变频空调电控系统的设计
直流变频空调基本原理及结构
直流变频空调基本原理及结构直流变频空调其关键在于采用了无刷直流电机作为压缩机，其控制电路与交流变频控制器基本一样。
（1）直流变频空调的基本原理•直流变频概念我们把采用无刷直流电机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。
•无刷直流电机无刷直流电机与普通的交流电机或有刷直流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永久磁钢构成，定子采用整距集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。
这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电机称为无刷直流电机。
无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火花可靠性差、寿命短，又具有交流电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，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。
•转子位置检测由于无刷直流电机在运行时，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，以驱动电机换相，才能保证电机平稳地运行。
实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法，一是利用电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线，捕捉到感应电压，通过专门设计的电子回路转换，反过来控制给定子线圈施加方波电压；由于后一种方法省掉了位置传感器，所以直流变频空调压缩机都采用后一种方法进行电机换相。
•直流变频空调与交流变频空调的电控区别交流变频空调的变频模块按照SPWM调制方法，通过三极管的通断，给压缩机三相线圈同时通电，压缩机为一三相交流压机。
TCL EH变频柜机室内电控功能说明书
表号：生效期：2012.08.20共页第页EH系列变频柜机室内机电控功能书型号.编制王小明审核标准会签批准TCL空调器(中山)有限公司12年8月一、空调器整机型号或名称EH系列变频柜机、适用的机型范围和型号：KFR-51LW/EHBpKF-51LW/EHBpKFR-72LW/EHBpKF-72LW/EHBp四、适用范围及认证要求1 自然条件要求：气候:T1 温带气候最高气温43℃2 社会环境要求安全认证要求:3C认证。
五、电源及电器部品主要参数与控制１控制电源要求：电压：AC 160V---265V频率：50/60 Hz2直流风机：GLSDJ-01(DC) 具体规格型号参考规格书。
3步进电机：具体参数见规格书。
4同步电机：220V, 50/60 Hz, 转向可控，具体参数见规格书。
5背景灯带: 12V,12W.6钛钠灭菌装置: 12V,≦10W.7空气质量传感器：神荣SB-AQ8-02，具体参数见规格书。
8湿度传感器：神荣RHI112A，具体参数见规格书。
9红外传感器：Nicera PSUP4-02-NCL－3（B）模块，具体参数见规格书。
10ITO膜按键：ITO, 具体参数见规格书。
六、控制器详细功能控制要求：1控制器应符合以下要求：1.1在实际装机条件下，以遥控接收器件的中心为原点，遥控器接收距离≥8米，遥控器接收角度≥60°锥度角。
1.2温度控制误差≤±1℃（使用精密电阻箱）。
1.3时间控制误差：≤2min/24h。
1.4 室内、外电机转速控制误差±10转/分2、定义2.1 RT：室内回风温度2.2 IPT：室内热交换器盘管温度2.3 ST：设定温度，温度设定范围16～31℃2.4 OAT室外进风温度2.5 OPT室外盘管温度2.6 OHT压缩机排气温度3、控制器兼容性3.1遥控接收系统与EH柜机专用遥控器配套使用，并要求通用到TCL标准遥控码。
遥控接收系统在开关、模式选择、风速选择、风向选择、温度设定、睡眠功能选择、待机状态下定时开机功能、开机状态下定时关机功能等主要功能与普通遥控器兼容。
变频空调电气控制系统的设计
摘要随着空调器使用的日益普遍，人们更加重视空调器性能的提高。
变频式空调器以能效比高、调温快、使用舒适、节能显著的特点，一出现就受到人们的青睐，特别是应用了模糊控制技术，使其显出更加突出的优势。
目前国内空调器市场的竞争日益激烈，若想在激烈的市场竞争中占有一席之地，就必须具有舒适、节能、能效比高等特点，研制具有低成本的节能变频空调也就成为了未来空调市场的发展趋势。
本课题设计了变频空调器的电气控制系统，电控系统的作用是根据房间温度的变化以及用户的要求去控制空调器的运转部件—压缩机和风扇电机等，使室温合乎理想要求。
电控系统分为室内机和室外机两部分设计。
室内机、室外机各用一个单片机进行控制，二者通过通讯线进行通讯，以传递和交换信息。
室内机主要包括遥控器信号的接收电路，室内温度的检测电路，风扇电机控制电路和风门步进电机控制电路等，室内机的作用是完成温度的检测和温度的模糊控制运算等，对各部分电路进行控制，把空调器产生的冷空气或热空气传到室内的不同区域，实现均匀调节房间温度的目的。
