交、直流變頻空調電控原理.ppt
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交、直流變頻空調電控原理,美的空調研發(fā)中心 電控開發(fā)部 李 強 2003年12月1日,1、變頻空調器與定速空調器的區(qū)別,壓縮機不同 定速空調器的壓縮機運行頻率不可變。E.g. 50Hz 變頻空調器的壓縮機運行頻率可以變化。 E.g. 30Hz~120Hz。 控制器不同 變頻空調器的控制器遠比定速空調器復雜。 輸出能力不同 在一個工況下定速機只有一個能力輸出 變頻機的輸出能力是一個范圍,1、變頻空調器與定速空調器的區(qū)別,舒適性不同 變頻空調器的舒適性比定速空調器的好。 可以快速制冷或制熱 溫度波動小。,1、變頻空調器與定速空調器的區(qū)別,對環(huán)境的適應性不同 節(jié)能 從長期運行來說,變頻空調器會比普通空調器節(jié)約30%以上的電量。 Note:頻繁的開/關變頻空調器不能節(jié)約電量。,2、變頻空調器的原理,從能量的轉換上可把變頻控制分為交流到交流變頻與交流-直流-交流變頻。 對家用電器的變頻控制而言,不管是交流變頻還是直流變頻都是通過交流-直流-交流的方式來實現變頻運轉的。 要得到可調頻率的交流電,首先要把220V-240V的交流市電整流為直流電,然后再由直流電變?yōu)榭烧{頻率的交流電,從而完成變頻的過程,見下頁圖所示,2、變頻空調器的原理,,VV,VF,PAM,VVVF,PWM,,,,,2、變頻空調器的原理,,,變頻控制器簡單原理框圖,3、變頻空調器的分類,交流變頻空調器 直流變頻空調器,4、交流變頻空調器原理,交流變頻依據原理: n=60f(1-s)/p n—壓縮機轉速,f—壓縮機供電頻率, p—電機極對數,s—轉差率 所有的交流異步電動機都滿足以上這個公式,交流變頻壓縮機也同樣如此。簡單的來說,交流變頻是通過改變壓縮機的供電頻率f,這樣,在p與s不變的情況下,壓縮機運轉速度就會跟隨頻率的變化而變化。,4、交流變頻空調器原理,異步電動機在運行時,產生的感應電動勢為:E1=4.44kfN1Ф (k—電機繞組系數;N1—每相定子繞組匝數;Ф—每極磁通)。 由于定子阻抗上的壓降很小,可以忽略,可以認為:U1=E1=4.44kfN1Ф。 實際運行過程中,通常希望保持Ф不變。因為Ф的增加,將導致鐵心的飽和,進而引起勵磁電流的上升,使得鐵損急劇增加。而Ф減小,則鐵心未得到充分的利用,使得輸出轉矩下降。 要改變頻率f的大小,電機定子電壓U1必須隨之同時發(fā)生變化,即在變頻的同時也要變壓。這種調節(jié)轉速的方法稱為VVVF(Vairble Voltage Varibe Frequency),簡稱為V/F變頻控制。,4、交流變頻空調器原理,,a-壓縮機廠給出的V-F曲線 b-經過適當補償的V-F曲線,V-F曲線示意圖:,4、交流變頻空調器原理,交-直-交變頻器根據VVVF調制技術不同,分為PAM和PWM兩種。 PAM是把VV和VF分開完成的,稱為脈沖幅值調制(Pulse Amplitude Modulation)方式,簡稱PAM方式。 PWM是將VV與VF集中于逆變器一起來完成的,稱為脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation)方式,簡稱PWM方式。 目前我們使用的為PWM方式。,交流變頻控制的關鍵點:V-F曲線與死區(qū)時間 V-F曲線: 死區(qū)時間:,4、交流變頻空調器原理,,,4、交流變頻空調器原理,PAM示意圖,PWM示意圖,,5、直流變頻空調器原理,從整機形式上看,直流變頻可分為全直流變頻與部分直流變頻。 全直流變頻是指壓縮機、室內外風機均使用直流無刷電機,部分直流指只有壓縮機使用直流無刷電機。,直流變頻名稱的由來 家用電器上,直流變頻最常用(也是一直以來都在使用)的是無刷直流電機,為了把這種變頻與交流變頻進行區(qū)別,人們習慣上把使用了無刷直流電機的變頻家電稱為直流變頻家電。 和電子膨脹閥、無氟空調一樣,直流變頻是一個約定俗成的詞語,這種命名方法有一定的誤導性。 所以,直流變頻并不是說壓縮機是直流電供電,它的轉化方式上與交流變頻一樣,都是采用交-直-交的方式。供給壓縮機的電壓還是交流的信號。這種電機實際也是一種交流電動機。,5、直流變頻空調器原理,5、直流變頻空調器原理,無刷直流電機與有刷直流電機 直流變頻電動機的基本結構 用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極,用具有多相繞組的定子取代電樞,用位置傳感器及控制器組成的電子換向器取代傳統(tǒng)的機械換向器和電刷。這樣,就得到了無刷直流電動機。 由于無刷直流電動機與傳統(tǒng)的直流電機 無論是結構還是調速性能都有很多 相似之處,所以人們習慣把這種 電機稱為無刷直流電機。