淺談變頻空調電氣控制系統(tǒng)原理

尹燕濤

摘要：隨著生活質量的改善，家用空調幾乎逐漸成為眾多家庭或單位中的必需品，人們不再僅僅滿足于空調的制熱和制冷功能，而是要求更加舒適的功能，這就使得變頻空調得到迅猛發(fā)展。由于變頻空調采用的是一種實時控制方式，通過電氣控制系統(tǒng)對所檢測到的空氣參數(shù)進行實時調節(jié)，為人們提供一個高效節(jié)能且舒適的空間，正因如此，更使得變頻空調受到社會各界人士的強烈追捧。而本文主要對變頻空調電氣控制系統(tǒng)的原理進行了詳細的探究。

關鍵詞：變頻空調；電氣控制系統(tǒng)原理；無刷直流電機；轉子位置檢測

1.變頻空調工作的特點

變頻空調可以根據(jù)環(huán)境的溫度變化自動選擇制冷、制熱和除濕等功能，讓房間在短時間

內達到用戶所需要的溫度。因此，變頻空調具有多種特點，具體分析如下。

（1）當變頻空調剛啟動時，其運轉頻率最大，通常超過130HZ，同時在這個時候，變頻空調的制冷和制熱速度最快，能夠在最短的時間內讓房間溫度達到用戶所需的溫度。

（2）變頻空調不需要進行頻繁的開關機，由于變頻空調在很大部分時間內都是進行低頻段運轉，所以，整機的噪音較低。

（3）當變頻空調在開機半小時之后，就可以自動轉入節(jié)能運行。如果在夜間使用節(jié)能功能時，應在低頻下運轉，這樣才能使能效達到最高，更能起到節(jié)能省電的作用。

（4）當變頻空調在剛啟動時能夠以高速進行運轉，但它并非一直以高速運轉的，當室溫達到所設定的溫度時，就會自動轉為低頻進行運轉工作，因此，變頻空調對于溫度的控制比較精確。

（5）通常情況下，一旦室溫低于8℃，空調器便不能正常運行，而變頻空調便不是如此，它能夠在室溫低于-15℃時依然能夠制熱運轉，從而實現(xiàn)了變頻空調超低溫運行功能。

（6）由于變頻空調在進行控制室溫的過程中，主要以低頻運轉為主，又加之開關機比較少，對變頻空調產生的損害較小，同時壓縮機和空調的整個系統(tǒng)運行的比較穩(wěn)定，基于這些原因，變頻空調的使用壽命要比普通的空調長，且對電網造成的沖擊比較小，從而保證了家用其他電器的安全。

2.變頻空調系統(tǒng)設計及電氣控制系統(tǒng)原理

2.1 系統(tǒng)設計

變頻空調系統(tǒng)主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構成。在分體式的變頻空調中，其運轉部件主要由室內風機、室外風扇以及壓縮機組成，主要將空調器內部產生的冷、熱空氣帶到房間內的不同區(qū)域，最終讓室溫在短時間內達到用戶所需要的溫度。對于溫度的設定及其他空調的運轉功能等，都是利用紅外線遙控器和室內機控制板上的紅外線接收器，來對變頻空調的各項功能進行控制，將控制指令發(fā)送到室內機控制板上的單片機中。而實現(xiàn)對風扇電機和風門電機的控制主要是利用匯編指令和溫度傳感器的狀態(tài)進行實施控制過程的，因此，變頻式空調器電氣控制系統(tǒng)具有高效率、低噪音，且體積較小，質量較輕的特點，最終實現(xiàn)對溫度的精確控制功能。

2.2 電氣控制系統(tǒng)原理

（1）直流變頻概念。我們把采用無刷直流電機作為壓縮機的空調器稱為“直流變頻空調”從概念上來說是不確切的，因為我們都知道直流電是沒有頻率的，也就談不上變頻，但人們已經形成了習慣，對于采用無刷直流壓縮機的空調器就稱之為直流變頻空調。

（2）無刷直流電機。無刷直流電機與普通的交流電機或有刷直流電機的最大區(qū)別在于其轉子是由稀土材料的永久磁鋼構成，定子采用整距集中繞組，簡單地說來，就是把普通直流電機由永久磁鐵組成的定子變成轉子，把普通直流電機需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉子變成定子。這樣，就可以省掉普通直流電機所必須的電刷，而且其調速性能與普通的直流電動機相似，所以把這種電機稱為無刷直流電機。無刷直流電機既克服了傳統(tǒng)的直流電機的一些缺陷，如電磁干擾、噪聲、火花可靠性差、壽命短，又具有交流電機所不具有的一些優(yōu)點，如運行效率高、調速性能好、無渦流損失。所以，直流變頻空調相對與交流變頻空調而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。

（3）轉子位置檢測。由于無刷直流電機在運行時，必須實時檢測出永磁轉子的位置，從而進行相應的驅動控制，以驅動電機換相，才能保證電機平穩(wěn)地運行。實現(xiàn)無刷直流電機位置檢測通常有兩種方法，一是利用電機內部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；二是檢測出無刷直流電機相電壓，利用相電壓的采樣信號進行運算后得出。

（4）變頻驅動模塊。這一部分指的是完成直流到交流的逆變過程，用于驅動變頻壓縮機運轉的逆變橋及其周圍電路。變頻空調上通常采用6個IGBT構成上下橋式驅動電路。在實際應用中，多采用IPM（IntelligentPower Module）模塊加上周圍的電路（如開關電源電路）組成。IPM是一種智能的功率模塊，它將IGBT連同其驅動電路和多種保護電路封裝在同一模塊內，從而簡化了設計，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)在變頻空調常用的IPM模塊有日本三菱的PM系列及日本新電元的TM系列（內置開關電源電路）。

（5）通訊電路。從主機（室內機）發(fā)送信號到室外機是在收到室外機狀態(tài)信號處理完50毫秒之后進行，副機同樣等收到主機（室內機）發(fā)送信號處理完50毫秒之后進行，通訊以室內機為主，正常情況主機發(fā)送完之后等待接收，如500毫秒仍未接收到信號則再發(fā)送當前的命令，如果1分鐘內未收到對方的應答（或應答錯誤），則出錯報警；同時發(fā)送信息命令給室外，以室外機為副機，室外機未接收到室內機的信號時，則一直等待，不發(fā)送信號。由于空調室內機與室外機的距離比較遠，因此兩個芯片之間的通信（+5V信號）不能直接相連，中間必須增加驅動電路，以增強通信信號（增加到+24V），抵抗外界的干擾。

（6）電源的濾波及保護。該部分主要的功能是吸收電網中各種干擾，并抑制電控器本身對電網的電磁串擾，以及過壓保護及防雷擊保護。

3.結語

綜上所述，了解了變頻空調的特點和電氣控制系統(tǒng)的原理，才能更好的評估及測試變頻空調，從而使變頻空調更加安全可靠的為人們的日常生活提供舒適環(huán)境的保證，滿足人們對高品質生活的需求。

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