直流变频空调器的工作原理
直流变频空调器的工作原理!
空调器, 原理, 变频
1:综述
电源220V交流电压经转换器变换为直流。逆变器主要功能为实现换
向，把直流电压转换成任意频率的有效值相当于三相交流电的脉冲电压信号;其最常见的结构形式是六个半导体开关元件组成的三相桥式电路(大功率模块)。逆变器的负荷为压缩机中的异步电动机， 变频空调器按照负荷是交流变频压缩机还是直流变频压缩机而分为交流变频与直流变频两大类。交流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是不等宽度PWM调制方式，而直流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是等宽度PWM调制方式。目前PAM (Pulse Amplitude Modulation脉冲幅值调制方式)以其独特的优越性而被用于直流变频空调器的压
缩机输入电压的调制中。
2:大功率模块 有刷直流电动机中，当转子(单线圈)磁场转到与定子(永磁体)磁场平行后，若转子再越过此位置，而直流电源不改变流向，即线圈中的电流方向不改变的话，那么根据右手定则此时线圈受力将使之向原方向反转。因此，需有炭刷来改变线圈中电流的流向，使转子能继续旋转
下去。
在压缩机中，由于汽缸中充满了氟利昂蒸汽，不能采用会产生火花的有刷直流电机，因此必须采用通过电子回路实现换向的无刷直流
电机。
3:直流压缩机电机的基本原理 直流压缩机的电机的转子为永磁体。典型的永磁体结构有弧形、逆弧形、V形、X形等；不同的排列，磁力线的集中度不一样，它直接影响电动机的效率。定子同交流压缩机电机为漆包线绕制而成。首先大功率模块根据转子的旋转位置切换定子绕组的通电电流，始终保证转子N极对面的定子绕组导体内的电流流向为一个方向，如 ；而转子S极对面的定子绕组导体内的电流流向为另一个方向，导体的磁场根据右螺旋法则叠加后在定、转子间产生一个垂直向上的方向磁场， 而、 c导体磁场叠加后产生一个水平向右的磁场，二者再叠加的磁场ΦZ1方向. 正好与转子磁场Φd1互相垂直，于是便会产生逆时针方句的电磁转矩，推动转子向逆时针方向旋转。右下180°的原理一
样。
※右螺旋法则：用右于握住导体，使大拇指方向为电流方向则其余四指的方向便是磁场的方向(磁力线的方向)。
4:转子位置检测回路
直流电动机转子位置检测手段通常有磁敏式(霍尔元件)、光电式、电磁感应式、电磁谐振式等。用其中一种方式为捕捉上述定子线圈中产生的感应电压，作为转子的位置信号，再通过专门设计的电子回路转换，反过来控制给定子线圈施加方波电压的时刻。
在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电。一般无法
对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位置检测
信号用线。
5:起动
由于感应电压只有在电动机转动时产生， 因此不能通过转子位置检测电机起动。而必须强制性地输出驱动波形，直到电动机转速达到一定速度，可以靠感应电压测出转子位置为止，再切换到转子位置检测
输出波形驱动方式。
例如，起动阶段大功率模块要经2～4秒的低频换向使压缩机转
速到达200～500rpm，再进入通常位置检测运行模式。
6:变频调速的基本方式
由电动机理论对三相异步电动机而言有下式：
Ed=4.44fdNdΦz
Ed：定子每相线圈气隙磁通感应电压的均方根值V； fd：电源频率Hz；
Nd：定子每相绕组的有效匝数；
Φz：每极气隙磁通量Wb。
为了保证电动机负载能力， 应保证Φz不变，这就要求Ed/fd为常数，这种保持Ed/fd为常数的控制方式又称恒磁通变频调速，属
于恒转矩调速方式。
由于Ed难于直接检测、控制，当Ed与fd较高时，定子漏阻抗
压降小到可忽略不计，则可以以定子每相电压Ud代替Ed,保持Ud/fd为常数，即可称为恒压频比控制方式。 因此，欲实现压缩机稳定调速，除了要控制逆变器的换向频率外，还必须同时按比例提高或降低对压缩机施加的方波电压值。在电子控制方面采用大功率模块三极管，其基极电压信号是比换向频率还高的(例如上支路三极管是数千赫兹的高频开关)，从而向电动机施加的电压被段切开来(参考图4)，而电动机的平均直流电压与三极管的ON(开通)时间/(ON时间+OFF时间)成正比，以此便轻而易举地达到变
频调速的目的。
7:直流变频与交流变频的比较
笼统地讲，交流变频空调器与直流变频空调器中采用的压缩机电机原
理上部是定子产生一个不断旋转的圆形旋转磁场，其转速为n=60fd/p，利用定、 转子磁场间电磁力相互作用产生的转矩不断推
动转子转动。
由于直流变频中采用了无刷直流电动机，其转子为永久磁铁，不需要外部供给电流，减少了损耗，因此效率较高。一般情况下较交流变频省电约12%，如果转子的磁体排列更科学，磁力线集中度更高，再加上采用含稀土钕的磁体，则可较交流变频省电高达18%～20％。 另外，因为直流变频可以随外界负荷的大小调节转速，在原理上比负荷变化时压缩机开停的交流变频要节能。因此，综上所述，直流
变频要比交流变频省电。