变频空调器的原理及特点

1、变频空调器的原理及特点交流变频空调的基本原理交流变频空调中使用异步电机。异步电机是由定子绕组产生旋转磁场，带动转子运行，转速高低由电机构造与电源频率决定。 改变电动机的供电频率 f，就可以改变电机的转速。同时，为了提高电机效率，要求在改变频率f的同时，电机定子工作电压U必须随之变化，即在变频的同时也要变压。这种调节转速的方法简称为V/F变频控制。现在变频空调基本上都是采用这种方法来实现变频调速。交流电动机不论三相异步电动机还是三相同步电动机，它们的转速N公式为：N0=60F/P（同步电动机）N=N0（1-S）=60F/P（1-S）（异步电动机）式中：F-频率；P-极对数；S-转差率（03%或0

2、6%）。由转速公式可见，只要设法改变三相交流电动机的供电率F,就十分方便地改变了电动机的转速N。比改变极对数 P和转差率S两个参数简单得多，特别是近二十多年来，静态电力变频调速器突 飞猛进的发展，使得三相交流电动机变频调速成为当前电气调速的主流。实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。例如：标准设计的三相异步电动机，380V , 50Hz。如果电压不变，只改变频率，会产生什么问题？380V不变，频率下调（50Hz），会使电机气隙磁通 $约等于V/F）饱和；反之，380V不变，频率向上调（50Hz），则使磁通减弱。所以， 真正应用变频调速时，一般需要同时改变电压和频率，以保持磁通基本

3、恒定。因此，变频调速器又称为 WVF（Variable V oltage Variable Frequency）装置。1. 交流变频电路结构为了实现V/F变频控制，变频空调在逆变器中广泛采用的PWM （脉宽调制）技术，来驱动电机。这种驱动电路结构如图1所示。图中，整流器将交流变为直流，经平滑回路处理后，由逆变器将它变换为频率可调的交流电。逆变器可由恒定的直流电源供电，而输出一系列脉冲波形，脉冲序列的占空比按照正弦波的规 律进行变化。这样，输出到电机的脉冲序列 （称为SPWM波形简单，见图2）可以形象地描述为“等 幅不等宽，两头窄中间宽”。2. 交流变频控制变频空调的控制电路主要由整流器、滤波器

4、、功率逆变器组成，如图3所示。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，发出相应控制信号，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，供给压缩机。（1）整流滤波整流电路采用桥式硅整流元件，将交流电源变成直流电。一般变频空调器电控率在 2kW以下多采用单相电源输入，当电控率在2kW以上时，多采用三相电源输入。两者的不同之处只是在电路中多增加了2个整流二极管。滤波电路的作用是使输出直流电压平滑且得到提高，常采用15003000卩F的容量电容。由于电容器量大，放电时间长，在检修变频器时需先将电容放电，如不放电会造成人员伤亡事故。放电 时用二根导线通过一个 500 Q

5、的大功率电阻连接电容二端。（2 ）变频模块变频模块（又称功率逆变器）是将直流电转换为频率与电压可调的三相交流电的重要元件，变 频空调上通常采用 6个大功率开关管构成上下桥式驱动电路。以功率晶体管为开关元件的交一直一交电路中，控制线路使每只功率晶体管在每个周期中导通180。，且同一桥臂上两只晶体管一只导通时，另一只必须关断。相邻两相的元件导通相位差120,这样在任意一个周期内都有三只功率管导通，接通三相负载。当控制信号输入时，A +、A 、B +、B 、C +、C 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，电路可采用IPM模块加上周围元件（如开关电源）组成。IPM

6、是一种智能的功率模块，它将大功率管与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。 现在日本的三菱和三洋IPM系列变 频空调常用IPM模块。、直流变频空调的基本原理1. 直流变频电路原理直流变频空调的特点在于压缩机采用了无刷直流电机，其控制电路与交流变频基本一样。从概念上严格来说，把采用直流电机压缩机的空调称为直流变频空调”是不确切的，因为直流电是没 有频率的，也就谈不上变频，但人们还是约定俗成，将采用无刷直流压缩机的空调称为直流变频空调。直流变频空调电路结构如图 4所示。220V交流市电整流变成直流电， 经平滑滤波后驱动变频模 块。控制电路使变频模块每次

7、导通2个三极管（A +、A 不能同时导通，B +、B 不能同时导通,C +、C 不能同时导通），给电机中两相线圈通以直流电，使电机转动。同时模块受电脑芯片的控 制，输出电压可变的直流电源（这里没有逆变过程），送至压缩机的直流电机，即可以改变电机转速。2. 直流变频空调的特点（1）无刷直流电机无刷直流电机转子是由稀土材料的永久磁钢制成，定子采用整距集中绕组。简单地说，就是把 普通直流电机由永久磁铁制成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷供电的线圈转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电机相似，所以称为无刷直流电机。无刷直流电机克服了传统的直流

8、电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火 花、可靠性差、寿命短，又具有交流电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，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。（2）转子位置检测无刷直流电机运行时，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 机换相，才能保证电机平稳地运行。实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法，一是利用电机内 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机相电压，利用相电压的 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

