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空调的变频是如何实现的?

2020-6-3 10:31:44 显示全部楼层
变频空调器的特点

变频空调器是相对定频空调器而言的。定频空调器的压缩机直接采用220V/50Hz供电,其转速不变。此类空调器依靠不断地“开、停”压缩机来调整室内温度,不但使人感觉温差大,而且浪费较多的电能。而变频空调器利用变频器将50Hz市电电压频率变换为30~130Hz的变化频率,这种通过改变压缩机供电频率方式的技术就是所谓的“变频”技术。变频技术是20世纪80年代问世的一种新技术,空调器采用变频技术后进入了一个新时代。

变频空调器每次开始使用时,通常是让压缩机高频、高速运转,以最大功率、最大风量进行制冷或制热,使室内温度迅速接近所设定的温度。当室内温度接近所设定的温度,并被单片机识别后,单片机控制压缩机进入低频、低速的低能耗运转状态,使室内温度趋于稳定,避免了压缩机频繁地开开停停。这样,不仅提高了舒适度,而且实现了高效节能的目的。
变频空调器通过提高压缩机工作频率的方式增大了制热能力,不仅最大制热量比同品牌、同级别的定频空调器要高一些,而且低温下仍有良好的制热效果。变频空调器可根据环境温度自动选择制冷、制热或除湿运转方式,室温波动范围小,不仅提高了舒适度,而且节约了电能。此外,变频空调器可在低电压条件下启动,彻底解决了空调器在某些地区因电压较低难以启动的难题。

定频分体式空调器的室内风扇电机只有4挡风速可供调节,而变频空调器的室内风扇电机在自动运行时,转速会随压缩机的工作频率在12挡风速范围内变化。由于风扇电机的转速与制冷/制热能力进行了合理的匹配,因此可实现低噪声的宁静运行。

由于变频空调器在电路方面不仅需要功能更加强大、完善的微处理器电路,而且需要设置大功率压缩机驱动电路(模块电路)及其电源电路,在制冷系统方面采用了膨胀阀作为节流器件,从而导致它的成本大大高于定频空调器,影响了变频空调器的普及。不过,随着变频技术、单片机控制技术的不断完善以及电子元器件成本的不断降低,变频空调器最终将逐步取代定频空调器,成为空调器市场的主流产品。

变频的基本原理

目前,常见的变频方式主要有交流变频和直流变频两种。

1.交流变频
交流变频器主要由AC-DC变换器(整流、滤波电路)、三相逆变器(inverter电路)、脉冲宽度调制电路(PWM电路)构成,如图1-1所示。
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图1-1 交流变频控制器构成方框图

首先,AC-DC变换器将220V市电电压变换为310V左右的直流电压,为三相逆变器供电,三相逆变器在PWM电路产生的PWM脉冲作用下将310V直流电压变换为近似正弦波的交流电压。PWM电路输出的PWM脉冲的占空比大小受微处理器(CPU)的控制。这样,通过微处理器的控制,三相逆变器就可为压缩机提供频率可变的交流电压,实现压缩机转速的控制。
在变频过程中,变频空调器的制冷能力与负荷相适应,温度传感器产生的温度检测信号通过微处理器运算后,产生运转频率控制信号。这个信号就可改变 PWM 电路输出的 PWM脉冲的占空比,相继改变了三相逆变器输出电压的频率,使压缩机(三相异步电机)在箱内温度高时高速运转,快速制冷;在箱内温度较低时低速运转,以维持箱内温度,从而实现了压缩机的变频控制。

2.直流变频
直流变频空调器与交流变频空调器的变频原理基本相同,但由于直流变频空调器的压缩机电机采用的是直流无刷电动机,所以也有一定的区别。典型的直流变频控制器构成如图1-2所示。
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图1-2 直流变频控制器构成方框图

AC-DC变换器将220V市电电压变换为310V左右的直流电压,为功率模块供电,在微处理器输出的PWM脉冲的控制下,功率模块为直流变频压缩机定子绕组的U、V两相输入直流电流时,由于转子中永久磁铁产生的磁通的交链,所以在剩余的W相绕组上产生感应信号,作为直流电机转子的位置检测信号,然后配合转子磁铁位置,逐次转换直流电机定子绕组通电相,使其继续回转。

提示

直流变频压缩机的电机必须要设置转子位置检测电路,否则电机是无法运行的。

变频空调器的控制模式与普通空调器的控制模式有一定的区别,了解变频空调器的控制模式对维修此类空调器有一定的帮助,下面以海信1.2匹*变频空调器为例进行介绍。
注释:* 匹不是法定计量单位,但实际生活中都用匹而不用瓦(W),其换算关系为 1 匹 = 735W。

基本运行模式

1.自动运行模式

用遥控器将空调器的运行模式设置为自动运行模式后,空调器的微处理器根据室内温度传感器检测到的温度来确定自动控制空调器是工作在制冷模式,还是制热模式。当室内温度高于设定的温度时,进入制冷模式;当室内温度低于设定温度时,进入制热模式。工作模式确定后,30min内不可切换。如果室内温度与设定温度相差3℃,则会立即转换工作模式。

