对家用电器的变频控制而言,不管是交流变频还是直流变频都是通过交流直流交流的方式来实现变频运转的。
要得到可调频率的交流电,首先要把220V-240V的交流市电整流为直流电,然后再由直流电变为可调频率的交流电,从而完成变频的过程,见下页图所示:
所有的交流异步电动机都满足以上这个公式,交流变频压缩机也同样如此。简单的来说,交流变频是通过改变压缩机的供电频率f,这样,在p与s不变的情况下,压缩机运转速度就会跟随频率的变化而变化。
异步电动机在运行时,产生的感应电动势为:E1=4.44kfN1Ф(k—电机绕组系数;N1—每相定子绕组匝数;Ф—每极磁通)。
由于定子阻抗上的压降很小,可以忽略,可以认为:U1=E1=4.44kfN1Ф。
实际运行过程中,通常希望保持Ф不变。因为Ф的增加,将导致铁心的饱和,进而引起励磁电流的上升,使得铁损急剧增加。而Ф减小,则铁心未得到充分的利用,使得输出转矩下降。
要改变频率f的大小,电机定子电压U1必须随之同时发生变化,即在变频的同时也要变压。这种调节转速的方法称为VVVF(Vairble Voltage Varibe Frequency),简称为V/F变频控制。
PWM是将VV与VF集中于逆变器一起来完成的,称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)方式,简称PWM方式。
全直流变频是指压缩机、室内外风机均使用直流无刷电机,部分直流指只有压缩机使用直流无刷电机。
家用电器上,直流变频最常用(也是一直以来都在使用)的是无刷直流电机,为了把这种变频与交流变频进行区别,人们习惯上把使用了无刷直流电机的变频家电称为直流变频家电。
和电子膨胀阀、无氟空调一样,直流变频是一个约定俗成的词语,这种命名方法有一定的误导性。
所以,直流变频并不是说压缩机是直流电供电,它的转化方式上与交流变频一样,都是采用交-直-交的方式。供给压缩机的电压还是交流的信号。这种电机实际也是一种交流电动机。
用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极,用具有多相绕组的定子取代电枢,用位置传感器及控制器组成的电子换向器取代传统的机械换向器和电刷。这样,就得到了无刷直流电动机。
由于无刷直流电动机与传统的直流电机,无论是结构还是调速性能都有很多相似之处,所以人们习惯把这种电机称为无刷直流电机。
无刷直流电机在运行时,必须实时检测出转子的位置,从而进行相应的驱动控制,以驱动电机换相,保证电机平稳地运行。
实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法,一是利用电机内部的位置传感器(通常为霍尔元件)提供的信号;二是检测出无刷直流电机相电压,利用相电压的采样信号进行运算后得出。
由于压缩机电机无法安装位置传感器,所以直流变频空调的压缩机都采用后一种方法进行电机换相。
自控式永磁同步电动机根据定子绕组的不同主要分为两大类,方波型永磁同步电动机与正弦波型永磁同步电动机。
方波型永磁同步电动机也称为无刷直流电动机(Brushless DC Motor —BLDCM ),绕组一般为分布式,反电动势为梯形波,驱动方式为120度方波;
正弦波型永磁同步电动机也称为永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor —PMSM),绕组一般为集中式,反电动势为正弦波,驱动方式为180度正弦波;
变频模块是实现由直流电转变为交流电从而驱动压缩机运转的关键器件,又称为IPM(Intelligent Power Module)模块。它是一种智能的功率模块,它将6个IGBT管连同其驱动电路和多种保护电路封装在一起,从而简化了设计,提高了整个系统的可靠性。从其驱动电路使用的电源数目又可分为单电源与四电源两种。主要厂家:日本三菱、三洋、东芝等。
变频空调的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。目前在交流上使用的是美国TI公司的DSP芯片,且已实现掩膜。DSP即Digital Signal Processor,是数字信号处理器的简称,与一般的单片机相比,DSP在运算速度、信号的处理、电机控制方面具有更大的优势。直流变频目前在开发阶段,采用的是美国AD公司的DSP芯片。
Note:对于广告宣传的“使用DSP芯片速度大大可以提高、加快温度采样,使室内温度控制在±0.5℃”的说法是不确切的,因为DSP的运算速度与温度控制没有直接关系。
整流桥堆:完成电源由交流到直流的转换(220V交流变为310V直流);室外电控盒中另外一个整流桥堆不做整流用,而是用做一对二极管,配合电抗器,用以提高整机功率因素。
大电抗器:变频空调室外控制器一般都有大电抗器,目的是为了提高整机的功率因素及通过谐波电流测试。为了符合3C标准,通过谐波电流测试,分体机上采用了两个电抗器的无源功率因素矫正方法。与日本厂家的有源方式相比,降低了成本,提高了可靠性。
滤波器:为了通过EMC测试的干扰功率及干扰电压测试而采用的一种一体化滤波器件。
大直流滤波电容:电解电容,用做直流电源滤波,视功率不同,每套控制器使用3-6个(560uf/个)。
光耦:用于芯片到模块间驱动信号的传送及隔离,另外在室内外通讯上也使用。室外控制板一共使用了9个光耦器件。
n小于定子旋转磁场的同步转速ns时,处于亚同步运行状态,上式取正号,此时变流器向发电机转子提供交流励磁,发电机由定子发出电能给电网;
n大于ns时,处于超同步运行状态,上式取负号,此时发电机由定子和转子发出电能给电网,变流器的能量逆向流动;
因此,当发电机转速n变化时,即pfm变化,若控制f2相应变化,可使f1保持恒定不变,即与电网频率保持一致,也就实现了变速恒频控制。
电子电路作为第一保护措施,快熔仅作为短路时的部分区段的保护,直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护,过电流继电器整定在过载时动作。
换相过电压:晶闸管在换相结束后,反向电流急剧减小,会由线路电感在器件两端感应出过电压。
关断过电压:晶闸管关断时,正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。
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