9、作为转子位置检测信号用于捕捉感应电压，通过专门设 计的电子回路转换，反过来给定子线圈施加方波电压控制。后一种方法省掉了位置传感器，所以多 被直流变频空调压缩机采用。3. 直流变频空调与交流变频空调的区别交流变频空调的是将 220V市电转换为310V直流电源，并把它送到功率模块 （晶体管开关等组 合）；同时模块受电脑芯片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，快速的调节制冷和制热量。直流变频空调器同样是把 220V市电转换为直流电源，并送至功率模块，驱动压缩机直流电机， 控制压缩机的排量。直流变频相比交流变频

10、多一个位置检测电路，使得直流变频的控制更精确。三、变频空调的优点由于变频空调实现了对压缩机的转速控制，机内变频模块输出电源频率范围为15Hz150Hz时,压缩机的转速在15009000转/分范围内变化。这样当室内空调负荷加大时，压缩机转速在电脑芯 片控制下加快运转，制冷量（或制热量）也相应增加；当室内空调负荷减小时，压缩机转速在电脑控制下则按比例减小，这可以节省电能2030%。变频式空调器具有高效、节能、启动运转灵活、故障判断自动化等特点。变频空调较定速空调的优点如表1所示:序 号项 目常规定速空调变频空调1适应负荷的能力不能自动适应负荷变化自动适应负荷的变化2温控精度开/关控制，温度波动范围

11、达2C降频控制，温度波动范围 1C3启动性能启动电流大于额定电流软启动，启动电流很小4节能性开/关控制，不省电自动以低频维持，省电 30%5低电压运转性能市电电压在180V以下很难运转市电低至150V也可正常运转6制冷、制热速度慢快7热冷比小于120%大于140%8低温制热效果0 C以下效果差10 C时效果仍好9化霜性能差准确而快速，只需常规空调一半的时 间10除湿性能定时开/关控制，除湿时有冷感低频运转，只除湿不降温，健康除湿11满负荷运转无此功能自动以高频强劲运转12保护功能简单全面13自动控制性能简单智能模糊变频控制1适应负荷的能力常规空调的制冷能力随着室外温度的上升而下降，而房间热负荷

12、随室外温度上升而上升。这样，在室外温度较高，需要空调向房间输出更大冷量时，常规空调往往制冷量不足，影响舒适性；而在 室外温度较低时，本需要空调向房间输出较小冷量，常规空调却又冷量过盛，不但白白浪费电力， 使用者也不舒服。而变频空调通过压缩机转速的变化，可以实现制冷量随室外温度变化，环境温度 上升，制冷量加大；环境温度下降，制冷量也下降。这样就实现了制冷量与房间热负荷的自动匹配， 改善了舒适性，也节省了电力。2、控温精确由于变频空调采用不停机控制温度方式，避免了压缩机“时开时停”造成房间温度的频繁波动，控制温度精度可达到土 0.5C，避免了房间忽冷忽热对人的不舒适。例如，在制冷状态下，常规空调在

13、室内达到设定温度时停机，室内温度高于设定温度1C,压缩机重新开启。变频空调对温度的调节方法是室温每降低 0.5 C,压缩机运转频率就降低一档；相反，室温每升高0.5C，运转频率就升高一档，即室温越高，运转频率越大，使空调快速制冷，室温越接近设定温度，运转频率就越小，提供的制冷量也越小，这样能使室温维持在设定温度附近，温度波动很小。3、软启动这是变频空调器所独有的优点。定速空调在启动期间，启动电流往往是工作电流的 35倍，极易引起开关保护、烧保险、跳闸等现象，变频空调则可以很好地解决这一问题。变频空调采用超低 频启动，此时启动电流尚不及正常的运转电流，且一开始压缩机运转功率比较低，使之可以顺利启

14、 动，这对电网的冲击小，能保证用户电表和电网上其他电器不受影响，能正常运转。图5是两种空调器启动器件转速变化情况，可以对比分析。區记常挖空通启动过程4. 低电压运转功能常规空调在电压低于 180V左右时，压缩机就不能启动，而变频空调在电压很低时，因为是降 频启动，能自动降低启动时的负荷，所以最低启动电压可达150V。5. 节电定频空调每次启动后，均有510分钟的不稳定阶段，此阶段制冷量远未达到设计要求，而功耗却丝毫未减。进入保温阶段后，往往是空调刚刚运行稳定，就因房间温度已经达到设定值而停机, 这样就会造成空调经常在未达到设计要求的情况下运转，频繁地启停，经常在未达到额定制冷量的 情况下运行，这就无谓地消耗许多电能。而变频空调是以低频运转来代替停机，此时功耗很低，不存在每次开启阶段的无谓功耗，节省 了电能。开机阶段，压缩机以很高的频率运转，可以使房间快速达到设定温度，此过程需要的时间 很短。在随后的长时间保温阶段，压缩机是以低频运转的，运转功率仅