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變頻空調(diào)的特點(diǎn)比較和技術(shù)資料
作者:管理員    發(fā)布于:2014-03-09 09:49:36    文字:【】【】【
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變頻空調(diào)與普通空調(diào)的比較,變頻空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)


變頻空調(diào)特點(diǎn)
1.適應(yīng)負(fù)荷的能力
  如下圖,常規(guī)空調(diào)的制冷能力隨著室外溫度的上升而下降,而房間熱負(fù)荷隨室外溫度上升而上升,這樣,在室外溫度較高,本需要空調(diào)向房間輸出更大冷量時,常規(guī)空調(diào)往往制冷量不足,影響舒適性;而在室外溫度較低時,本需要空調(diào)向房間輸出較小冷量,常規(guī)空調(diào)往往制冷量過盛,白白浪費(fèi)電力。而變頻空調(diào)通過壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,可以實現(xiàn)制冷量隨室外溫度的上升而上升,下降而下降,這樣就實現(xiàn)了制冷量與房間熱負(fù)荷的自動匹配,改善了舒適性,也節(jié)省了電力。

變頻空調(diào)調(diào)節(jié)制冷量的原理如下:
 一定工況下,制冷量與制冷劑質(zhì)量流量成正比,
 即 Q = q . m
 式中,Q — 制冷量
 q — 制冷劑單位質(zhì)量制冷量
 m — 制冷劑質(zhì)量流量
 一定工況下,制冷劑質(zhì)量流量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速成正比例函數(shù)關(guān)系,
 即 m = f ( N )
 式中 f — 制冷劑質(zhì)量流量與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)關(guān)系,不同結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)此關(guān)系式不同
 N — 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速
 綜合上兩式,就可以通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)空調(diào)制冷量的調(diào)節(jié),這正是直流或交流變頻空調(diào)變頻能量調(diào)節(jié)的原理。空調(diào)拆裝維修網(wǎng)址:../../
 2.溫度調(diào)節(jié)方法

以制冷狀態(tài)為例,圖3表示的為常規(guī)空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)方法,其中T為室內(nèi)溫度,Ts為設(shè)定溫度,達(dá)到設(shè)定溫度壓機(jī)停,室內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度1度,壓縮機(jī)重新開啟。圖4為變頻空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)方法,室溫每降低0.5度,運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就降低一檔,相反,室溫每升高0.5度,運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就升高一檔,即室溫越高,運(yùn)轉(zhuǎn)頻率越大,以便空調(diào)快速制冷,室溫越接近設(shè)定溫度,運(yùn)轉(zhuǎn)頻率就越小,提供的制冷量也越小,以維持室溫在設(shè)定溫度附近,溫度波動小。

3.啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)性能
下圖5、圖6分別為常規(guī)空調(diào)、變頻空調(diào)啟動時轉(zhuǎn)速曲線。常規(guī)空調(diào)以定頻啟動、定速運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻空調(diào)低頻啟動、變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。


4.節(jié)能性
  常規(guī)空調(diào)開/關(guān)方法控制,壓縮機(jī)開關(guān)頻繁,耗電多。變頻空調(diào)自動以低頻維持室溫基本恒定,避免壓縮機(jī)頻繁開啟,比常規(guī)空調(diào)省電30%左右。

5.低電壓運(yùn)轉(zhuǎn)性能

常規(guī)空調(diào)在電壓低于180V左右時,壓縮機(jī)就不能啟動,而變頻空調(diào)在電壓很低時,降頻啟動,降低啟動時的負(fù)荷,最低啟動電壓可達(dá)150V。
 6.熱冷比
 常規(guī)空調(diào)制冷、制熱壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一樣,只能通過系統(tǒng)匹配提高熱冷比,局限性很大。
 變頻空調(diào)制熱時壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速比制冷時高許多,所以熱冷比可高達(dá)140%以上。(制熱時最高運(yùn)轉(zhuǎn)頻率往往要比制冷最高運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高20Hz左右)
 7.低溫制熱效果
 常規(guī)空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速恒定,0°C以下壓縮機(jī)功率很低,實際上沒有什么制熱效果;
 變頻空調(diào)低溫下以高頻運(yùn)轉(zhuǎn),制熱量是常規(guī)空調(diào)的3、4倍。
 8.滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)
 常規(guī)空調(diào)壓縮機(jī)只有一種轉(zhuǎn)速,不可能實現(xiàn)滿負(fù)荷時的強(qiáng)勁運(yùn)轉(zhuǎn);
 變頻空調(diào)在人多時、剛開機(jī)時或室內(nèi)外溫差較大時,可實現(xiàn)高頻強(qiáng)勁運(yùn)轉(zhuǎn)。
 9.保護(hù)功能
 常規(guī)空調(diào)每次發(fā)生電流等保護(hù)均需停壓縮機(jī);
 變頻空調(diào)每當(dāng)發(fā)生保護(hù)時均以適當(dāng)?shù)慕殿l運(yùn)轉(zhuǎn)予以緩沖,可實現(xiàn)不停機(jī)保護(hù),不影響用戶的使用。

