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1、C2000 微控制器 180直流變頻空調(diào)控制方案,LSD CZJ 2010-11,什么是直流變頻空調(diào)？,采用了直流變頻壓縮機(jī)的空調(diào)稱(chēng)為直流變頻空調(diào)，如果風(fēng)扇電機(jī)也采用直流變頻電機(jī)，市面上有稱(chēng)呼為全直流變頻空調(diào)。 直流變頻其實(shí)際表征的意義是直流調(diào)速，普通空調(diào)使用定速壓縮機(jī)，不管房間環(huán)境怎么樣，其狀態(tài)要么是全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，要么是停機(jī)狀態(tài)，很不省電。直流變頻空調(diào)可以根據(jù)房間溫度的高低，讓壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速下。 在直流變頻出現(xiàn)之前，有一個(gè)中間過(guò)渡產(chǎn)品，叫交流變頻，它所用的壓縮機(jī)電機(jī)為普通交流三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。雖然也能調(diào)速，但電機(jī)效率不高。節(jié)能效果一般。 市面還有一些炒作概念，叫數(shù)字直流變頻空調(diào)。,直流變

2、頻空調(diào)優(yōu)點(diǎn),,快速達(dá)到制冷、制熱設(shè)定的溫度 開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，房間溫度與設(shè)定溫度的溫差大，壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，以提供大的能力，故比定速空調(diào)器更快達(dá)到設(shè)定溫度。 舒適性好 一般空調(diào)器，因?yàn)槟芰ο拗?，調(diào)節(jié)室溫是通過(guò)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而變頻空調(diào)器可以通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)空調(diào)器能力，創(chuàng)造出室內(nèi)溫度變化不大的舒適環(huán)境。 節(jié)省能源 變頻空調(diào)器在達(dá)到或接近設(shè)定溫度后，壓縮機(jī)保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)，空調(diào)器能力變小，相對(duì)于空調(diào)器的兩器較大，換熱充分，空調(diào)器的能效比變高，節(jié)省能源。 普通定速空調(diào)器在達(dá)到設(shè)定溫度后，壓縮機(jī)會(huì)停止，循環(huán)系統(tǒng)中的已經(jīng)壓縮的制冷劑壓力會(huì)釋放，冷熱能源被白白放掉。當(dāng)壓縮機(jī)再運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，又

3、要開(kāi)始新的壓縮過(guò)程，浪費(fèi)大量能源。但變頻空調(diào)器可以調(diào)節(jié)能力大小，必要時(shí)可以降低轉(zhuǎn)速，減小能力，只供應(yīng)必要的能源，這樣可以大大減少壓縮機(jī)停止、運(yùn)轉(zhuǎn)的次數(shù)，節(jié)省能源。,直流變頻空調(diào)優(yōu)點(diǎn),,當(dāng)室外低溫時(shí)能供給大的制熱能力 一般空調(diào)器，當(dāng)室外氣溫低于零度時(shí)，制熱能力大幅下降，而變頻空調(diào)器可通過(guò)提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，補(bǔ)償因低氣溫而降低的制熱能力，即使低氣溫也能充分發(fā)揮其能力。 能適應(yīng)50HZ與60HZ地區(qū)使用，并可以更好實(shí)現(xiàn)一臺(tái)室外機(jī)帶多臺(tái)室內(nèi)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 (6)空調(diào)器運(yùn)行后振動(dòng)和噪音小。 變頻式空調(diào)器在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于沒(méi)有頻繁的開(kāi)停機(jī)現(xiàn)象，所以不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)的動(dòng)作聲，以及壓縮機(jī)啟停機(jī)時(shí)發(fā)出的氣流聲和