2.制冷运行模式

空调器进入制冷运行模式后,温度由遥控器进行调节。而室内风扇转速设置在自动状态时,室内风扇电机转速如表2-1所示,室外风扇电机转速如表2-2所示。
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方法与技巧
为了便于维修变频空调器,变频空调器通常具有标准实验制冷模式。进入方法是:每秒按遥控器的“高效”键2次,经多次(超过6次)按“高效”键就可以进入标准实验制冷模式。进入该模式后,压缩机的工作频率固定不变,室内风扇电机、室外风扇电机的转速都为高速。进入该模式后,若微处理器连续4s检测到室内盘管温度低于−1℃,会控制压缩机停止工作,并通过显示屏或指示灯提示室内盘管冻结或过冷。

3.制热运行模式

空调器进入制热运行模式后,温度由遥控器进行调节。制热模式下,有防冷风功能,所以室外机刚开始工作时,室内风扇电机不转,当室内盘管温度超过28℃时,室内风扇电机开始以微风运转,风门叶片处于1的位置;当室内盘管温度超过38℃时,室内风扇电机进入设定风速的运转状态,风门叶片处于设定位置。当室内盘管温度超过56℃,但低于60℃时,压缩机工作在降频状态;当室内盘管温度超过60℃,但低于70℃时,压缩机工作在低频状态,室外风扇电机处于低速运转状态;当室内盘管温度超过70℃后,压缩机停转,进入保温状态。压缩机停转后,微处理器经100s延时,切断四通阀线圈的供电,延时40s使室内风扇电机停转,将热交换器上的热量全部吹出。制热状态下,室内风扇电机转速如表2-3所示,室外风扇电机转速如表2-4所示。

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4.除湿运行模式

空调器进入除湿运行模式后,温度由遥控器进行调节。在除湿模式下,根据室内温度与设定温度的差值决定运行方式。当室内温度高于设定温度 2℃时,空调器按制冷模式运转;当室内温度与设定温度的差值不足 2℃时,空调器按除湿模式运转。除湿运转期间,压缩机按低频运转10min和高频运转6min的周期工作。除湿期间,室外风扇电机转速如表2-5所示。

表2-5 除湿状态下室外风扇电机转速与温度的关系
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5.除霜运行模式

当空调器在制热运行模式下连续工作时间超过 30min,并且室外环境温度比室外热交换器的温度高7℃的时间超过5min,被微处理器检测后空调器将转入除霜运行模式。

除霜过程如下:压缩机、室外风扇电机停转50s后,四通阀的线圈断电,使系统工作在制冷状态,5s 后压缩机运转,当压缩机运行时间超过 6min 或室外热交换器表面的温度超过12℃时,压缩机停转,30s后四通阀的线圈供电,使系统工作在制热状态,5s后启动压缩机, 3s后室外风扇电机运转,至此,除霜结束。

6.通风运行模式

当空调器进入通风运行模式后,只有室内风扇电机和风门以设定方式运行,如果风速设定为自动方式,则室内风扇电机会工作在低速的运转状态。

保护模式

由于变频空调器的微处理器功能更加强大,因此变频空调器的保护功能更加完善。下面介绍室内热交换器防冻结保护、室内热交换器过热保护、压缩机排气管过热保护、压缩机过流保护、市电异常保护等模式。

1.室内热交换器防冻结保护

制冷状态下,若室内风扇转速慢或室内空气过滤器脏,使室内热交换器无法吸收足够的热量,它内部的制冷剂不能汽化,不仅会降低制冷效果,甚至可能会导致压缩机因液击而损坏,所以变频空调器都具有室内热交换器防冻结保护模式。

制冷期间,若室内热交换器表面出现冻结,使室内盘管的温度低于7℃,但高于5℃时,禁止压缩机升频运转;当盘管温度低于 5℃,但高于−1℃时,压缩机降频运转;当盘管温度低于−1℃时,微处理器发出指令使压缩机停转,并通过显示屏、指示灯或蜂鸣器报警。

2.室内热交换器过热保护

制热状态下,若室内风扇转速慢或室内空气过滤器脏,使室内盘管(热交换器)产生的热量无法散出去,它表面的温度会升高,不仅会降低制热效果,甚至可能会导致部分器件过热损坏,所以变频空调器都具有室内热交换器过热保护模式。当室内盘管温度超过56℃,但低于60℃时,禁止压缩机升频运转;当室内盘管温度超过60℃,但低于70℃时,压缩机降频运转,室外风扇电机处于低速运转状态;当室内盘管温度超过70℃后,压缩机停转,进入室内热交换器过热或过载保护状态,实现室内热交换器过热保护。

3.压缩机排气管过热保护

当压缩机排气管的温度达到104℃后,压缩机降频运转;压缩机排气管的温度达到110℃时,微处理器输出控制信号使压缩机停机保护。

4.压缩机过流保护

为了防止压缩机的运行电流过大,给压缩机电机绕组带来危害,变频空调器都具有压缩机过流保护功能。

当压缩机的运行电流达到10A时,微处理器输出控制信号使压缩机降频运转;当压缩机的运行电流达到12A后,微处理器输出保护信号使压缩机停转;当电流小于9A后,解除过流保护状态。

5.市电异常保护

大部分变频空调器通常可工作的市电电压范围是160~260V(有的可达到145~270V),若市电电压超过这个范围,可能会导致IPM、压缩机等器件工作异常甚至损坏,所以变频空调器都具有市电异常保护功能。

当市电低于160V或高于260V时,被市电异常检测电路检测后,该电路为微处理器提供市电异常的检测信号,微处理器输出控制信号使空调器停止工作,实现市电异常保护。

来源:网络

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