變頻空調(diào)的電路基本原理變頻空調(diào)根據(jù)壓縮機(jī)是采用交流還是直流電機(jī)可分為交流變頻和直流變頻兩種。
1.交流變頻空調(diào)
(1)基本原理
  異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的。定子繞組渡過電流時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出電動勢,因而產(chǎn)生了感應(yīng)電流,該電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用,便產(chǎn)生了磁場力。而實際上對于異步電動機(jī),旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(通常稱為同步轉(zhuǎn)速)n0與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1是有差別的,兩者之差與同步轉(zhuǎn)速的比值,我們稱之為轉(zhuǎn)差率,用s來表示,即

式中,f — 電流頻率
  p — 電機(jī)極對數(shù)
  所以轉(zhuǎn)子的速度n1可用下式表示

由上式可知,只要改變異步電動機(jī)的供電頻率,電機(jī)的轉(zhuǎn)速便會發(fā)生改變,交流變頻空調(diào)就是根據(jù)這一基本原理來運(yùn)行的。
  異步電動機(jī)在運(yùn)行時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E1為:

 式中,k — 電機(jī)繞組系數(shù);
  N1 — 每相定子繞組匝數(shù)
  Φ — 每極磁通
  由于定子阻抗上的壓降很小,可以忽略,這樣,我們便可以得到:

由上式可知,磁通Φ與U1/f成正比。對于磁通 Φ,我們通常是希望其保持在接近飽和值,如果進(jìn)一步增大磁通 Φ,將使電機(jī)的鐵心飽和,從而導(dǎo)致電機(jī)中流過很大的勵磁電流,增加電機(jī)的銅損耗和鐵損耗,嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機(jī)。而磁通 Φ的減小,則鐵心未得到充分的利用,使得輸出轉(zhuǎn)矩下降。這樣,由上式可知,要保持 Φ恒定,即要保持U1/f恒定,改變頻率f的大小時,電機(jī)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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法我們稱為VVVF(Vairble Voltage Varibe Frequency),簡稱為V/F變頻控制。現(xiàn)在變頻空調(diào)的控制方法基本上都是采用這種方法來實現(xiàn)變頻調(diào)速的。下圖為一變頻空調(diào)的V-f曲線圖,V-f曲線由變頻壓縮機(jī)性能決定。

下表為部分變頻壓縮機(jī)的性能參數(shù)

(2) 交流變頻控制器的原理框圖
  變頻控制器的原理框圖如下所示,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。

(3)實現(xiàn)V/F變頻控制的方法
  脈寬調(diào)制(PWM):在輸出電壓每半個周期內(nèi),把輸出電壓的波形分成若干個脈沖波,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為占空比)成正比,所以在調(diào)節(jié)頻率的同時,不改變脈沖電壓幅度的大小,而是改變脈沖的占空比,可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。這種方法稱為PWM(Pule Width 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變化,控制電路比較簡單。
  由于PWM調(diào)制輸出的電壓波形和電流波形都是非正弦波,具有許多高次諧波成分,這樣就使得輸入到電機(jī)的能量不能得以充分選用,增加了損耗。為了使輸出的波形接近于正弦波,提出了正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)。
  所謂SPWM調(diào)制,簡單地來說,就是在進(jìn)行脈寬調(diào)制時,使脈沖序列的占空比按照正弦波的規(guī)律進(jìn)行變化,即,當(dāng)正弦波幅值為最大值時,脈沖的寬度也最大,當(dāng)正弦波幅值為最小值時,脈沖的寬度也最?。ㄈ缦聢D所示)。這樣,輸出到電動機(jī)的脈沖序列就可以使得負(fù)載中的電流高次諧波成分大為減小,從而提高了電機(jī)的效率。SPWM波形的特點(diǎn)概括起來就是“等幅不等寬,兩頭窄中間寬”。

