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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)鍵在于采用了無刷直流電機作為壓縮機,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
我們把采用無刷直流電機作為壓縮機的空調(diào)器稱為“直流變頻空調(diào)”從概念上來說是不確切的,因為我們都知道直流電是沒有頻率的,也就談不上變頻,但人們已經(jīng)形成了習(xí)慣,對于采用無刷直流壓縮機的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。
無刷直流電機
無刷直流電機與普通的交流電機或有刷直流電機的最大區(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,簡單地說來,就是把普通直流電機由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子,把普通
2、直流電機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所必須的電刷,而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機相似,所以把這種電機稱為無刷直流電機。無刷直流電機既克服了傳統(tǒng)的直流電機的一些缺陷,如電磁干擾、噪聲、火花可靠性差、壽命短,又具有交流電機所不具有的一些優(yōu)點,如運行效率高、調(diào)速性能好、無渦流損失。所以,直流變頻空調(diào)相對與交流變頻空調(diào)而言,具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。
轉(zhuǎn)子位置檢測
由于無刷直流電機在運行時,必須實時檢測出永磁轉(zhuǎn)子的位置,從而進行相應(yīng)的驅(qū)動控制,以驅(qū)動電機換相,才能保證電機平穩(wěn)地運行。實現(xiàn)無刷直流電機位置檢測通常有兩種方法,一是利用電機內(nèi)部的位
3、置傳感器(通常為霍爾元件)提供的信號;二是檢測出無刷直流電機相電壓,利用相電壓的采樣信號進行運算后得出。在無刷直流電動機中總有兩相線圈通電,一相不通電。一般無法對通電線圈測出感應(yīng)電壓,因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號用線,捕捉到感應(yīng)電壓,通過專門設(shè)計的電子回路轉(zhuǎn)換,反過來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)壓縮機都采用后一種方法進行電機換相。
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,通過三極管的通斷,給壓縮機三相線圈同時通電,壓縮機為一三相交流壓機。
直流變頻空調(diào)的變頻模塊每次導(dǎo)通二個三
4、極管(A+、A-不能同時導(dǎo)通,B+、B-不能同時導(dǎo)通,C+、C-不能同時導(dǎo)通),兩相線圈通以直流電,驅(qū)動轉(zhuǎn)子運轉(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,一類是只有壓縮機采用無刷直流電機;二是不僅壓縮機,還包括室內(nèi)風(fēng)機、室外風(fēng)機都采用了無刷直流電機,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、(其中其壓縮機更是采用了高性能的雙轉(zhuǎn)子直流變頻壓縮機)。
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,僅增加與外機通訊電路,通過信號線“S”,按一定的通訊規(guī)則與室外機實現(xiàn)通訊,信號線“S”通過的為+24V電信號。
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、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、壓機過載保護、模塊保護的檢測;壓機、風(fēng)機的控制;與室內(nèi)機進行通訊;計算六相驅(qū)動信號,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驅(qū)動,為壓縮機提供運轉(zhuǎn)電源。
1.通訊電路
通訊規(guī)則:從主機(室內(nèi)機)發(fā)送信號到室外機是在收到室外機狀態(tài)信號處理完50毫秒之后進行,副機同樣等收到主機(室內(nèi)機)發(fā)送信號處理完50毫秒之后進行,通訊以室內(nèi)機為主,正常情況主機發(fā)送完之后等待接收,如500毫秒仍未接收到信號則再發(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)未收到對方的應(yīng)答(或應(yīng)答錯誤),則出錯報警;同時發(fā)送信息命令給室外,以室外機為副機,室外機未接收到室內(nèi)機的信號時,則一直等待,不發(fā)送信號,通訊時序如下所示:
電路分析
由于空調(diào)室內(nèi)機與室外機的距離
7、比較遠(yuǎn),因此兩個芯片之間的通信(+5V信號)不能直接相連,中間必須增加驅(qū)動電路,以增強通信信號(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,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,接收光耦I(lǐng)C1、PC1截止,室外RXD接收低電平“0”,從而實現(xiàn)了通信信號由室內(nèi)向室外的傳輸。同理,可分析通信信號由室外向室內(nèi)的傳輸過程。
2.交流電源的濾波及保護
下圖為室外
9、電源電路板上的濾波及保護電路
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電網(wǎng)的電磁串?dāng)_,以及過壓保護及防雷擊保護。
FS1為延時保險絲,可以防止電控器的長時間過流或短路,同時,又可在輸入電壓過高時,與ZMR1一起保護后續(xù)電路免受沖擊而千萬損壞。
AS1、ZMR2共同組成防雷擊保護電路。
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)對電控器的干擾,也能阻止電控器本身的諧波進入電網(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)對電網(wǎng)的干擾。并且提高功率因素。
PTC1、RL3組成延時防瞬間大電流電路,以防止上電初期對電容的過大的電流沖擊,以免插入電源插頭時,插頭與插座間打火,如果室內(nèi)外機通訊正常,延時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,斷路時引起的現(xiàn)象是壓縮機啟動后,轉(zhuǎn)動一會即會停止,產(chǎn)生欠壓保護;短路可引起的現(xiàn)象是用戶的保險燒斷或限電保護器動作。
C81-C83為主濾波電容,該電容有可能過太擊穿,另外電解液干涸及使用環(huán)境溫度過高均可使其損壞。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,該器件固定在散熱鉛型材上,其斷路時與DB1現(xiàn)象相同,更換即可,短路則無明顯表現(xiàn),只是對電網(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控制信號,控制六個三極管的通斷,以獲得準(zhǔn)確控制電壓,U、V、W對壓縮機輸出控制電壓,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。
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5.全直流風(fēng)扇電機
美的全直流變頻空調(diào)室內(nèi)、外風(fēng)扇電機使用的都是直流電機,以下為它們的
12、接線圖。
室內(nèi)直流風(fēng)機
通過改變電壓大小的方式來控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速,Vc的電壓范圍在9~36V之間,電壓越高,風(fēng)機轉(zhuǎn)速越高,電壓越低,風(fēng)機轉(zhuǎn)速越低;+5V為風(fēng)機內(nèi)電路控制板的工作電壓;
室外直流風(fēng)機
室外直流風(fēng)機工作原理與直流壓縮機基本相同,只是PWM電壓波形形成電路做在了電機內(nèi);Vc為高壓直流供電部分提供的直流電源,供風(fēng)機繞組工作使用,300V左右,由于用戶電源電壓有高有低,因而Vc實際在200V-375V之間;+15V電壓為風(fēng)機內(nèi)電路板的工作電源電壓;Vsp為風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制信號,室外主控芯片發(fā)出的外風(fēng)機風(fēng)速控制信號為+5V的脈沖數(shù)字信號,經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換成最大電壓+15V的模擬信號,即Vsp,控制電機內(nèi)電路板以產(chǎn)生PWM電壓波形;風(fēng)速反饋信號為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的信號后,才能供給外主控芯片以檢測外風(fēng)機轉(zhuǎn)數(shù)。