4、振動(dòng)聲。 (7)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)干擾小。 由于變頻空調(diào)器以低頻率的方式啟動(dòng)，隨后再逐漸提高運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，所以空調(diào)器在啟動(dòng)時(shí)電流小。另外，壓縮機(jī)大部分時(shí)間是運(yùn)轉(zhuǎn)在低頻率狀態(tài)，這樣壓縮機(jī)的機(jī)械磨損減小，使用壽命延長(zhǎng)，可靠性提高。 目前變頻壓縮機(jī)多采用渦旋式或雙轉(zhuǎn)子式，壓縮機(jī)線圈為三相，頻率范圍在10120Hz之間變化，轉(zhuǎn)速在6007200轉(zhuǎn)/分之間變化。,直流變頻空調(diào)缺點(diǎn),,變頻空調(diào)器的主要缺點(diǎn)： 變頻空調(diào)器的主要缺點(diǎn)。變頻空調(diào)器低電壓運(yùn)行時(shí)，達(dá)不到最大制冷與制熱量，壓縮機(jī)高頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音較大。變頻空調(diào)器的電器元件較多，檢修難度大，且價(jià)格較普通空調(diào)器高。,直流變頻空調(diào)與傳統(tǒng)定頻空調(diào)區(qū)別：,變頻空調(diào)是指

5、采用變頻原理，利用二次逆變得到的可變化交流電源來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變管路中制冷劑循環(huán)量，控制空調(diào)器輸出能力。 定速空調(diào)是指其內(nèi)部壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速怛定不變，通過(guò)開(kāi)關(guān)壓縮機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)溫度。,直流變頻空調(diào)與傳統(tǒng)定頻空調(diào)區(qū)別：,變頻空調(diào) 變頻空調(diào)適用工作電壓范圍大；啟動(dòng)電流小；高功率運(yùn)轉(zhuǎn)，迅速達(dá)到設(shè)定溫度，低功率維持，室溫平衡，因而制冷制熱迅速、省電、室溫波動(dòng)小。 定速空調(diào) 定頻空調(diào)以固定功率運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)頻繁開(kāi)關(guān)機(jī)維持室內(nèi)溫度，因而制冷制熱速度緩慢，對(duì)家庭電網(wǎng)沖擊大，室溫波動(dòng)大。,直流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)區(qū)別一：,交流變頻產(chǎn)品與直流變頻產(chǎn)品主要區(qū)別在壓縮機(jī)和控制系統(tǒng)兩部分：,1、壓縮機(jī)區(qū)別 直流

6、變頻空調(diào)和交流變頻空調(diào)采用的壓縮機(jī)電機(jī)，原理上都是定子產(chǎn)生一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，利用定子、轉(zhuǎn)子電磁間磁場(chǎng)力相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩不斷推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。,交流變頻： 壓縮機(jī)采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理：采用交流變頻壓縮機(jī)，通過(guò)定子、轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)的相互作用使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。但其特別的設(shè)計(jì)使得可以在較大范圍內(nèi)通過(guò)改變電源的頻率和電壓來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 特點(diǎn)：相對(duì)于定頻空調(diào)而言，交流變頻空調(diào)具有制冷制熱快速、控溫精確的特點(diǎn)。但交流變頻壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是靠定子繞組上通過(guò)的電流和轉(zhuǎn)子繞組上的感應(yīng)電流形成的磁力線的相互作用實(shí)現(xiàn)的，因此轉(zhuǎn)子繞組有電流通過(guò)，產(chǎn)生電能損耗。其成本比直流變頻空調(diào)要低很多。,直流變頻： 壓縮機(jī)采用直流

7、電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理：采用直流變頻壓縮機(jī)，壓縮機(jī)定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)直接作用，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子是永磁體，沒(méi)有線圈/繞組，無(wú)需外部供電，也就不產(chǎn)生電能損耗，效率高、節(jié)能； 特點(diǎn)：效率高與噪音低。直流變頻壓縮機(jī)效率比交流變頻壓縮機(jī)高10%30%，噪音低5分貝10分貝。 交流變頻與直流變頻是兩代產(chǎn)品，空調(diào)技術(shù)最領(lǐng)先的日本已全部為直流變頻。,直流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)區(qū)別二：,2、控制系統(tǒng)區(qū)別 交流變頻 交流變頻壓縮機(jī)采用異步控制，（220V/50Hz的市電經(jīng)整流濾波后得到310V左右的直流電，此直流電經(jīng)過(guò)逆變后，就可以得到用以控制壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻電源。脈寬調(diào)制（PWM）：在輸出電壓每半個(gè)

