直流变频空调的工作原理分析

直流变频空调控制器的原理框图如上图所示，主要由整流器、滤波器、功率逆变器、位置检测等电路组成。AC220V工频交流电经EMI电路后经整，流电路转换为310V直流电源送到驱动模块。室外机的微处理器对各取样点送来的信号进行分析处理，并经内部波形产生新的控制信号，再经驱动放大去控制驱动模块，每次导通两只功率晶体管，给压缩机两相线圈通以直流电，驱动转子运转，另一相线圈不通电，但有感应电压，根据感应电压的大小可以判断出转子的位置，进而控制绕组通电顺序。位置检测电路同时检测模块输出给压缩机的电源，输出一个转子位置检测信号送到室外机徽处理器，通过室外机微处理器内部程序去精确控制微处理器输出的脉冲信号，进而控制驱动模块加给定子线圈的方被电压。 　　1.整流滤波原理

整流器是将交流电源转换为直流电的装置，采用硅整流器件桥式连接，整流器结构可分为单相和三相电源输入。一般变频空调电功率在2kW以上时，多采用三相电源输入。单相和三相整流电路的不同之处只是后者在电路中增加了两只整流二极管。滤波电路的作用是使输出直流电压平滑且得到提高，常采用大容量电容器，容量一般在l500μF~3OOOμF之间。因该电容器容量很大、放电时间长，所以在检修变频器时须先将电容放电。放电时用两根导线通过一个大功率电阻并联在电容两端。检修时如不放电，将会造成人员伤亡事故。

2.室外控制芯片

随着技术的进步，变频空调的控制下向智能化、集成化、可靠化的方向发展，而其控制的核心--芯片也将越来越先进。室外芯片主要的功能是完成各种运算，产生SPWM波形，实现压缩机V/F曲线的控制并提供各种保护等。变频空调采用的室外控制芯片有很多种，如东芝、三菱等。由于空调技术的发展，模糊控制技术的不断完善，这就出现了一种性能更优异、功能更强大的控制芯片--DSP。DSP即DigitalSignalProcessor是数字信号处理器的简称，与一般的单片机相比，DSP在运算速度、信号的处理、电机的控制方面具有更大的优势，是未来的发展方向。 　　3.直流压缩机电机的基本原理

无刷直流电动机与普通的交流电动机的最大区别，在于其转子是由稀土材料制成的永久磁钢； 定子与交流压缩机电机相同、采用漆包线整距集中绕制而成。简单而言，就是把普通直流电动机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电 刷提供电源的线围绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电动机所必需的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电动机称为无刷直流 电动机。无刷直流电动机既克服了传统的直流电动机的一些缺陷，如电磁干扰大,噪声大、火花、可靠性差、寿命短，又具有交流电动机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以直流变频空调相对于交流变频空调而言，具有更大的节能优势。四极(磁极对数为2)三相无刷直流电机的示意圈如右图所示。

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，如右图所示；而转子S极对面定子绕组导体内的电流流向为另一个方向。具体地讲，当转子处于图 2的位置时，仅A、C线圈中有电流，流向为a→c，即产生图示定子横截面上导体内电流的流向。把电机分成左上180°和右下180°两半来看，左上 180。部分，a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，二者叠加的磁场方 向如图2所示，正好与转子磁场互相垂直，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。

　　当转子转过60°电气角后，B、C线圈通电，且b→c，同样产生两个互相正交的定、转子磁场，如此反复，电动机即可旋转起来。

　　同理，二极(磁极对数为1)的直流电机的每相绕组的导通电气角为60°，即电机转速为n=60f/p(n：转速rpm；p：磁极对数；f：电源频率Hz)。

　　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，需要碳刷来改变线圈中电流的流向，使转子能继续旋转 下去。由于压缩机汽缸中充满了氟利昂蒸汽，因此不能采用会产生火花的有刷直院电机，必须采用通过电子回路实现换向的无刷直流电机。所以直流变频空调采用无 刷苴冻电动机作为压缩机，其转子为永久磁铁，不需要外部供给电流，臧少了损耗，因此效率较高。直流变频控制器原理框图如左图所示。

　　左图中，变频模块组件虚线框中画出了由六个IGBT管组成的逆变器模块，其中A+、B+、C+组成上支路，A-、B-、C-组成下支路。按表1iP顺序循环通断，每次总是上支路的一个三极管与下支路一个三极管ON，给压缩机定子线圈施加方波电压。

　　直流变频空调中的逆变器输出电压方式一般采用等宽度PWM调制方式。长虹大清快空调采用的是PWM+PAM相结合的方式，也就是说，压缩机在低速范围内采用等宽度PWM调制方式，而在高速范围内采用PAM高效、低噪的混合调制方式(在相同电网输入电压的情况下，获得较高的逆变器输出电压)。

　　所谓PAM控制，是指脉冲幅值调制，也就是调节信号在大小变化。PAM控制是直流变频空调优于交流变频空调的一大特点，它是与PWM相对而言的。PAM控制能有效提高压缩机的运转能力，支持9000转/分高速运转，并能消除谐波电流，提高功率因数。直流变频空调压缩机各绕组电压控制波形国如下图所示。

　　5.转子位置检测回路

由于无刷直流电动机在运行时，必须实时检测出永磁转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电动机换相，才能保证电动机平稳地运行。无刷直流电动机位置检测通常有两种方法：一是利用电动机内部的位置传感器(通常为霍尔元件}提供的信号；二是检测出无刷直流电动机相电压，利用相电压的采样信号进行运算后得出。

　　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于捕捉感应电 压，通过专门设计的电子回路转换，反过来控制给定子线圈加方波电尼。由于后一种方法省掉了位置传感器，所以直流变频空调缩机都采用后一种方法进行电动机换 相。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。

　　6.启动

由于感应电压只有在电动机转动时产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，启动阶段大功率模块要经 2s~4s的低频换向使压缩机转速达到 200转/分～500转/分，再进入通常位置检测运行模式。