室外机包括变频器电路、风扇控制电路、四通阀控制电路、温度检测电路和保护电路等。
变频器电路采用智能功率模块，利用专用单片机对其进行控制，使变频电路结构简洁、性能可靠。
室外机的作用是对室内机送来的控制信号进行分析，根据室外机的工作状态，通过变频器对压缩机转速进行控制，从而达到制冷或制热功率的调节，并对室外风扇电动机、电磁四通阀进行控制，对各种保护电路予以监测。
然后在硬件电路设计的基础上，编制了室内、外机的系统控制软件。
最后进行了系统的软硬件调试，从而完成整个电控系统的设计。
由于室温控制系统具有大滞后、时变性、非线性等特点，精确数学模型难以建立，传统PID控制方法效果差。
所以选定模糊控制方案，设计了二维模糊温度控制器。
然后针对常规模糊控制器主观性较强的缺点，提出了一种适于实时控制的模糊PID温度控制器，并通过仿真验证了这一方法的合理性。
关键词变频器;模糊控制;PID控制;单片机控制;系统仿真万方数据AbstractWiththeincreasinguseofairconditioner,peoplepaymoreattentiontothe improvementofairconditioner'sperformance.Becauseofitshighperformance, variable-frequencyairconditionerbecamepopularassoonasitappeared; especiallyfuzzycontroltechnologyisusedonit.Butthereisn'thome-made completelyvariable.frequencyairconditioner,withtheeverincreasingofair conditioner'sdemand,itisveryimportanttodesignourownvariable-frequency airconditioner.Anairconditioner'selectricalcontrolsystemisdesignedinthispaper.Itis usedtocontrolcompressorandfanmotortomakeroomtemperaturefitdemand accordingtotheroomtemperature'svarietyanduser'sdemand.Electrical controlsystemisdividedintoin-roompartandout-roompart.Thetwopartsare controlledbysingle-chipcomputer.Theycommunicatewitheachotherthrough onecommunicationline.In-roompartismadeupofremoterreceivecircuit, roomtemperaturedetectcircuit,fanmotorcontrolcircuitandwinddoorsteppin gmotorcontrolcircuit.Thefunctionsofthein-roompartincludetemperature detection,temperature'sfuzzycalculationandthecontrolofallthecircuits. Andasaresult,thispartachievesthegoalofregulatingtheroomtemperatureby puttingcoldorhotairtodifferentpartsoftheroom.Out-roompartincludes frequencyconverter,fancontrolcircuit，temperaturedetectcircuitand protectingcircuit.Thefrequencyconvertermakesthecircuitsimpleandreliab lebyemployingintelligentpowermoduleandspecialsingle-chipcomputer.The out-roompartisusedtocontrolthecompressor'sspeedviathefrequency converteraccordingtothesignalsfromin-roompartandthestatusofout-room part.What'smorethispartalsocontrolsfanmotorandelectrical-magneticfour passvalveandmonitorsalltheprotectingcircuits.Basedonthehardwarecircuits,thecontrolsoftwareforin-roomandout-roompartsisalsodesigned respectively.Finally,thehardwareandsoftwareisdebuggedandthedesignof