8、周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分成若干個(gè)脈沖波，由于輸出電壓的平均值與脈沖的占空比（脈沖的寬度除以脈沖的周期稱(chēng)為占空比）成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，不改變脈沖電壓幅度的大小，而是改變脈沖的占空比，可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。這種方法稱(chēng)為PWM（PuleWidth Modulation）調(diào)制，PWM調(diào)制可以直接在逆變器中完成電壓與頻率的同時(shí)變化），控制電路比較簡(jiǎn)單。,直流變頻： 直流變頻壓縮機(jī)屬于同步控制，時(shí)刻檢測(cè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子位置，并依據(jù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，控制壓縮機(jī)頻率。 壓縮機(jī)采用無(wú)刷直流電機(jī)（120）或永磁同步電機(jī)（180），則變頻就是直流變頻。如果采用交流電機(jī)，則變頻就是交流變頻；另

9、外，全直流變頻是指壓縮機(jī)、室內(nèi)外風(fēng)機(jī)均使用直流無(wú)刷電機(jī)，部分直流指只有壓縮機(jī)使用直流無(wú)刷電機(jī)。,直流變頻空調(diào)整體框圖,直流變頻空調(diào)主要部件的作用1,1溫度傳感器 (1)室內(nèi)環(huán)溫?zé)崦綦娮枳饔谩? 實(shí)現(xiàn)制冷與制熱控制，根據(jù)室溫與設(shè)定溫度進(jìn)行比較后，通過(guò)單片機(jī)控制室外電子膨脹閥開(kāi)啟度與壓縮機(jī)運(yùn)行頻率。 (2)室內(nèi)管溫?zé)崦綦娮枳饔谩? 通過(guò)測(cè)量室內(nèi)管溫過(guò)冷與過(guò)熱，控制室內(nèi)外風(fēng)機(jī)速度或開(kāi)停，制熱時(shí)防冷風(fēng)與除霜，限定壓縮機(jī)運(yùn)行頻率或開(kāi)停。 (3)室外環(huán)溫?zé)崦綦娮枳饔谩? 通過(guò)測(cè)量室外環(huán)境溫度的高低，控制室外風(fēng)機(jī)速度，降低或增高壓縮機(jī)運(yùn)行頻率。 (4)室外管溫?zé)崦綦娮枳饔谩? 通過(guò)測(cè)量室外管溫的高低，控制電

10、子膨脹閥開(kāi)啟度以及壓縮機(jī)運(yùn)行頻率。(管溫超過(guò)60以上關(guān)壓縮機(jī)。) (5)室外壓縮機(jī)排氣管溫?zé)崦綦娮枳饔? 當(dāng)壓縮機(jī)排氣管溫高于115時(shí)，限定降低壓縮機(jī)運(yùn)行頻率高于120停壓縮機(jī)，1小時(shí)內(nèi)連續(xù)四次超過(guò)115壓縮機(jī)停。 (6)變頻壓縮機(jī)頂部溫度保護(hù)。 當(dāng)壓縮機(jī)頂部溫度超過(guò)125，過(guò)載保護(hù)器斷開(kāi)給單片機(jī)提供保護(hù)信號(hào)，使壓縮機(jī)停止運(yùn)行。,直流變頻空調(diào)主要部件的作用2,2.電子膨脹閥 普通空調(diào)器采用毛細(xì)管調(diào)節(jié)制冷劑的流量，它的流量調(diào)節(jié)范圍較小，僅適用于小型制冷系統(tǒng)，對(duì)于變頻空調(diào)器來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍寬，要求制冷劑供液量的調(diào)節(jié)范圍就越寬，而且調(diào)節(jié)反應(yīng)速度要快。 電子膨脹閥分電磁式和電動(dòng)式兩類(lèi)。

