變頻空調(diào)原理

    變頻空調(diào)器按工作原理可以分為交流變頻和直流變頻兩種方式。自從1997年中國(guó)第一臺(tái)變頻空調(diào)器誕生，此間變頻空調(diào)器的變頻方式經(jīng)歷了從交流變頻到直流變頻的技術(shù)革新歷程[4]。

    交流變頻

    1、公式

    交流變頻依據(jù)原理：n=60f（1-s）/p

    n—電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）；

    s—轉(zhuǎn)差率（%）；

    f—頻率（Hz）；

    p—磁極對(duì)數(shù)。

    從上式可以看出，交流變頻是通過(guò)改變變頻壓縮機(jī)的供電頻率，在p與s不變的情況下，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨頻率的變化而變化。

    交流變頻原理如圖
    交流變頻工作原理方框圖

    所示，是把220V、50HZ工頻交流電轉(zhuǎn)換為310V直流電源，并把它送到逆變器（大功率晶體管開(kāi)關(guān)組合），又稱(chēng)功率模塊，為其提供工作電壓；同時(shí)根據(jù)室溫和設(shè)定溫度的溫差，通過(guò)微處理器運(yùn)算，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)（PWM脈沖信號(hào)），也送入逆變器；然后由三相逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的三相交流電（合成波形近似正弦波），驅(qū)動(dòng)變頻壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化做相應(yīng)地變化，從而調(diào)節(jié)制冷（熱）量。

    2、變頻器的結(jié)構(gòu)與原理

    PWM控制，又稱(chēng)電壓、頻率比例調(diào)制方式。在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，不改變脈沖電壓幅度的大小，而是改變脈沖的占空比，可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。這種方法稱(chēng)為PWM（PuleWidthModulation）調(diào)制，PWM調(diào)制可以直接在逆變器中完成電壓與頻率的同時(shí)變化，控制電路比較簡(jiǎn)單。

    逆變器。這一部分指的是完成直流到交流的逆變過(guò)程，用于驅(qū)動(dòng)變頻壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的三相逆變器。如圖所示，變頻空調(diào)通常采用6個(gè)絕緣柵極晶體管構(gòu)成大功率晶體管開(kāi)關(guān)組合，又稱(chēng)功率模塊。6個(gè)晶體管的狀態(tài)決定了電機(jī)繞組中電流的方向，而開(kāi)關(guān)動(dòng)作的快慢決定了通入電機(jī)繞組中電流的頻率；開(kāi)關(guān)脈沖依次控制它們通斷，切換一次后，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一周；如果每秒鐘切換100次，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速就是100r/s。在實(shí)際應(yīng)用中，多采用變頻模塊加上外圍的電路（如開(kāi)關(guān)電源電路）組成。
    交流變頻功率模塊示意圖

    直流變頻

    1、直流變頻原理

    我們把采用無(wú)刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)電機(jī)的空調(diào)器稱(chēng)為“直流變頻空調(diào)”，這樣稱(chēng)呼從概念上來(lái)說(shuō)是不確切的，因?yàn)橹绷髯冾l空調(diào)器的變頻方式與交流變頻一樣，也采用的是交—直—交方式，供給壓縮機(jī)的電壓還是交流電，但人們已經(jīng)習(xí)慣將采用無(wú)刷直流電機(jī)的變頻空調(diào)器稱(chēng)為直流變頻空調(diào)器。直流變頻空調(diào)器關(guān)鍵在于采用了無(wú)刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)。直流變頻空調(diào)器分為兩類(lèi)：一類(lèi)是只有壓縮機(jī)電機(jī)采用無(wú)刷直流電機(jī)；另一類(lèi)是不只壓縮機(jī)，室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)都采用了無(wú)刷直流電機(jī)，這就是全直流變頻空調(diào)器。所以，直流變頻空調(diào)器相對(duì)與交流變頻空調(diào)器而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

    直流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=U/Cφ

    n為電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）；

    C為電極常數(shù)，與電機(jī)構(gòu)造有關(guān)；

    U為定子輸入電壓（V）；

    φ為磁極磁通。

    從上式可以看出，直流變頻空調(diào)器通過(guò)改變壓縮機(jī)的供電電壓，從而改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變制冷（熱）量。如圖

    直流變頻工作原理方框圖

    所示，直流變頻空調(diào)器控制原理與交流變頻空調(diào)器基本一樣，所不同的是交流變頻技術(shù)調(diào)節(jié)的是頻率，而直流變頻技術(shù)調(diào)節(jié)的是電壓。

    2、變頻器的結(jié)構(gòu)與原理

    直流與交流變頻主電路差別不大，變頻模塊之前電路完全相同；如圖

    直流變頻功率模塊示意圖

    所示不同之處在于交流變頻壓縮機(jī)無(wú)反饋控制信號(hào)，而直流變頻壓縮機(jī)有三相轉(zhuǎn)速反饋控制信號(hào)。