wholeelectricalcontrolsystemisfinished. Becauseofthecharacteristicsofgreatdelay,timevaryingandnonlinearity, itisdifficulttogetanaccuratemathematicalmodelforthen万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文system.ConventionalPIDcontrollercannotworkwell，sofuzzycontrol technologyisselected.Atwo-dimensionfuzzytemperaturecontrolleris designedinthispaper.Consideringthedisadvantagesoftheconventionalfuzzy controller,areal-timeadaptivefuzzycontrollerispresented.Thesimulation resultsverifyittobereasonable.Keywordsfrequencyconverter,fuzzycontrol;adaptivecontrol;single-chip computercontrol;systemsimulation万方数据III哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景、来源及研究意义空调是空气调节器的简称，它的作用是通过空调器对室内空气进行处理，使它的温度、湿度、气流速度和洁净度达到所需的要求，为人们提供舒适生活条件和为生产工艺提供一定的环境条件服务。
示波器在变频空调测试应用一、变频空调电控总体框图如下一、测试
示波器在变频空调测试应用一、变频空调电控总体框图如下一、测试项目1.整流部分整流输出波形测量纹波测量谐波测量视在功率、有功功率测量示波器内部控制电源的输出电压、纹波2.逆变部分IGBT损耗测量驱动脉冲幅度、死区测量输出电压和电流测量、输出功率测量IPM模块SPWM(SVPWM)输出电路3.控制部分接口总线电路RS232 SPI二、整流部分测试设备:DPO4054示波器+P5205因为客户是日本企业，所以他们与日本保持一致，所以功率与功率因数方面测试采用的是HIOKI3169嵌式功率计。
三、逆变部分测试设备:DPO4054示波器+P5205+TCP0030测试仪器：DPO4054+ P5205差分探头优点：使用泰克示波器独有的波形搜索功能，可以快速找到长时间范围内同一桥臂上可能存在的驱动脉冲重叠1, Capture the Hi-sense driver signal dutyWaveform Explain:above two duty waveform captured from difference position in one sin waveform cycle.a)Channel 2 (Blue) is U phase IPM output dutyb)Channel 3 (Purple) is U phase IPM up arm input dutyc)Channel 3 (Purple) is U phase IPM up arm input dutyConclusion:a)Sometime, IPM output will exact follow input; sometime, IPM output will larger than inputdutyb)Observe the whole sin wave cycle, it has only those two case, and has regular.2, Capture Our demo driver signal dutyWaveform Explain: above four duty waveform captured from difference position in one sin waveform cycle.a)Channel 3 (Purple) is U phase IPM output dutyb)Channel 4 (Green) is U phase IPM up arm input dutyConclusion:a)Sometime, IPM output will exact follow input; sometime, IPM output will larger than inputdutyb)But from bottom two waveform, sometime IPM output will happen distortion负载与非负载时测试1, Compare the driver waveform for without compressor and with compressorWaveform Explain: This is Demo waveform without Compressora)Channel 2 (Blue) is difference voltage waveform for U-V phaseb)Channel 4 (Green) is IPM input signal waveform