11、電磁式膨脹閥的開(kāi)啟度取決于其電磁線圈上施加電壓高低，在電磁線圈通電前，閥體內(nèi)針閥處于全開(kāi)位置，流量最大。隨著控制電壓的增加，針閥的開(kāi)啟度逐漸減小，流量逐漸減小。 電動(dòng)式膨脹閥分直動(dòng)型和減速型，目前多采用直動(dòng)型四相脈沖步進(jìn)電機(jī)(最高工作壓差為2.75 MPa、l2V、垂直放置、流動(dòng)方向可逆，焊接時(shí)閥體溫度不能高于120)，當(dāng)脈沖電壓按一定順序作用到電機(jī)線圈上，電機(jī)正反轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)針閥上升或下降，調(diào)節(jié)電子膨脹閥的流量。,直流變頻空調(diào)主要部件的作用3,3.變頻壓縮機(jī) 變頻壓縮機(jī)按內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，可分為雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)與渦旋式壓縮機(jī)。按電器結(jié)構(gòu)不同，可分為交流變頻壓縮機(jī)與直流變頻壓縮機(jī)。 (1)交

12、流變頻壓縮機(jī) 交流變頻壓縮機(jī)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子同普通三相交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，但輸入的為三相脈沖式電壓。 (2)直流變頻壓縮機(jī)(應(yīng)稱(chēng)為直流調(diào)速壓縮機(jī)) 由于空調(diào)器制冷系統(tǒng)內(nèi)部不允許產(chǎn)生火花，所以直流變頻壓縮機(jī)電機(jī)采用了三相四極直流無(wú)刷電機(jī)，該電機(jī)定子結(jié)構(gòu)與普通三相感應(yīng)電機(jī)相同，但轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)則截然不同，其轉(zhuǎn)子采用四極永久磁鐵。,直流變頻空調(diào)主要部件的作用4,4變頻驅(qū)動(dòng)模塊 IPM(又稱(chēng)功率逆變器)內(nèi)部由T1T6六個(gè)功率晶體管組成，它將輸入的直流電逆變?yōu)轭l率與電壓可調(diào)的交流電。 變頻模塊內(nèi)部六個(gè)功率晶體管導(dǎo)通，必須遵循一定規(guī)律，即在一個(gè)周期360度內(nèi)，由控制線路使每個(gè)晶體管導(dǎo)通180度，且同一

13、橋臂上的兩個(gè)晶體管一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)必須關(guān)斷，相鄰兩相的元件導(dǎo)通相位差為120度，在任意60度內(nèi)都有三個(gè)晶體管導(dǎo)通以接通三相負(fù)載。當(dāng)空調(diào)器生產(chǎn)廠家不同時(shí)，變頻模塊內(nèi)部也略有不同，即增加了主控板直流穩(wěn)壓電路，模塊保護(hù)電路等。,直流變頻空調(diào)主要部件的作用5,5功率因數(shù)校正單元 PFC是降低或消除電源諧波電流的電路，分有源和無(wú)源PFC，可以起到電源的提高功率因數(shù)和諧波電流的作用，同時(shí)有源PFC電路可以起到提高和穩(wěn)定直流電壓的作用，這點(diǎn)對(duì)于高效壓機(jī)是必須是的。在電源由交流整流為直流的過(guò)程中，因?yàn)檎鞯倪^(guò)程是非線性的，因此導(dǎo)致交流供電電路諧波電流大，功率因數(shù)低，滿足不了國(guó)家的CCC認(rèn)證規(guī)定中對(duì)諧波電流

