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家用变频空调板怎么维修,变频空调器的特点和基本原理

2019-06-18 16:57发布   5704次浏览
家用变频空调板怎么维修,变频空调器的特点和基本原理
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    一、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, 其转速基本不变。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,此类空调器每次开始使用时,通常是让压缩机高频、髙速运转,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。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,维持设 定的温度。这样使室内温度趋于稳定,避免了压缩机频繁地开开停停,不仅提髙了使用寿命, 而且实现了高效节能的目的。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年代问世的一种高新技术,空调器采用变频技术后空调技术进 入了一个新时代。

    变频空调器通过提高压缩机丁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。运用变频控制技术的变频 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。

    目前,变频技术己从交流式向直流式转化,控制技术由PWM (脉冲宽度调制)发展为 PAM (脉冲振幅调制)。采用PWM控制方式的压缩机转速受到最高转速的限制,最高转速一 般低于7000r/min;而采用PAM控制方式的压缩机转速可提髙1.5倍左右,从而在较大程度 上提高了制冷/制热能力。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。

    空调变频板

    二、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。

    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,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。

    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机,所以也有一定的区别。典型的直流变频控制器如图1-2

    所示•

    典型的直流变频控制器方框图

    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,

    第2节变频空调器特有器件

    变频空调器的特有器件主要是变频压缩机、智能功率模块和电子膨胀阀三种。

    一、变频压缩机

    变频压缩机是变频空调器的核心部件,按机械结构的不同,可分为涡旋式和双转子旋转 式压缩机两种;按电气结构,可分为交流变频压缩机和直流供电变频压缩机两种。关于涡旋 式压缩机和双转子旋转式压缩机的工作原理在《空调器维修从入门到精通》—书中己作介绍, 下面介绍它们的电气性能。

    交流变频压缩机

    交流变频压缩机电机和普通柜式空调器采用的三相交流电机的构成基本相同,不同的 是它的输入电压是脉冲电压。

    直流变频压缩机

    直流变频空调器的压缩机采用的是直流变频压缩机。直流变频压缩机电机采用了三相四 极直流无刷电机,该电机定子结构与普通三相异步电机相同,但转子结构则截然不同,其转 子采用四极永久磁铁。

    (1)工作原理

    正常运行时变频模块向直流电机定子侧提供直流电流形成磁场,该磁场和转子磁铁相互 作用产生电磁转矩。因为转子不需二次电流,所以损耗小,功率因数高,但由于转子采用了 永久磁铁,所以成本比交流变频压缩机高。由于无刷电机有互为120°的三个绕组U、V、W (国内习惯用A、B、C表示),所以为了使每个绕组都有电流流过,功率放大器采用了三相 半桥式放大器,如图1-3所示。

    三相导通星形三相六状态直流电机原理图

    提示图1-3中,功率管VTl、VT3、VT5是高端放大器(也称为上桥臂),功率管VT2、 VT4、VT6是低端放大器(也称为下桥臂).自20世纪60年代末开始,功率管从 晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT)、金属氧 化物场效应管(MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)、 MOS控制晶体管(MGT)、MOS控制晶闸管(MCT)发展到现在的绝缘栅双极 型晶体管(IGBT)、耐高压绝缘栅双极型晶闸管(HVIGBT).

    当VTl、VT4导通时,Fcc (300V电压)通过VT1、绕组U和V、VT4构成回路,导通 电流从绕组U流过绕组V,流过绕组U、V的电流使它们产生磁场驱动转子旋转;当VT1、 VT6导通时,Per通过VT1、绕组U和W、VT6构成回路,导通电流从绕组U流过绕组W, 流过绕组U、W的电流使它们产生磁场驱动转子旋转;当VT3、VT6导通时,Fcc通过VT3、 绕组V和W、VT6构成回路,导通电流从绕组V流过绕组W,流过绕组V、W的电流使它们 产生磁场驱动转子旋转;当VT3、VT2导通时,Fcc:通过VT3、绕组V和U、VT2构成回路, 导通电流从绕组V流过绕组U,流过绕组V、U的电流使它们产生磁场驱动转子旋转;当VT5、 VT2导通时,K«;通过VT5、绕组W和U、VT2构成回路,导通电流从绕组W流过绕组U, 流过绕组W、U的电流使它们产生磁场驱动转子旋转;VT5、VT4导通时,Fcc通过VT5、绕 组W和V、VT4构成回路,流过绕组W、V的电流使它们产生磁场驱动转子旋转。

    注意一个半桥的两个功率管(如VTl、VT2)不能同时导通,否则会导致电源短路。

    电子换向(相)

    为了保证直流无刷电机的平稳运行,需要对转子的磁极位置进行精确检测,并用电子开关(功 率管)切换不同绕组的供电方式以获得持续向前的动力。曱期,位置检测是在电机内部设置霍尔元 件型位置传感器,利用它产生的相位信号来实现;近年来,位置检测是通过检测直流无刷电机中未 通电绕组产生的感应电压来实现的。因为这种检测方法取消了位置传感器,所以不仅结构简单,而 且提高了电机賴寿命。因此,变频空调器的压缩机电机几乎都采用后一种方法进行换向(相)。

    无级调速

    由于使用直流电源,电机的速度得依靠调节加在电机两端的电压来调整,较简单的办法 是使用PWM脉冲来调节加到电机两端的电压。PWM脉冲的占空比达到最大时,加到电机 两端的电压最大,电机转速最高,而PWM脉冲的占空比由CPU输出的调速信号控制。CPU 输出的调速信号又受温度调节信号和温度传感器产生的温度检测信号的控制。

    提示近年来,为了进一步提高变频模块的工作效率,曰本的空调器逐步从单纯的PWM控 制改为PWM+PAM混合控制方式,即较低速时采用PWM控制,保持电压/频率(叹) 为一定值;当转速大于一定值后,将调制度固定在最大值附近,通过改变直流斩波器 的导通占空比的大小,提髙变频模块的输入直流电压值,从而保持变频模块输出电压 和转速成比例,这一区域称为PAM区.采用混合控制方式后,变频模块的输入功率因 数、电机效率、装置综合效率都比单独采用PWA技术的空调器有较大幅度的提髙。