for U phasec)Channel 3 (Purple) is IPM output signal waveform for U phaseWaveform Explain: This is Demo waveform with CompressorChannel 1 (yellow) is current waveform for U phaseChannel 2 (Blue) is difference voltage waveform for U-V phaseChannel 4 (Green) is IPM input signal waveform for U phaseChannel 3 (Purple) is IPM output signal waveform for U phaseConclusion:The IPM driver input signal (Channel 4) are both standard waveform, smooth and average for with or without compressorThe IPM driver output signal (Channel 3) can exact follow the input signal while without compressor, but has distortion in the max/min point while with compressorThe voltage (Channel 2) are smooth sine wave while without compressor, but has distortion while with compressorSo the current waveform has distortion at the max/min point, maybe because the IPM output hasdistortion2, Observe the driver waveform for Hi-senseWaveform Explain: This is Hi-sense waveform with Compressora) Channel 1 (yellow) is current waveform for U phaseb) Channel 2 (Blue) is difference voltage waveform for U-V phasec) Channel 4 (Green) is IPM input signal waveform for U phased) Channel 3 (Purple) is IPM output signal waveform for U phaseConclusion:a) The IPM driver input signal (Channel 4) are average for each cycle, but seem not verystandard and symmetryb) The IPM driver output signal (Channel 3) also has some distortion, but is not at max/minpoint, and can b asically follow the input signalc) The voltage (Channel 2) and current (Channel 1) are little distortion, but basically seemssine waveAlthough the IPM output signal, voltage and current also have distortion, but seems bascially as si nusoid.The IPM input signal is not standard waveform, maybe it has compensated to let theIPM output m ore fit the input.四、控制部分测试设备：DPO4054+TLA5203B + P6410五、泰克示波器在变频空调设计应用中的优势▪长存储和Waveinspector功能▪高级数学运算▪串行总线解码和数字数字逻辑通道▪FilterVu滤波功能▪放大器的抗饱和能力▪抗干扰能力。
家用空调电控部件及其设计要点
5T yPapersechnical 论文论述T1引言家用空调作为一个整体，包括室外机、室内机，系统包括制冷系统和电控系统，电控系统是控制空调的核心和大脑。
本文从分体机和柜机两大分类触发对电控的硬件和元器件进行了探讨，同时对现在流行的变频空调电控原理进行分析。
2分体机电控分体机控制器的主要作用是通过采集一些输入信息，经过MCU 的分析和处理，根据结合电控功能规格书的要求控制相应负载工作，具体控制示意图见图1：其他区域，最高温度点达到70℃左右，偏离中心轴+45的区域温度点略高于偏离中心轴-30的区域，偏离中心轴+90的区域温度点最低，与贯流风叶和底壳之间的间隙大小，空气对流、换热速度等有关。
风叶表面温度还直接跟风叶开槽的位置有关系，如图9、图10L D 和FY 的风叶。
