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    中央空調里的變頻技術解析!

    在中央空調系統中,不論是商用中央空調還是家用中央空調系統,為達到節能環保的目的,基本上都采用了變頻技術,具體體系那在中央空調系統中的壓縮機的驅動電動機或風機的電動機的驅動電路上,且在中央空調的室外機中,壓縮機采用變頻式壓縮機。下面就介紹一下變頻電路的基礎知識。云南中央空調,云南空調通風,云南空調凈化,就選維爾利機電,我們專業供應優質的中央空調、防火閥、消防排煙等,歡迎咨詢維爾利。

     

    ☆變頻控制方式

    為了提高效率、減低故障率,我們采用一種控制方式——控制壓縮機電動機的轉速。所謂變頻空調是通過改變壓縮機電動機的供電頻率達到速度控制的目的。這種方式從供電方式上分為兩種,即交流變頻方式和直流變頻方式。從控制速度方式上來分,變頻空調有以下控制方式:

    1.PWM方式,即脈沖寬度調制方式,簡稱脈寬調制,控制能量的大小用脈沖的寬度來表示。

    2.PAM方式,即脈沖幅度調制的方式,控制能量的大小用脈沖的幅度來表示。

    3.PWM+PAM的控制方式,即將上述兩種方式結合起來對壓縮機的電動機進行控制,既改變驅動脈沖的寬度,又改變脈沖的幅度。

     

    上圖所示是PWM方式的信號波形,每個脈沖的周期相等,但脈沖的寬度不等。這種信號脈沖的寬度越寬,平均電壓則越高。

     

    如上圖所示的電路采用直流電源供電。當晶體管VT1、VT4導通時,電動機的供電電流從上往下流動;當VT2、VT3導通時,電動機的供電電流從下往上流動。輸入的是直流電,輸出的是交流電。通過邏輯控制可以使輸出實現三值控制,即正電壓、零電壓和負電壓,如下圖所示。

     

    上圖所示的三值電壓控制波形可以采用PWM方式變成正弦波的形狀,如下圖所示,利用這種正弦波形對交流感應電動機進行控制。

     

    交流感應電動機的控制方式如下圖所示,它可以轉換成電壓的控制方式,也可以轉換成頻率的控制方式。脈沖信號的寬度變化會引起平均電壓幅度的變化,脈沖組周期變化可以引起出書頻率的變化。

     

    ☆變頻控制電路的基本結構

    下圖所示為變頻控制電路簡圖,交流供電電壓經整流電路先變成直流電壓,再經過晶體管電路變成三相頻率可變的交流電壓去控制壓縮機的驅動電動機。該電動機通常有兩種類型,即直流無刷電動機和交流感應電動機。邏輯控制電路通常由微處理器組成。

     



    ☆變頻驅動電路的工作過程

    變頻空調中的變頻壓縮機通常采用直流無刷電動機,該變頻方式稱為直流變頻方式,但變頻電路及驅動電動機定子的信號頻率仍然是可變的交流信號。

     

    變頻空調的變頻電路是將電源電路整流濾波后得到的約300V左右的直流電壓送給6個IGBT功率晶體管,由這6個IGBT控制流過三相電動機繞組的電流方向和順序,行程旋轉磁場,驅動轉子旋轉。如下圖所示,在變頻驅動信號的一個周期(電動機轉動的0°~60°),控制信號同時加到IGBT管U+和V-的控制極,使之導通,于是電流從U+流出經繞組線圈U、線圈V、IGBT管V-到地形成回路。

     

    在市電(AC220V)的60°~120°周期,電路發生轉換,IGBT管V+和IGBT管W-控制極為高電平而導通,電流從IGBT管V+流出經繞組V流入,從繞組W流出,流過IGBT管W-到地形成回路。

     

    在市電(AC220V)的120°~180°周期,電路再次發生轉換,IGBT管W+和IGBT管U-控制極為高電平導通,于是電流從IGBT的W+流出經繞組W流入,從繞組U流出,經IGBT的U-流到地形成回路,又完成一個流程,并按照上述規律循環,使電動機旋轉。

     

    ☆交流變頻方式

    交流變頻的原理是把交流220V市電轉換為直流電源,為變頻器提供工作電壓,然后再將直流電“逆變”成脈動的交流電,并把它送到脈沖功率放大器中進行放大,再去驅動壓縮機的電動機。脈沖功率放大器是由多個大功率晶體管組成的,常稱為功率模塊。同時,功率模塊受微處理器送來的指令控制,輸出頻率可變的交流電壓,使壓縮機的轉速隨電壓頻率的變化而相應改變,這樣就實現了微處理器對壓縮機轉速的控制和調節,如下圖所示。

     

    采用交流變頻方式的空調壓縮機必須使用三相感應電動機才能通過改變壓縮機供電的頻率來控制它的轉速。變頻壓縮機的電動機必須與控制驅動電路相對應。典型的變頻電路如下圖所示。

     

    ☆直流變頻方式

    直流變頻空調同樣是把交流市電轉換為直流電,并送至功率模塊,功率模塊同樣受微處理器指令的控制,所不同的是功率模塊輸出的是電壓可變的直流電,以驅動壓縮機運行,控制壓縮機的排量。

     

    由于壓縮機的轉速受電壓高低的控制,所以要采用直流電動機。直流電動機的定子上繞有電磁線圈,采用永久磁鐵作為轉子。當施加在電動機上的電壓增高時,轉速加快;當電壓降低時,轉速下降。利用這種原理來實現壓縮機轉速變化的方式,通常稱為直流變頻。由于壓縮機采用了直流電動機,空調更節電,噪聲更小,但這種壓縮機的價格要高一些。

     

    直流變頻空調的控制電路也有兩種控制方式——PWM方式和PAM方式。

     

    在上圖中,整流電路輸出的直流電壓基本不變,變頻器功率模塊的輸出電壓幅度恒定,控制脈沖的寬度受微處理器控制。

     

    在上圖中,整理輸出路中增加了一個開關晶體管,通過對該開關晶體管的控制可以改變整流電路輸出的直流電壓幅度,直流輸出電壓可以在140~390V之間變化。這樣變頻器輸出的脈沖電壓不但寬度可變,而且幅度可變。

     

    ☆變頻電路的基本構成

    1.由門控管(IGBT)構成的變頻驅動電路

    6個IGBT構成的變頻電路結構。

     

    2.由功率驅動模塊構成的變頻驅動電路

    該電路是將6個IGBT集成為一個功率驅動模塊,簡化了電路。

     

    3.由智能變頻模塊構成的變頻驅動電路

    該電路是將控制電路、電流檢測、邏輯控制和功能輸出電路集成在一起的變頻控制驅動模塊,在家用變頻空調中得到了廣泛的應用。

     

    不論變頻電路構成形式有什么不同,其功率模塊部分都有5個接線端子,其中P、N端為逆變器電路直流電流電源的輸入端,而U、V、W三端為變頻壓縮機的電動機連接端。

     

    ☆常用功率驅動模塊的結構

    功率驅動模塊通常用于功率要求較大的變頻空調中,常見的型號及參數見下表。

     

    智能變頻功率模塊的結構

    智能變頻功率模塊是將邏輯控制電路與功率輸出電路集成在一起,封裝工藝比較特殊,工作電流比較大,因此對散熱性能要求較高,需要裝上散熱片。常見變頻功率模塊型號及參數見下表。

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