变频空调原理

    变频空调原理

    变频空调器按工作原理可以分为交流变频和直流变频两种方式。自从1997年中国第一台变频空调器诞生，此间变频空调器的变频方式经历了从交流变频到直流变频的技术革新历程[4]。

    交流变频

    1、公式

    交流变频依据原理：n=60f（1-s）/p

    n—电机的转速（r/min）；

    s—转差率（%）；

    f—频率（Hz）；

    p—磁极对数。

    从上式可以看出，交流变频是通过改变变频压缩机的供电频率，在p与s不变的情况下，压缩机的转速会随频率的变化而变化。

    交流变频原理如图
    交流变频工作原理方框图

    所示，是把220V、50HZ工频交流电转换为310V直流电源，并把它送到逆变器（大功率晶体管开关组合），又称功率模块，为其提供工作电压；同时根据室温和设定温度的温差，通过微处理器运算，产生一个控制信号（PWM脉冲信号），也送入逆变器；然后由三相逆变器将直流电转变为频率可调的三相交流电（合成波形近似正弦波），驱动变频压缩机运转，使压缩机电机的转速随电源频率的变化做相应地变化，从而调节制冷（热）量。

    2、变频器的结构与原理

    PWM控制，又称电压、频率比例调制方式。在调节频率的同时，不改变脉冲电压幅度的大小，而是改变脉冲的占空比，可以实现变频也变压的效果。这种方法称为PWM（PuleWidthModulation）调制，PWM调制可以直接在逆变器中完成电压与频率的同时变化，控制电路比较简单。

    逆变器。这一部分指的是完成直流到交流的逆变过程，用于驱动变频压缩机运转的三相逆变器。如图所示，变频空调通常采用6个绝缘栅极晶体管构成大功率晶体管开关组合，又称功率模块。6个晶体管的状态决定了电机绕组中电流的方向，而开关动作的快慢决定了通入电机绕组中电流的频率；开关脉冲依次控制它们通断，切换一次后，电机就转动一周；如果每秒钟切换100次，则电机的转速就是100r/s。在实际应用中，多采用变频模块加上外围的电路（如开关电源电路）组成。
    交流变频功率模块示意图

    直流变频

    1、直流变频原理

    我们把采用无刷直流电机作为压缩机电机的空调器称为“直流变频空调”，这样称呼从概念上来说是不确切的，因为直流变频空调器的变频方式与交流变频一样，也采用的是交—直—交方式，供给压缩机的电压还是交流电，但人们已经习惯将采用无刷直流电机的变频空调器称为直流变频空调器。直流变频空调器关键在于采用了无刷直流电机作为压缩机电动机。直流变频空调器分为两类：一类是只有压缩机电机采用无刷直流电机；另一类是不只压缩机，室内风机、室外风机都采用了无刷直流电机，这就是全直流变频空调器。所以，直流变频空调器相对与交流变频空调器而言，具有更大的节能优势。

    直流电机转速公式n=U/Cφ

    n为电机的转速（r/min）；

    C为电极常数，与电机构造有关；

    U为定子输入电压（V）；

    φ为磁极磁通。

    从上式可以看出，直流变频空调器通过改变压缩机的供电电压，从而改变压缩机的转速，进而改变制冷（热）量。如图

    直流变频工作原理方框图

    所示，直流变频空调器控制原理与交流变频空调器基本一样，所不同的是交流变频技术调节的是频率，而直流变频技术调节的是电压。

    2、变频器的结构与原理

    直流与交流变频主电路差别不大，变频模块之前电路完全相同；如图

    直流变频功率模块示意图

    所示不同之处在于交流变频压缩机无反馈控制信号，而直流变频压缩机有三相转速反馈控制信号。