變頻空調電控調測試原理
一、定頻變頻電源的簡介
1、定頻電源
我們日常的生活用電及工業用電大都是恆壓（220v或380v）、定頻（50hz，60hz）的交流電源，電壓是穩定在標準範圍內，頻率也是穩定,定頻電源裝置的控制方式簡單可靠、成本低，主要以電源開關、繼電器及可控矽為主要控制器件，但其輸出功率恆定功率因素較難補償。
定頻空調採用定頻壓縮機，輸出的製冷、制熱能力恆定。使用繼電器進行控制及啟動室內風速使用可控矽調速成本低、電路簡單。但這行過程中溫度波動大，能耗大。
2、變頻電源
變頻技術隨著微電子學、電力電子技術微電腦控制技術的發展，已得到越來越多的運用。變頻電源是頻率、電壓都可改變的電源，頻率可以在10~15hz範圍內均勻地調節，故調速範圍寬，調速精度高執行平穩。廣泛地被用於如空調、洗衣機等家電產品及冶金、機械、紡織、食品等其他行業的裝置上。
二、變頻空調的優缺點
變頻空調使用變頻壓縮機，三相交流電感應非同步電動機、無刷直流電機和永磁同步交流電機等，其輸出的製冷、制熱能力根據執行頻率變化而變化。壓縮機執行頻率可在20hz~130hz之間調節。但需要專用的變頻驅動電路及控制晶元。
變頻空調同常規空調相比有以下優點：
1、變調空調可以快速製冷、制熱
定頻空調壓縮機只有一種轉速，製冷、制熱量恆定不可能實現滿負荷時的強勁運轉。而變頻空調在剛開機時或室內外溫差較大時，可實現高頻強勁運轉，從而快速製冷或制熱。
2、溫度波動小
以製冷狀態為例，常規空調的溫度調節方法,室內溫度達到設定溫度壓機停，室內溫度高於設定溫度1度，壓縮機重新開啟。變頻空調的溫度調節方法，室溫每降低0.5度，運轉頻率就降低一檔，相反，室溫每公升高0.
5度，運轉頻率就公升高一檔，即室溫越高，運轉頻率越大，以便空調快速製冷，室溫越接近設定溫度，運轉頻率就越小，提供的製冷量也越小，以維持室溫在設定溫度附近，溫度波動小。
3、節能
常規空調的製冷能力隨著室外溫度的上公升而下降，而房間熱負荷隨室外溫度上公升而上公升，這樣，在室外溫度較高，本需要空調向房間輸出更大冷量時，常規空調往往製冷量不足，影響舒適性；而在室外溫度較低時，本需要空調向房間輸出較小冷量，常規空調往往製冷量過盛，白白浪費電力。而變頻空調通過壓縮機轉速的變化，可以實現製冷量隨室外溫度的上公升而上公升，下降而下降，這樣就實現了製冷量與房間熱負荷的自動匹配，改善了舒適性，節省了電力。常規空調開/關方法控制，壓縮機開關頻繁，耗電多。
變頻空調自動以低頻維持室溫基本恆定，避免壓縮機頻繁開啟，比常規空調省電30%左右。
4、啟動，運轉平穩
常空調以定頻啟動，定速運轉，啟動衝擊大，影響壓縮機的使用效能，而變頻空調低頻啟動，變頻運轉，啟動平穩，運轉平穩。
5、低電壓運轉效能
常規空調在電壓低於180v左右時，壓縮機就不能啟動，而變頻空調在電壓很低時，降頻啟動，降低啟動時的負荷，最低啟動電壓可達150v。
6、熱冷比
常規空調製冷、制熱壓縮機轉速一樣，只能通過系統匹配提高熱冷比，侷限性很大。變頻空調制熱時壓縮機轉速比製冷時高許多，所以熱冷比可高達140%以上。（制熱時最高運轉頻率往往要比製冷最高運轉頻率高20hz左右）
7、保護功能
常規空調每次發生電流等保護均需停壓縮機；變頻空調每當發生保護時均以適當的降頻運轉予以緩衝，可實現不停機保護，不影響使用者的使用。
8.變頻空調的缺點
室外控制電路複雜，易出故障；元器件一致性、工藝水平要求高；驅動演算法複雜，難以掌握和推廣；造價較高，短時間內難以普及。
變頻空調根據壓縮機是採用交流還是直流電機可分為交流變頻和直流變頻兩種。
1. 交流變頻空調
交流變頻空調的壓縮機採用三相交流感應式非同步電動機；驅動電壓採用交－直－交變換方式；驅動方式採用電壓空間向量控制方式；壓縮機執行頻率根據驅動電壓的變化而變化，形成v－f對應曲線。
（1） 基本原理
變頻壓縮機依據原理：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)
通過改變壓縮機的供電頻率f，在p與s不變的情況下，壓縮機運轉速度n就會跟隨供電頻率f的變化而變化。
由上式可知，磁通φ與u1/f成正比。對於磁通 φ，我們通常是希望其保持在接近飽和值，如果進一步增大磁通 φ，將使電機的鐵心飽和，從而導致電機中流過很大的勵磁電流，增加電機的銅損耗和鐵損耗，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。而磁通 φ的減小，則鐵心未得到充分的利用，使得輸出轉矩下降。
這樣，由上式可知，要保持 φ恆定，即要保持u1/f恆定，改變頻率f的大小時，電機定子電壓u1必須隨之同時發生變化，即在變頻的同時也要變壓。這種調節轉速的方法我們稱為vvvf（vairble voltage varibe frequency），簡稱為v/f變頻控制。現在變頻空調的控制方法基本上都是採用這種方法來實現變頻調速的。
(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的市電經整流濾波後得到300v左右的直流電，此直流電經過逆變後，就可以得到用以控制壓縮機運轉的變頻電源。
（3）利用脈寬調變（spwm）來實現v/f變頻控制的方法
