直流變頻空調(diào)基本原理及結(jié)構(gòu).doc

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1、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?yàn)槲覀兌贾乐绷麟娛菦]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

2、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、火花可靠性差、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(shí)，必須實(shí)時(shí)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(shí)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

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(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(jì)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。 直流變頻空調(diào)與交流變頻空調(diào)的電控區(qū)別 交流變頻空調(diào)的變頻模塊按照SPWM調(diào)制方法，通過三極管的通斷，給壓縮機(jī)三相線圈同時(shí)通電，壓縮機(jī)為一三相交流壓機(jī)。 直流變頻空調(diào)的變頻模塊每次導(dǎo)通二個(gè)三

4、極管（A+、A-不能同時(shí)導(dǎo)通，B+、B-不能同時(shí)導(dǎo)通，C+、C-不能同時(shí)導(dǎo)通），兩相線圈通以直流電，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，另一相線圈不通電，但有感應(yīng)電壓，根據(jù)感應(yīng)電壓的大小可以判斷出轉(zhuǎn)子的位置，進(jìn)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(diào)的電路原理圖： 　 下圖為直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)各繞組電壓控制例圖 　 直流變頻空調(diào)可分為兩類，一類是只有壓縮機(jī)采用無刷直流電機(jī)；二是不僅壓縮機(jī)，還包括室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)都采用了無刷直流電機(jī)，而且制冷劑的調(diào)節(jié)方式也由毛細(xì)管變?yōu)殡娮优蛎涢y，這就是全直流變頻空調(diào)。KFR-35GW/BP2Y，就是一款全數(shù)字直流變頻空調(diào)

5、（其中其壓縮機(jī)更是采用了高性能的雙轉(zhuǎn)子直流變頻壓縮機(jī)）。 三. 變頻空調(diào)電路分析 變頻空調(diào)電控總體框圖如下 　 　 概述： 室內(nèi)電路與普通空調(diào)基本相同，僅增加與外機(jī)通訊電路，通過信號線“S”，按一定的通訊規(guī)則與室外機(jī)實(shí)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(hù)、整流、功率因素調(diào)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(jī)過載保護(hù)、模塊保護(hù)的檢測；壓機(jī)、風(fēng)機(jī)的控制；與室內(nèi)機(jī)進(jìn)行通訊；計(jì)算六相驅(qū)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(qū)動，為壓縮機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)電源。 1.通訊電路 通訊規(guī)則：從主機(jī)（室內(nèi)機(jī)）發(fā)送信號到室外機(jī)是在收到室外機(jī)狀態(tài)信號處理完50毫秒之后進(jìn)行，副機(jī)同樣等收到主機(jī)（室內(nèi)機(jī)）發(fā)送信號處理完50毫秒之后進(jìn)行，通訊以室內(nèi)機(jī)為主，正常情況主機(jī)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(dāng)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(nèi)未收到對方的應(yīng)答（或應(yīng)答錯(cuò)誤），則出錯(cuò)報(bào)警；同時(shí)發(fā)送信息命令給室外，以室外機(jī)為副機(jī)，室外機(jī)未接收到室內(nèi)機(jī)的信號時(shí)，則一直等待，不發(fā)送信號，通訊時(shí)序如下所示： 　 　 　 電路分析 由于空調(diào)室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)的距離

7、比較遠(yuǎn)，因此兩個(gè)芯片之間的通信（+5V信號）不能直接相連，中間必須增加驅(qū)動電路，以增強(qiáng)通信信號（增加到+24V），抵抗外界的干擾。 下圖為室內(nèi)外通訊電路圖，其中上部份為室內(nèi)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(jīng)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(jīng)C3、C4濾波后，為通信環(huán)路提供穩(wěn)定的24V電壓，整個(gè)通信環(huán)路的環(huán)流為3mA左右。 光耦I(lǐng)C1、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(nèi)部，損壞芯片，R3

8、、R18、R21、R22電阻限流，將穩(wěn)定的24V電壓轉(zhuǎn)換為3mA的環(huán)路電流，R23、R42電阻分流，保護(hù)光耦，D2、D5防止N、S反接。 當(dāng)通信處于室內(nèi)發(fā)送、室外接收時(shí)，室外TXD置高電平，室外發(fā)送光耦PC2始終導(dǎo)通，若室內(nèi)TXD發(fā)送高電平“1”，室內(nèi)發(fā)送光耦I(lǐng)C2導(dǎo)通，通信環(huán)路閉合，接收光耦I(lǐng)C1、PC1導(dǎo)通，室外RXD接收高電平“1”；若室內(nèi)TXD發(fā)送低電平“0”，室內(nèi)發(fā)送光耦I(lǐng)C2截止，通信環(huán)路斷開，接收光耦I(lǐng)C1、PC1截止，室外RXD接收低電平“0”，從而實(shí)現(xiàn)了通信信號由室內(nèi)向室外的傳輸。同理，可分析通信信號由室外向室內(nèi)的傳輸過程。 2.交流電源的濾波及保護(hù) 下圖為室外

9、電源電路板上的濾波及保護(hù)電路 該部分主要的功能是吸收電網(wǎng)中各種干擾，并抑制電控器本身對電網(wǎng)的電磁串?dāng)_，以及過壓保護(hù)及防雷擊保護(hù)。 FS1為延時(shí)保險(xiǎn)絲，可以防止電控器的長時(shí)間過流或短路，同時(shí)，又可在輸入電壓過高時(shí)，與ZMR1一起保護(hù)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(hù)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(wǎng)對電控器的干擾，也能阻止電控器本身的諧波進(jìn)入電網(wǎng)。 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(qū)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(wǎng)的干擾。并且提高功率因素。 PTC1、RL3組成延時(shí)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(shí)，插頭與插座間打火，如果室內(nèi)外機(jī)通訊正常，延時(shí)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(shí)引起的現(xiàn)象是壓縮機(jī)啟動后，轉(zhuǎn)動一會即會停止，產(chǎn)生欠壓保護(hù)；短路可引起的現(xiàn)象是用戶的保險(xiǎn)燒斷或限電保護(hù)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(guān)鍵點(diǎn)，該器件固定在散熱鉛型材上，其斷路時(shí)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(wǎng)易產(chǎn)生干擾，不影響變頻空調(diào)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(gè)三極管的通斷，以獲得準(zhǔn)確控制電壓，U、V、W對壓縮機(jī)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(fēng)扇電機(jī) 美的全直流變頻空調(diào)室內(nèi)、外風(fēng)扇電機(jī)使用的都是直流電機(jī)，以下為它們的

12、接線圖。 室內(nèi)直流風(fēng)機(jī) 通過改變電壓大小的方式來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，Vc的電壓范圍在9～36V之間，電壓越高，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電壓越低，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低；+5V為風(fēng)機(jī)內(nèi)電路控制板的工作電壓； 室外直流風(fēng)機(jī) 室外直流風(fēng)機(jī)工作原理與直流壓縮機(jī)基本相同，只是PWM電壓波形形成電路做在了電機(jī)內(nèi)；Vc為高壓直流供電部分提供的直流電源，供風(fēng)機(jī)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(shí)際在200V-375V之間；+15V電壓為風(fēng)機(jī)內(nèi)電路板的工作電源電壓；Vsp為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號，室外主控芯片發(fā)出的外風(fēng)機(jī)風(fēng)速控制信號為+5V的脈沖數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成最大電壓+15V的模擬信號，即Vsp，控制電機(jī)內(nèi)電路板以產(chǎn)生PWM電壓波形；風(fēng)速反饋信號為12脈沖/轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)換成+5V的信號后，才能供給外主控芯片以檢測外風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。