斜开槽（图）的风叶高速旋转时，风量小，噪音比较大，导致风叶表面温度比较高；平行开槽的风叶（图），高速旋转时，风量大，噪音大，因此风叶高速旋转时，表面温度比较低，与实验结果符合。
综上所述，从实验结果可以看出，电热管正下方温度点较其他区域高，实验完成后风叶完好，未变形，未有异常情况发生。
本实验中所用测试方法有两个亮点：用铁丝弯成类似风叶轮半圆环状，安装在机子内壳上固定，如图所示；其次热电偶布置要稳定，考虑到布点要接近风叶，我们创新地采用铝铂纸包扎法。
本方法经过实验验证：在测试内机风叶表面温度时适用，亦可设计做成工装，适合推广使用。
参考文献[1]常健生，石要武.检测与转换技术.北京：机械工业出版社，2003.6[2]武俊梅，黄翔.直接蒸发冷却式空调机性能研究.建筑热能通风空调，2001.19[3]张辉，陆梅等中华人民共和国国家标准家用和类似用途电器的安全北京：中国标准出版社，5，【编辑：李鹏】空调技术专题本文介绍了家用空调柜机和分体式空调的电控系统原理，并对电子元器件和工艺进行了讨论，阐述了遥控器的原理，针对变频空调类型和室外机电控进行了讨论。
海信 变频空调电控,常见零部件工作原理
• 变频原理，利用二次逆变得到的可变化交流电源来调节压缩机转速，从而 改变管路中制冷剂循环量，控制空调器输出能力。直流变频空调和交流变 频空调采用的压缩机电机，原理上都是定子产生一个不断旋转的圆形旋转 磁场，利用定子、转子电磁间磁场力相互作用产生转矩不断推动转子转动。
变频能力的大小，可以变换
第二部分 室内机电路与零部件工作原理讲解
23、同步导风电机 24、反相驱动器 25、温度传感器 26、电阻 27、各种温度传感器插头颜色的区分 28、各种温度传感器的作用7、变压器 29、传感器电阻检测法
二、室内机电路与零部件工作原理讲解
1、室内机主要电路控制框图：
1、 AC220V经过降压，整流，滤波，稳压输出稳定的直流电压为芯片、 传感器电路、驱动电路提供电源，芯片接收到遥控指令后根据采集到的 温度信号执行工作模式，经过驱动电路控制显示屏、风门叶片、内风机 转速并与室外机通讯 2、AC220V经可控硅整流电路，供室内风扇电机工作 3、AC220V经二极管半波整流、滤波成直流电（可非稳压），为通讯电路 提供电源，以便室内机与室外机进行通讯。
第五章 变频空调电控, 常见零部件工作原理
培训纲要
第一部分 变频空调工作原理 第二部分 室内机电路与零部件工作原理讲解 第三部分 室外机电路与零部件工作原理讲解
第一部分 变频空调工作原理
1、变频原理 2、交流变频与直流变频的主要区别 3、直流变频空调工作原理 4、压缩机内部结构图
一、变频空调工作原理
二、室内机电路与零部件工作原理讲解
16、上电复位电路的作用与工作原理：
(1)为CPU的上电复位；
(2)监视电源电压。
主要作用是在上电时延时复位，防止因电源的波动而造成CPU的频繁复位，
研究变频空调外机电控散热
研究变频空调外机电控散热摘要：变频空调的室外机电控板对器件的功率有严格的要求，在整个过程中可能存在不同程度的散热问题，结合当前变频设计的实际要求和其他指标等，对于存在的重要技术问题需要合理进行处理，保证稳定性。
本次研究中以变频空调外机电控散热设计形式为基础，对具体设计方式分析。
关键词：变频空调；外机电控散热在变频设计的过程中结合实际设计形式和要求等，如何进行节能设计是关键，根据温度均匀性和机电控制等因素，在整个过程中，提前进行功率器件功率的分析。
散热问题成为变频处理的关键问题，需要对技术性问题进行掌握，根据控制板以及变频器的稳定性要求，在整个过程中提前对属性进行分析。
1.变频空调外机电控散热技术原理变频空调外机电控散热器件的类型多，结合器件的实际应用需求和属性等，提前进行散热分析。
散热片暴露在外机的风道里，经过表面的气流带走热量。
功率器件的组合化应用符合要求，在传导分析的阶段，必须进行输送和管理。
此外散热片通过换热方式的调整后，能实现机器的合理化有效应用。
根据现有的热系数和计算公式要求等，提前对定律值分析，由于流体和固体之间存在热流温度差，在系数测定的过程中必须确定表面参数，提前进行调整。
散热器面积和对流换热不变的前提下，进行气流温度指标判断，根据冷却系统的气流类型以及散热器的处理要求等，提前进行外机控制和有效应用。
在室外高温环境下，电控器件的工作温度比较高，对散热系统的应用有严格的要求，在散热处理的过程中确定气流实际温度，为了避免出现系统热量流失的现象，提前进行散热控制和指导，实现合理化应用[1]。
根据现有的结构图和系数要求等，在散热器控制的阶段提前对技术方案掌握，如果存在设计不合理的现象，进行技术指导，提升可行性。
2.变频空调外机电控散测试结果分析根据变频空调外机电控散热的系统设计流程和实际要求等，在参数结果确定的过程中明确系统化控制的具体指标，结合测试概况和要求等，如果存在测试不完整或者异常等现象，明确参数类型，结果如下：2.1外机气流温度分析考虑到散热片周围的气流温度情况以及散热情况等，提前进行结构测试。
变频空调电气控制设计说明
变频空调电气控制设计说明为了满足广泛的用户需求，空调行业已经采用了变频技术。
变频空调通过调整压缩机转速来控制冷却和加热效果，从而实现对室内温度的精确控制。
本文将详细介绍变频空调的电气控制设计。
