R2限流后,R47電阻分流后,穩(wěn)壓二極管CW1將輸出電壓穩(wěn)定在24V,再經(jīng)C3、C4濾波后,為通信環(huán)路提供穩(wěn)定的24V電壓,整個(gè)通信環(huán)路的環(huán)流為3mA左右。 光耦I(lǐng)C1、IC2、PC1、PC2起隔離作用,防止通訊環(huán)路上的大電流、高電壓串入芯片內(nèi)部,損壞芯片,R3

8、、R18、R21、R22電阻限流,將穩(wěn)定的24V電壓轉(zhuǎn)換為3mA的環(huán)路電流,R23、R42電阻分流,保護(hù)光耦,D2、D5防止N、S反接。 當(dāng)通信處于室內(nèi)發(fā)送、室外接收時(shí),室外TXD置高電平,室外發(fā)送光耦PC2始終導(dǎo)通,若室內(nèi)TXD發(fā)送高電平“1”,室內(nèi)發(fā)送光耦I(lǐng)C2導(dǎo)通,通信環(huán)路閉合,接收光耦I(lǐng)C1、PC1導(dǎo)通,室外RXD接收高電平“1”;若室內(nèi)TXD發(fā)送低電平“0”,室內(nèi)發(fā)送光耦I(lǐng)C2截止,通信環(huán)路斷開(kāi),接收光耦I(lǐng)C1、PC1截止,室外RXD接收低電平“0”,從而實(shí)現(xiàn)了通信信號(hào)由室內(nèi)向室外的傳輸。同理,可分析通信信號(hào)由室外向室內(nèi)的傳輸過(guò)程。 2.交流電源的濾波及保護(hù) 下圖為室外

9、電源電路板上的濾波及保護(hù)電路 該部分主要的功能是吸收電網(wǎng)中各種干擾,并抑制電控器本身對(duì)電網(wǎng)的電磁串?dāng)_,以及過(guò)壓保護(hù)及防雷擊保護(hù)。 FS1為延時(shí)保險(xiǎn)絲,可以防止電控器的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流或短路,同時(shí),又可在輸入電壓過(guò)高時(shí),與ZMR1一起保護(hù)后續(xù)電路免受沖擊而千萬(wàn)損壞。 AS1、ZMR2共同組成防雷擊保護(hù)電路。 C1、T1、C4、C5、C2組成有效的電磁干擾濾波器,該濾波器有雙向作用,即能吸收電網(wǎng)對(duì)電控器的干擾,也能阻止電控器本身的諧波進(jìn)入電網(wǎng)。 3.變頻器高壓直流供電部分 下圖為室外電源電路板上的高壓直流供電電路 該部分的功能是將交流輸入整流濾波為300V左右的高壓直流供給

10、變頻驅(qū)動(dòng)部分作為主能源。并將已畸變的電流波形校正減少高次濾波(以奇次為主)對(duì)電網(wǎng)的干擾。并且提高功率因素。 PTC1、RL3組成延時(shí)防瞬間大電流電路,以防止上電初期對(duì)電容的過(guò)大的電流沖擊,以免插入電源插頭時(shí),插頭與插座間打火,如果室內(nèi)外機(jī)通訊正常,延時(shí)3-5秒手,RL3吸合。 整流橋堆DB1將交流整流為直流,該器件可能發(fā)生的故障有斷路和短路,斷路時(shí)引起的現(xiàn)象是壓縮機(jī)啟動(dòng)后,轉(zhuǎn)動(dòng)一會(huì)即會(huì)停止,產(chǎn)生欠壓保護(hù);短路可引起的現(xiàn)象是用戶的保險(xiǎn)燒斷或限電保護(hù)器動(dòng)作。 C81-C83為主濾波電容,該電容有可能過(guò)太擊穿,另外電解液干涸及使用環(huán)境溫度過(guò)高均可使其損壞。損壞分兩種情況:失效(含斷路)和

11、短路,前者表現(xiàn)與橋堆斷路相同,后者與橋堆短路相同。 DB2、C26、L1組成功率因素校正電路,此部分中DB2為故障關(guān)鍵點(diǎn),該器件固定在散熱鉛型材上,其斷路時(shí)與DB1現(xiàn)象相同,更換即可,短路則無(wú)明顯表現(xiàn),只是對(duì)電網(wǎng)易產(chǎn)生干擾,不影響變頻空調(diào)的使用。 4.變頻模塊 如下圖,P、N端接入300V高壓直流電,CZ端子從主控板處接來(lái)控制信號(hào),控制六個(gè)三極管的通斷,以獲得準(zhǔn)確控制電壓,U、V、W對(duì)壓縮機(jī)輸出控制電壓,交流變頻輸出的為三相交流電,直流變頻輸出的為通電繞組不斷改變的直流電。 <>   5.全直流風(fēng)扇電機(jī) 美的全直流變頻空調(diào)室內(nèi)、外風(fēng)扇電機(jī)使用的都是直流電機(jī),以下為它們的

12、接線圖。 室內(nèi)直流風(fēng)機(jī) 通過(guò)改變電壓大小的方式來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,Vc的電壓范圍在9~36V之間,電壓越高,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高,電壓越低,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低;+5V為風(fēng)機(jī)內(nèi)電路控制板的工作電壓; 室外直流風(fēng)機(jī) 室外直流風(fēng)機(jī)工作原理與直流壓縮機(jī)基本相同,只是PWM電壓波形形成電路做在了電機(jī)內(nèi);Vc為高壓直流供電部分提供的直流電源,供風(fēng)機(jī)繞組工作使用,300V左右,由于用戶電源電壓有高有低,因而Vc實(shí)際在200V-375V之間;+15V電壓為風(fēng)機(jī)內(nèi)電路板的工作電源電壓;Vsp為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào),室外主控芯片發(fā)出的外風(fēng)機(jī)風(fēng)速控制信號(hào)為+5V的脈沖數(shù)字信號(hào),經(jīng)過(guò)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換成最大電壓+15V的模擬信號(hào),即Vsp,控制電機(jī)內(nèi)電路板以產(chǎn)生PWM電壓波形;風(fēng)速反饋信號(hào)為12脈沖/轉(zhuǎn),脈沖幅值+15V,因主控板芯片工作電壓為+5V,因此需在電源板上將其轉(zhuǎn)換成+5V的信號(hào)后,才能供給外主控芯片以檢測(cè)外風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。

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