变频空调器的变频原理深度剖析

变频空调的原理

 变频控制器的原理如图 1.2.4所示，它主要山以下环节组成：整流器、滤波器、功率逆变器。变频器中的电脑控制系统，对各取样点传来的信号进行分析处理，并经内部波形产生新的控制信号，再经驱动放大去控制变频开关，产生相应频率的模拟三相交流电压（ SPWM 波形如图1.2.5 所示），供给压缩机。

 ( l ）整流滤波原理    

整流器是将交流电源转换为直流电的装置，采用硅整流元器件桥式连接。整流器结构可分为单相和三相电源输入。一般变频空调器电功率在 Zkw 以下时多采用三相电源输入。当电功率在2kw 以上时，多采用三相电源输入。

单相和三相整流电路的不同之处只是在电路中多增加了2个整流二极管。滤波电路的作川是使输出的直流电压平滑且得到提高，常采用大容量电容器，电容量一般在1500~3000 mF之间。

 

因该电容器容贷大，放电时间长，所以在检修变频器时必须先将电容放电。放电时用两根导线通过一个500W以内大功率电阻并联在电容两端，检修时如不放电，将会造成人员伤亡事故。

 

( 2 ）功率逆变器原理

功率逆变器（又称变频模块）是将直流电转换为频率与电压可调的三相交流变频装置，如图 1.2.6 所示，变频空调上通常采用 6 个 IGBT 构成上下桥式驱动电路。以功率晶体管为开关元器件的交一直一交电路中，控制电路使每只功率晶体管导通 180°，且同一桥臂上两只晶体管一只导通时，另一只必须关断。相邻两相的元器件导通相位差在120°。，在任意 360°内都有三只功率管导通以接通三相负载。当控制信号输出时， A ＋、 A 一、 B ＋、 B 一、 C ＋、 c 一各功率管分别导通，从而输出频率变化的三相交流电使压缩机运转。

在实际应用中，多采用IPM(Intelligent Power Module ）模块加上周围的电路（如开关电源电路）组成。 IPM 多采用一种智能变频模块，它将 IGBT 连同其驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，从而简化了设计！提高了整个系统的可靠性。现在变频空调常用的 IPM 模块有日本的三菱和三洋 IPM 系列，其实物如图 1.2.7 所示。

 

 ( 3 ）直流变频空调的原理

直流变频空调其关键在于采用了无刷直流电动机作为压缩机，其控制电路与交流变频控制器基本一样。我们把采用无刷直流电动机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。

 

无刷直流电动机与交流的交流电动机或有刷直流电动机的最大差别在于其转子足由稀上材料的永久磁钢构成的，定子采用整距集中绕组。简单地说，就是把普通直流电动机山永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样就可以省掉普通直流电动机所必需的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电动机称为无刷直流电动机。无刷直流电动机既克服了传统的直流电动机的一些缺陷，如电磁译：扰、噪声、火花下．丁钻性龙、寿命短，又具有交流电动机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。

 

所以，直流变频空调相对于交流变频空调而言，具有更大的竹能优势。由于无刷直流电动机在运行时，必须实时检测出永磁转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电动机换相，才能保证电动机平稳地运行。

 

实现无刷直流电动机位置检测通常有两种方法：

一是利川电动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动机相电压，利川相电压的采样信号进行运算后得出。

 

在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电。一般无法对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位胃检测信号用于捕捉感应电几，通过专门设计的电子回路转换，反过来控制给定子线圈施加方波电压：由于后一种方法省掉了位置传感器，所以直流变频空调压缩机都采川后一种方法进行电动机换相。

 

( 4 ）直流变频空调与交流变频空调的区别

 

交流变频空调是将工频市电220V 转换为 3 10V 直流电源，并把它送到功率模块（由晶体管开关等组合）。同时模块受微电脑送来的控制信号控制，输出频率可变的电源（合成波形近似正弦波），使压缩机电动机的转速随电源的频率变化而变化，从而可控制压缩机的排量，快速地调节制冷量和制热量。

 

直流变频空调器同样是把工频市电220V 转换为直流电源，并送至功率模块，变频模块侮次睁通两个三极管（ A＋、 A一不能同时导通， B＋、 B一不能同时导通， C＋、 C一不能同时导通），给两相线圈通以直流电，同时模块受微电脑的控制，输出电压可变的直流电源（这里没有逆变过程），并将直流电源送至压缩机的直流电动机，控制压缩机的排从。从图 1.2 .6中可以看出，直流变频相比交流变频多了一个位置检测电路，使得控制更精确。

 

变频空调的特点

变频空调器实现了对压缩机的变频控制，这样当室内空调负荷加大时，压缩机转速在微电脑控制下加快运转，制冷量（或制热量）也相应增加；

当室内空调负荷减小时，压缩机转速在微电脑控制下则按比例减小。变频空调器只有高效、节能、启动运转灵活、故障判断自动化等特点。

这种空调可以节省电能 20 %~ 30 % ，电源输出频率范围为 15~150Hz 时，压缩机的转速在1500 ~9000r/min 变化。变频空调器较定频空调器的优点如表 1.2.1所示。

 

来源：制冷空调换热器技术联盟