一、变频空调电气控制原理变频空调的电气控制主要包括以下几个方面：供电系统、传感器系统、控制系统和驱动系统。
供电系统通过供电线路将电能传输到变频空调的各个部件中。
在供电系统中，还包括电源开关和保护设备，以保证电能稳定供应和安全使用。
传感器系统用于感知室内和室外的环境信息，包括温度、湿度、空气质量等。
传感器通过信号转换和放大电路将环境信息转化为电信号，然后传输给控制系统进行处理。
控制系统是变频空调的核心部件，它接收传感器系统传输的信息，并根据预设的温度要求和用户需求，对压缩机的转速进行调整。
控制系统使用先进的算法和控制策略，实现对空调运行状态的调控。
驱动系统通过变频器控制压缩机的转速。
变频器是一种电力电子设备，可以对电能进行调节和变换，将电源系统提供的稳定电压和频率转换为适合压缩机工作的电能。
驱动系统还可以实现对风扇和水泵等附属设备的控制。
二、变频空调电气控制设计要点1.稳定性设计：为了保证变频空调正常运行，电气控制系统需要具备高稳定性。
在供电系统中，应使用高质量的电源开关和保护设备，以防止电能波动和过载等问题。
在控制系统和驱动系统中，应选用可靠性较高的元器件和模块，同时需要进行充分的测试和调试，确保各部件之间的协调工作和通信正常。
2.精确控制设计：变频空调的优势之一是可以实现室内温度的精确控制。
为了实现精确控制，控制系统需要具备较高的计算和处理能力。
在控制算法的设计中，需要结合传感器系统提供的环境信息，采取合适的控制策略和算法，实现对压缩机转速的精确调控。
此外，还可以通过设置温度曲线和时间段等功能，满足用户个性化需求。
3.低功耗设计：为了降低能耗，电气控制设计需要考虑节能技术。
在供电系统中，可以采用高效率的电源设备和节能措施，减少能量的浪费。
实训用变频空调装置电控系统的改进设计
们送到 Ｃ Ｕ的控制寄存器 、 Ｃ 方式选择 寄存器 、 周期 寄存器 ， 按此
产生三相 ６路 Ｓ ＷＭ 驱动信 号 ， 动 ＩＭ， Ｐ 驱 Ｐ 完成 三相 Ｓ ＷＭ的 Ｐ
态。（ ） ４ 室外单片机根据 不断检 测到 的 电流 、 电压 的变化 信息
机那样 ， 电机控制 中需要复杂的硬件或软件来产生 ３ Ｐ 在 对 ＷＭ 波， 应用模式非常简单 ， 编程 比较容易 ， 这就 给熟悉 ８ Ｃ １系列 ０５
单 片机 的用户 ， 运用 Ｃ ０ ５ ４实现电机控制带来 了极大的方便。
阀的状态 等。（ ） ２ 室外单 片 机根 据室 内单 片机 传来 的控 制信
图 １ 变频 空调控 制系统框 图
在图 １ 所示的变频 空调 电控系 统 中， 内、 室 室外 主控制 板 的控 制核心都选用 了德 国西门 子 （ ＩＭＥ Ｓ 公 司生 产的专 用于 变 ＳＥ Ｎ ） 频调速控制的 ８位 微控 制器 Ｃ ｏ 。之所 以选 择 ｃ ｏ ， 由于 ５４ ５４ 是 它在结构 、 指令 和原理方 面与标 准的 ８ Ｃ １系列单 片机完全兼 ０５ 容， 它有特 殊的 ３对 Ｐ ＷＭ 波产生单元 ， 因此 ， 需像其 它单片 无
２ 控制流程 ．主
以及检测到的短路 、 电压 、 压等故 障的 故障信 息 ， 时采取 过 欠 及
适 当的保护措施 。 以保障变频空调的安全运行 。
目前在变频空调 上采用 的变频 压缩 机 按基 变频原 理来 分
有交流变频和直流变频两种 开式 。用 ｃ ｏ ５ ４单片机 只要用不 同
［ 收稿 日期 】 ２ １ ０— ５ ００—１ ２ ［ 作者简 介】 蔡书华 （９２ ，男 ， １６ 一） 湖北孝 感人 ，长沙 民政职业技 术学院电子信息工程系副教授。研究方 向 ： 制冷与控
变频空调控制系统原理PPT课件
由于无刷直流电动机与传统的直流电机
Ｗ
无论是结构还是调速性能都有很多
相似之处，所以人们习惯把这种
永久磁铁 转子
电机称为无刷直流电机。
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线圈绕组 U 定子
位置传感 器
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5.直流变频空调器原理
• 无刷直流电机在运行时，必须实时检测出转子的位置， 从而进行相应的驱动控制，以驱动电机换相，保证电 机平稳地运行。
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5.直流变频空调器的优点
• 运行效率高 • 调速性能好 • 转速范围宽 • 转矩大 • 噪音低 • 能效比高（与交流相比较）
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6.变频空调主要元器件
• 变频模块
变频模块是实现由直流电转变为交流电从而驱动压缩 机运转的关键器件，又称为IPM（Intelligent Power Module）模块。它是一种智能的功率模块，它将6个 IGBT管连同其驱动电路和多种保护电路封装在一起， 从而简化了设计，提高了整个系统的可靠性。从其驱 动电路使用的电源数目又可分为单电源与四电源两种。 主要厂家：日本三菱、三洋、东芝
• 要改变频率f的大小，电机定子电压U必须随之同时发生变化，即 在 变 频 的 同 时 也 要 变 压 。 这 种 调 节 转 速 的 方 法 称 为 VVVF