,無刷直流電機在運行時,必須實時檢測出轉子的位置,從而進行相應的驅動控制,以驅動電機換相,保證電機平穩(wěn)地運行。 實現無刷直流電機位置檢測通常有兩種方法,一是利用電機內部的位置傳感器(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。 由于壓縮機電機無法安裝位置傳感器,所以直流變頻空調的壓縮機都采用后一種方法進行電機換相。,5、直流變頻空調器原理,5、直流變頻空調器原理,直流變頻所用電機學術上稱為“自控式永磁同步電動機” 屬于交流電動機范疇。 自控式永磁同步電動機根據定子繞組的不同主要分為兩大類,方波型永磁同步電動機與正弦波型永磁同步電動機; 方波型永磁同步電動機也稱為無刷直流電動機(Brushless DC Motor —BLDCM ),繞組一般為分布式,反電動勢為梯形波,驅動方式為120度方波; 正弦波型永磁同步電動機也稱為永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor —PMSM),繞組一般為集中式,反電動勢為正弦波,驅動方式為180度正弦波;,5、直流變頻空調器原理,,,,,,,方波型與正弦波型永磁同步電動機對比,無刷直流電機反電動勢和電流波形(一相):,5、直流變頻空調器原理,無刷直流電機實際電流波形(一相):,根據轉子結構形式的不同,直流變頻的電機可以分為IPM與SPM兩種。 SPM表面型磁極(Surface Permanent Magnetic):將永久磁鐵配置于轉子表面; IPM表面型磁極(Interior Permanent Magnetic):將永久磁鐵嵌入于轉子內部; 從電機效率上看,壓縮機采用IPM型比SPM型要高; 這兩種電機形式對電控驅動沒有影響。,5、直流變頻空調器原理,5、直流變頻空調器的優(yōu)點,運行效率高 調速性能好 轉速范圍寬 轉矩大 噪音低 能效比高(與交流相比較);,變頻模塊 變頻模塊是實現由直流電轉變?yōu)榻涣麟姀亩寗訅嚎s機運轉的關鍵器件,又稱為IPM(Intelligent Power Module)模塊。它是一種智能的功率模塊,它將6個IGBT管連同其驅動電路和多種保護電路封裝在一起,從而簡化了設計,提高了整個系統(tǒng)的可靠性。從其驅動電路使用的電源數目又可分為單電源與四電源兩種。 主要廠家:日本三菱、三洋、東芝 美的目前使用:三菱 PM20CTM060(20A/600V) PM30CTJ060(30A/600V),6、變頻空調主要元器件,注:三菱PM系列模塊內置保護: 過流、過壓、欠壓、短路、過熱,變頻模塊(IPM)內部簡圖:,6、變頻空調主要元器件,室外主控芯片 變頻空調的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。我們目前在交流上使用的是美國TI公司的DSP芯片,且已實現掩膜。DSP即Digital Signal Processor,是數字信號處理器的簡稱,與一般的單片機相比,DSP在運算速度、信號的處理、電機控制方面具有更大的優(yōu)勢。直流變頻目前在開發(fā)階段,采用的是美國AD公司的DSP芯片。 Note:對于廣告宣傳的“使用DSP芯片速度大大可以提高、加快溫度采樣,使室內溫度控制在±0.5℃”的說法是不確切的,因為DSP的運算速度與溫度控制沒有直接關系。,6、變頻空調主要元器件,整流橋堆 完成電源由交流到直流的轉換(220V交流變?yōu)?10V直流) 目前使用型號T25VB60(25A/600V) T15VB60(25A/600V) 室外電控盒中另外一個整流橋堆不做整流用,而是用做一對二極管,配合電抗器,用以提高整機功率因素。,6、變頻空調主要元器件,大電抗器 變頻空調室外控制器一般都有大電抗器,目的是為了提高整機的功率因素及通過諧波電流測試。為了符合3C標準,通過諧波電流測試,我們在分體機上采用了兩個電抗器的無源功率因素矯正方法。與日本廠家的有源方式相比,降低了成本,提高了可靠性。 濾波器 為了通過EMC測試的干擾功率及干擾電壓測試而采用的一種一體化濾波器件。,6、變頻空調主要元器件,6、變頻空調主要元器件,大直流濾波電容 電解電容,用做直流電源濾波,視功率不同,每套控制器使用3-6個(560uf/個)。 放電管 用以防止室外造受雷擊,而損壞電控。 目前使用放電管參數為3600V。 光耦 用于芯片到模塊間驅動信號的傳送及隔離,另外在室內外通訊上也使用。室外控制板一共使用了9個光耦器件。,,,,,,,,,,,- 配套講稿:
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- 直流 變頻空調 原理
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