脈寬調變（pwm）（pule width modulation）：在輸出電壓每半個週期內，把輸出電壓的波形分成若干個脈衝波，由於輸出電壓的平均值與脈衝的占空比（脈衝的寬度除以脈衝的週期稱為占空比）成正比，所以在調節頻率的同時，不改變脈衝電壓幅度的大小，而是改變脈衝的占空比，可以實現變頻也變壓的效果
所謂spwm調製，簡單地來說，就是在進行脈寬調變時，使脈衝序列的占空比按照正弦波的規律進行變化，即，當正弦波幅值為最大值時，脈衝的寬度也最大，當正弦波幅值為最小值時，脈衝的寬度也最小（如下圖所示）。這樣，輸出到電動機的脈衝序列就可以使得負載中的電流高次諧波成分大為減小，從而提高了電機的效率。spwm波形的特點概括起來就是「等幅不等寬，兩頭窄中間寬」。
2.直流變頻空調基本原理及結構
壓縮機採用無刷直流電機（或永磁同步交流電機）；無刷直流電機繞組採取分布捲繞制方式；永磁同步交流電機繞組採取集中捲繞制方式；驅動電壓也是採用交－直－交變換方式；驅動方式採用方波驅動方式（分布卷）及正弦波驅動方式（集中卷）；需要進行位置檢測並進行電子換相。
直流變頻概念:
我們把採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，對於採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別在於其轉子是由稀土材料的永久磁鋼構成，定子採用整距集中繞組，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，而且其調速效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的直流電機的一些缺陷，如電磁干擾、雜訊、火花可靠性差、壽命短，又具有交流電機所不具有的一些優點，如執行效率高、調速效能好、無渦流損失。
所以，直流變頻空調相對與交流變頻空調而言，具有更大的節能優勢。
轉子位置檢測:
由於無刷直流電機在執行時，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，才能保證電機平穩地執行。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感測器（通常為霍爾元件）提供的訊號；二是檢測出無刷直流電機相電壓，利用相電壓的取樣訊號進行運算後得出。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，因此通常以剩餘的一相作為轉子位置檢測訊號用線，捕捉到感應電壓，通過專門設計的電子迴路轉換，反過來控制給定子線圈施加方波電壓；由於後一種方法省掉了位置感測器，所以直流變頻空調壓縮機都採用後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別
交流變頻空調的變頻模組按照spwm調製方法，通過三極體的通斷，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組每次導通二個三極體（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，一類是只有壓縮機採用無刷直流電機；二是不僅壓縮機，還包括室內風機、室外風機都採用了無刷直流電機，而且製冷劑的調節方式也由毛細管變為電子膨脹閥，這就是全直流變頻空調。
3.變頻空調電控原理
變頻空調電控分為室內電控及室外電控兩部分。
室內電路又細分為電源電路、通訊電路、風機驅動電路、過零檢測電路、溫度採集溫度、主晶元控制電路、顯示驅動電路等。相對定頻空調，變頻空調的室內電控多了乙個通訊電路，其餘電路基本相同（無四通閥、壓縮機控制電路）。
室外電路又細分為電源濾波電路（強電）、通訊電路、風機/四通閥驅動電路、溫度採集溫度、主晶元控制電路、電壓/電流取樣電路、功率因數校正電路（pfc）、整流電路、開關電源電路、壓縮機驅動電路（ipm）等。目前美的變頻空調一般是將開關電源電路及壓縮機驅動電路單獨做在一塊電路板上。
4. 變頻空調主要元器件:
● 變頻模組
變頻模組是實現由直流電轉變為交流電從而驅動壓縮機運轉的關鍵器件，又稱為ipm（intelligent power module）模組。它是一種智慧型的功率模組，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)
東芝/三菱mig20j503l(20a/600v)
st：7fm2s4t6；ir公司：ir341，ir2136j
變頻模組（ipm）內部簡圖：
注：三菱pm系列模組內建保護：過流、過壓、欠壓、短路、過熱
● 室外主控晶元
變頻空調的核心演算法及室外控制均由室外晶元完成。我們目前在交流上使用的是美國ti公司的dsp晶元，且已實現掩膜。dsp即digital signal processor，是數字訊號處理器的簡稱，與一般的微控制器相比，dsp在運算速度、訊號的處理、電機控制方面具有更大的優勢。
內銷直流變頻目前在開發階段，採用美國st公司及ir公司的正弦波直流變頻專用控制晶元，具有很高的效能。
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