（Vairble Voltage Varibe Frequency），简称为V/F变频控制。
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4.交流变频空调器原理
V-F曲线示意图：
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4.交流变频空调器原理
• 异步电动机在运行时,产生的感应电动势为：E=4.44kfNФ （k—电机绕组系数；N—每相定子绕组匝数；Ф—每极磁通）。
美的变频空调电控基本原理及空调基本知识
contents
目录
• 美的变频空调简介 • 空调基本知识 • 美的变频空调电控基本原理 • 美的变频空调与其他空调的比较 • 美的变频空调的未来发展
01 美的变频空调简介
美的变频空调的特点
高效节能
舒适度高
美的变频空调采用先进的变频技术，能够 根据室内温度变化调整压缩机转速，实现 更加精准的温度控制，从而降低能耗。
定频空调的运行频率是固定的，无论负载大小，都会以同样 的频率运行，因此能耗相对较高。尤其是在低负载情况下， 定频空调往往会出现过度制冷或制热的情况，进一步增加能 耗。
舒适度比较
美的变频空调
由于变频技术可以根据室内温度变化调整运行频率，使得室内温度波动较小，提高了舒适度。此外，美的变频空 调还具备自动除湿、智能送风等功能，进一步提升了使用舒适度。
02
03
04
20世纪80年代
美的开始研发变频技术，推出 第一代变频空调。
20世纪90年代
美的推出第二代变频空调，采 用数字化控制技术，提高了控
制精度和舒适度。
21世纪初
美的推出第三代变频空调，采 用智能控制技术，实现了更加
智能化的控制。
近年来
美的推出第四代变频空调，采 用物联网技术，实现了远程控
制和智能化管理。
02 空调基本知识
空调的工作原理
制冷循环
控制系统
空调通过制冷循环，利用制冷剂在蒸发器和 冷凝器之间循环，将室内热量吸收并排放到 室外，从而达到降低室内温度的目的。
空调的控制系统包括温度传感器、控制 器、执行器等，用于监测室内温度、控 制制冷剂流量、调节风扇转速等。
空气处理
空调通过风扇吸入室内空气，经过蒸发器冷 却后，再通过加热器加热，通过送风口将处 理后的空气送回室内，以调节室内温度和湿 度。
美的变频空调电控基本原理及空调基本知识
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第一部分 第二部分
目录
变频空调电控基本原理 变频电控主要器件功能介绍
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第一部分 第二部分
目录
变频空调电控基本原理 变频电控主要器件功能介绍
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第一部分 变频空调电控基本原理
一、变频空调与定频空调差异 1、压缩机不同 定速空调器的压缩机运行频率不可变。( 50Hz) 变频空调器的压缩机运行频率可以变化。 ( 10Hz~140Hz)
反馈回路
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十三、控制芯片
第二部分 变频电控主要器件功能介绍
控制芯片，主要功能为有 室内外通讯，与驱动芯片 通讯，室外的控制信号 （温度采样，风机控制等）
参数程序，储存控制芯 片参数
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第二部分 变频电控主要器件功能介绍
十四、驱动芯片
程序E方，用于开发调试阶段存放程序，这个是驱动 IC使用可重复烧写型芯片
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十六、 IPM模块：
第二部分 变频电控主要器件功能介绍
这里是卧式 安装的模块
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第二部分 变频电控主要器件功能介绍
变频IPM模块保护：
UVW压缩机三相输入，如果没接好线会报P4保护
模块启动电路，如果 有问题，模块启动不
了，报P0保护
压缩机驱动网络，
如果有虚焊连焊 会包P43缺相保
压缩机正常插线方式
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第二部分 变频电控主要器件功能介绍 十、整流电路、PFC电路
IRMCF341集成电路应用硬件设计指引
IRMCF341集成电路应用硬件设计指引本标准旨在规范家用变频空调室外电控IRMCF341[或IRMCK341(OTP)]集成电路的应用硬件设计。
涉及到的内容包括硬件基本原理、器件参数计算选择、相关技术要求和实际使用中的问题。
本标准适用于家用空调国内事业部变频空调的控制器电路的设计。
在设计过程中，需要参考下列文件：GB/T 2421-1999电工电子产品环境试验第1部分：总则、GB/T 2423.22-2002电工电子产品基本环境试验规程试验N：温度变化试验方法、GB 4706.1-2005家用和类似用途电器的安全第一部分：通用要求、GB 4706.32-2004家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求、QMN-J29.001空调器电子控制器（原标准号02.008）和QMN-J33.018空调电子控制器电磁兼容设计指引（原标准号03.026）。