14、的要求，功率因數(shù)也比普通的低60%左右。但PFC電路的加入，會(huì)引入額外的能耗的增加，但合理的于高效壓機(jī)配合使用，整機(jī)的效率還可以大大提升的。,,PFC單元,直流變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)原理,主要的直流變頻技術(shù) 方波（120度）控制原理 正弦波（180度）控制原理 方波控制與正弦波控制的對(duì)比,直流變頻技術(shù)主要有兩種： 一種是方波直流變頻技術(shù)，也就是120變頻技術(shù)，另一種是正弦波直流變頻技術(shù)，也就是180變頻技術(shù)。 兩種直流變頻技術(shù)適用于不同的壓縮機(jī)電機(jī)，一般來(lái)說(shuō)，反電勢(shì)為方波的壓縮機(jī)電機(jī)就適合用方波直流變頻技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)，而反電勢(shì)為正弦波的壓縮機(jī)電機(jī)就適合用正弦波直流變頻技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 總的來(lái)說(shuō)，正弦波直流變頻技

15、術(shù)的控制精度更高，可以使壓縮機(jī)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高，因此采用正弦波技術(shù)的變頻空調(diào)在同樣條件下可以得到更高的能效比。但是這種技術(shù)的運(yùn)算量很大，對(duì)控制芯片的要求比較高。,方波變頻控制的控制原理： 檢測(cè)電機(jī)不導(dǎo)通電流相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，延遲30度導(dǎo)通該相，并以此為依據(jù)，對(duì)其他相進(jìn)行換相控制。方波變頻每次只有兩相導(dǎo)通，每相導(dǎo)通120度，壓縮機(jī)定子產(chǎn)生的磁勢(shì)每60度變化一次，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大。,正弦波變頻控制的控制原理,正弦波變頻的變頻模塊采用SVPWM調(diào)制方法，三相導(dǎo)通，每相導(dǎo)通180度，壓縮機(jī)定子產(chǎn)生的磁勢(shì)是連續(xù)的正弦磁勢(shì)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，但控制復(fù)雜。,算法核心：轉(zhuǎn)子磁通估計(jì),正弦波與方波控制的對(duì)比：,變頻空調(diào)

16、室外機(jī) 直流變頻電控單元 PICCOLO 軟硬件設(shè)計(jì)方案,嵌入式研發(fā)中心,硬件設(shè)計(jì)方案,硬件方案整體框圖：,UART,硬件方案整體框圖：,,,主動(dòng)PFC 整流板,180度直流變頻驅(qū)動(dòng)板,開(kāi)關(guān)電源板,PFC部分框圖：,1200W CCM 平均電流模式PFC ----------儲(chǔ)祝君 李明宇 負(fù)責(zé),開(kāi)關(guān)電源部分框圖：,10W隔離型3路輸出開(kāi)關(guān)電源 控制部分供電 ----------李明宇 負(fù)責(zé),AUX 變頻驅(qū)動(dòng)板實(shí)物：,正面 背面,AUX 變頻驅(qū)動(dòng)尺寸：,軟件設(shè)計(jì)方案,軟件框圖,SVPWM 底層驅(qū)動(dòng),AD 電流檢測(cè) 底層驅(qū)動(dòng),SVPWM 波形發(fā)生器 CLARK逆變換,IPARK逆變換,交軸PI調(diào)節(jié)器,速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器,直軸PI調(diào)節(jié)器,PARK變換,CLARK變換,開(kāi)環(huán)閉環(huán)切換,相電壓CLARK變換,滑膜觀測(cè)器磁通估計(jì),速度計(jì)算,軟啟動(dòng),開(kāi)環(huán)啟動(dòng),SVPWM 驅(qū)動(dòng)算法，扇區(qū)計(jì)算，過(guò)調(diào)制補(bǔ)償 電流采集標(biāo)幺化，坐標(biāo)變換算法 磁通估計(jì) 滑膜觀測(cè)理論與算法 軟啟動(dòng) 速度環(huán)PI算法 開(kāi)環(huán)閉環(huán)切換開(kāi)關(guān) 弱磁控制,重要軟件模塊,已確定,尚有難點(diǎn),盡心盡力， 成就您我!,