?。?)具體電路
 對于變頻空調(diào)的電路,其室內(nèi)機(jī)部分與常規(guī)空調(diào)相類似,比常規(guī)空調(diào)多一通訊電路。其主要部分集中在室外部分,室外電控有主控板、電源電路、變頻驅(qū)動模塊。而室外變頻電路的核心主要集中在以下兩個方面:
 1)變頻驅(qū)動模塊
 這一部分指的是完成直流到交流的逆變過程,用于驅(qū)動變頻壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的逆變橋及其周圍電路。變頻空調(diào)上通常采用6個IGBT構(gòu)成上下橋式驅(qū)動電路。在實際應(yīng)用中,多采用IPM(Intelligent Power Module)模塊加上周圍的電路(如開關(guān)電源電路)組成。IPM是一種智能的功率模塊,它將IGBT連同其驅(qū)動電路和多種保護(hù)電路封裝在同一模塊內(nèi),從而簡化了設(shè)計,提高了整個系統(tǒng)的可*性?,F(xiàn)在變頻空調(diào)常用的IPM模塊有日本三菱的PM系列及日本新電元的TM系列(內(nèi)置開關(guān)電源電路)。
 2)室外控制芯片
 隨著技術(shù)的進(jìn)步,變頻空調(diào)的控制將向智能化、集成化、可*化的方向發(fā)展,而其控制的核心--芯片也將越來越先進(jìn)。室外芯片主要的功能是完成各種運(yùn)算,產(chǎn)生SPWM波形,實現(xiàn)壓縮機(jī)V/F曲線的控制并提供各種保護(hù)等。變頻空調(diào)采用的室外控制芯片有很多種,如NEC、摩托羅拉、三菱等。由于空調(diào)技術(shù)的發(fā)展,模糊控制技術(shù)的不斷完善,這就出現(xiàn)了一種性能更優(yōu)異、功能更強(qiáng)大的控制芯片—DSP。DSP即Digital Signal Processor是數(shù)字信號處理器的簡稱,與一般的單片機(jī)相比,DSP在運(yùn)算速度、信號的處理、電機(jī)的控制方面具有更大的優(yōu)勢,是未來的發(fā)展方向。美的空調(diào)與美國TI(德州儀器)公司進(jìn)行合作,其變頻空調(diào)均采用DSP控制技術(shù),大大提高了整機(jī)的控制性能。整機(jī)電控框圖如下所示:

2.直流變頻空調(diào)基本原理及結(jié)構(gòu)
 直流變頻空調(diào)其關(guān)鍵在于采用了無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī),其控制電路與交流變頻控制器基本一樣。
 (1)直流變頻空調(diào)的基本原理

直流變頻概念
 我們把采用無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)的空調(diào)器稱為“直流變頻空調(diào)”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(jīng)形成了習(xí)慣,對于采用無刷直流壓縮機(jī)的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。

無刷直流電機(jī)
 無刷直流電機(jī)與普通的交流電機(jī)或有刷直流電機(jī)的最大區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是由稀土材料的永久磁鋼構(gòu)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(jī)由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子,把普通直流電機(jī)需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉(zhuǎn)子變成定子。這樣,就可以省掉普通直流電機(jī)所必須的電刷,而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機(jī)相似,所以把這種電機(jī)稱為無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)既克服了傳統(tǒng)的直流電機(jī)的一些缺陷,如電磁干擾、噪聲、火花可*性差、壽命短,又具有交流電機(jī)所不具有的一些優(yōu)點(diǎn),如運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好、無渦流損失。所以,直流變頻空調(diào)相對與交流變頻空調(diào)而言,具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。

轉(zhuǎn)子位置檢測
 由于無刷直流電機(jī)在運(yùn)行時,必須實時檢測出永磁轉(zhuǎn)子的位置,從而進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動控制,以驅(qū)動電機(jī)換相,才能保證電機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行。實現(xiàn)無刷直流電機(jī)位置檢測通常有兩種方法,一是利用電機(jī)內(nèi)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(jī)相電壓,利用相電壓的采樣信號進(jìn)行運(yùn)算后得出。在無刷直流電動機(jī)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(yīng)電壓,因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號用線,捕捉到感應(yīng)電壓,通過專門設(shè)計的電子回路轉(zhuǎn)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(diào)壓縮機(jī)都采用后一種方法進(jìn)行電機(jī)換相。

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