直流變頻空調基本原理及結構.doc

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1、直流變頻空調基本原理及結構 直流變頻空調其關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器稱為“直流變頻空調”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，但人們已經形成了習慣，對于采用無刷直流壓縮機的空調器就稱之為直流變頻空調。 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)別在于其轉子是由稀土材料的永久磁鋼構成，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、調速性能好、無渦流損失。所以，直流變頻空調相對與交流變頻空調而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。 轉子位置檢測 由于無刷直流電機在運行時，必須實時檢測出永磁轉子的位置，從而進行相應的驅動控制，以驅動電機換相，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電壓，因此通常以剩余的一相作為轉子位置檢測信號用線，捕捉到感應電壓，通過專門設計的電子回路轉換，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，所以直流變頻空調壓縮機都采用后一種方法進行電機換相。 直流變頻空調與交流變頻空調的電控區(qū)別 交流變頻空調的變頻模塊按照SPWM調制方法，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。 直流變頻空調的變頻模塊每次導通二個三

4、極管（A+、A-不能同時導通，B+、B-不能同時導通，C+、C-不能同時導通），兩相線圈通以直流電，驅動轉子運轉，另一相線圈不通電，但有感應電壓，根據感應電壓的大小可以判斷出轉子的位置，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的電路原理圖： 　 下圖為直流變頻空調壓縮機各繞組電壓控制例圖 　 直流變頻空調可分為兩類，一類是只有壓縮機采用無刷直流電機；二是不僅壓縮機，還包括室內風機、室外風機都采用了無刷直流電機，而且制冷劑的調節(jié)方式也由毛細管變?yōu)殡娮优蛎涢y，這就是全直流變頻空調。KFR-35GW/BP2Y，就是一款全數字直流變頻空調

5、（其中其壓縮機更是采用了高性能的雙轉子直流變頻壓縮機）。 三. 變頻空調電路分析 變頻空調電控總體框圖如下 　 　 概述： 室內電路與普通空調基本相同，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、風機的控制；與室內機進行通訊；計算六相驅動信號，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動，為壓縮機提供運轉電源。 1.通訊電路 通訊規(guī)則：從主機（室內機）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（室內機）發(fā)送信號處理完50毫秒之后進行，通訊以室內機為主，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）內未收到對方的應答（或應答錯誤），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 由于空調室內機與室外機的距離

7、比較遠，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。 下圖為室內外通訊電路圖，其中上部份為室內通訊電路，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IC1、IC2、PC1、PC2起隔離作用，防止通訊環(huán)路上的大電流、高電壓串入芯片內部，損壞芯片，R3

8、、R18、R21、R22電阻限流，將穩(wěn)定的24V電壓轉換為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。 當通信處于室內發(fā)送、室外接收時，室外TXD置高電平，室外發(fā)送光耦PC2始終導通，若室內TXD發(fā)送高電平“1”，室內發(fā)送光耦IC2導通，通信環(huán)路閉合，接收光耦IC1、PC1導通，室外RXD接收高電平“1”；若室內TXD發(fā)送低電平“0”，室內發(fā)送光耦IC2截止，通信環(huán)路斷開，接收光耦IC1、PC1截止，室外RXD接收低電平“0”，從而實現(xiàn)了通信信號由室內向室外的傳輸。同理，可分析通信信號由室外向室內的傳輸過程。 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中各種干擾，并抑制電控器本身對電網的電磁串擾，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，即能吸收電網對電控器的干擾，也能阻止電控器本身的諧波進入電網。 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，轉動一會即會停止，產生欠壓保護；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)，只是對電網易產生干擾，不影響變頻空調的使用。 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。 <> 　 5.全直流風扇電機 美的全直流變頻空調室內、外風扇電機使用的都是直流電機，以下為它們的

12、接線圖。 室內直流風機 通過改變電壓大小的方式來控制風機轉速，Vc的電壓范圍在9～36V之間，電壓越高，風機轉速越高，電壓越低，風機轉速越低；+5V為風機內電路控制板的工作電壓； 室外直流風機 室外直流風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；Vc為高壓直流供電部分提供的直流電源，供風機繞組工作使用，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電壓為風機內電路板的工作電源電壓；Vsp為風機轉速控制信號，室外主控芯片發(fā)出的外風機風速控制信號為+5V的脈沖數字信號，經過數字／模擬轉換電路，轉換成最大電壓+15V的模擬信號，即Vsp，控制電機內電路板以產生PWM電壓波形；風速反饋信號為12脈沖/轉，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換成+5V的信號后，才能供給外主控芯片以檢測外風機轉數。