IRMCF341[或IRMCK341(OTP)]集成电路是XXX生产的用于无刷直流电动机正弦波驱动的芯片。
IRMCF341与IRMCK341(OTP)的区别在于：IRMCF341是FLASH芯片，需要24LC256和24C04两个EEPROM存储驱动芯片IRMCF341的程序和压缩机驱动相关参数；IRMCK341为OTP芯片，内置存储器，可供写入主程序，只需要一个存储压缩机驱动参数的24C04EEPROM。
目前，我司大部分直流变频空调器室外驱动方案为IR正弦波驱动，即使用IRMCF341[或IRMCK341(OTP)]集成电路对直流压缩机进行正弦波驱动。
为提高产品的可靠性，需要对IRMCF341[或IRMCK341(OTP)]集成电路应用的硬件电路进行规范。
在电路设计方面，需要考虑电路原理图和电路分析。
1.图一展示了一个电路，其中R1采用1M的贴片电阻，C1和C2采用20pF的贴片电容，应尽可能靠近晶振。
晶振选择4M，也应尽可能靠近集成电路。
浅谈变频空调电控系统开发与设计
浅谈变频空调电控系统开发与设计发表时间：2017-11-20T15:50:41.150Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第16期作者：赵丽芬[导读] 空调作为一种重要的电器，在人们的生产和生活中都有非常重要的作用，对于空调的设计来说具有更高的要求。
TCL空调器（中山）有限公司 528427 摘要：空调作为一种重要的电器，在人们的生产和生活中都有非常重要的作用，对于空调的设计来说具有更高的要求。
在空调中的各项设计中，电控系统的设计是控制空调的核心，了解和提高变频空调的电控系统的设计与开发，能更好地用于人们的生产和生活中。
关键词：变频空调；电控系统；设计引言为了使变频空调更加安全可靠的为人们的日常生活提供舒适环境的保证，满足人们对高品质生活的需求，对于变频空调的设计有了更高的要求，需要从不同的方面注重变频空调电控系统设计，加强对专业控制理论及相关方法的合理运用，明确该电气控制系统设计要点，能确保变频空调能够长期处于低功耗、高效率的工作状态。
1变频空调工作的原理与特点 1.1变频空调工作的基本原理变频空调则是通过一个变频逆变电路来改变压缩机的转速，通过PWM控制技术实现变频变压，在变频的同时协调地改变电机的端电压，通过控制压缩机的转速从而调节压缩机的吸气量来调节制冷量。
空调刚启动时，由于房间冷负荷较大，空调压缩机电机以高频率快速运行，让空调的制冷能力达到最大，使房间温度能在最短时间内降下来；当房间冷负荷变小时，压缩机运行频率能随之降低，减少空调的制冷量，而不用整个空调停机来实现制冷量调节，减少了空调的起停次数及温度波动。
1.2 变频空调工作的特点变频空调可以根据环境的温度变化自动选择制冷、制热和除湿等功能，让房间在短时间内达到用户所需要的温度。
因此，变频空调具有多种特点，具体分析如下。
（1）当变频空调刚启动时，其运转频率最大，通常超过130HZ，同时在这个时候，变频空调的制冷和制热速度最快，能够在最短的时间内让房间温度达到用户所需的温度。
变频空调控制系统设计机电一体化课程设计
目录1 空调器的发展和基本分类 (2)2 变频空调器的结构框图 (2)3变频空调器制冷制热的工作原理 (2)4 变频空调器的总体结构设计 (3)4.1硬件单元电路的设计 (3)4.2电源电路的设计 (3)4.3步进电机的控制电路的设计 (5)4.4各部分硬件的设计 (7)5 变频空调器的控制系统设计 (9)5.1 风机的控制电路 (9)5.2 变频空调模型分析 (11)5.2.1模型分析 (11)5.2.2 MATLAB仿真 (12)5.2.3仿真结果 (12)6 软件流程图和主程序 (12)6.1系统程序流程图 (12)6.1.1主程序设计 (12)6.1.2 路温度采集程序设计 (13)6.1.3 显示部分程序设计 (14)6.1.4 风摆电机控制程序 (14)1 空调器的发展和基本分类随着近年来我国人民生活水平的提高，空调越来越多的进入到普通家庭。
而定速空调与变频空调相比，存在高能耗，低效，温度波动大，舒适感较差等缺点。
本次变频空调的设计可以减小房间温度的波动，使人感觉到舒适，同时又能省电节能，而且使空调的控制功能增强，控制设计人性化，这就为空调控制器的设计提出了更高的要求。
设计提出以后就有了对变频空调的控制要求。
按季节来分：夏季温度较高，湿度较大，空调器可以降温和减湿。
冬季气温较低而且干燥，空调器可以升温和加湿。
本次设计是结合普通实物空调，在分析了其电气控制系统的基础上，针对普通空调的缺点，在充分考虑系统安全性与可靠性的基础上，对变频空调进行设计开发2 变频空调器的结构框图根据任务书可知，该系统需要人机界面（按键输入LCD1602显示），AD采样，以及单片机控制部分等模块，并且可以得到以下硬件系统框图图3硬件系统框图3变频空调器制冷制热的工作原理变频空调与普通空调或称定转速空调的主要区别是前者增加了变频器。
变频空调的微电脑随时收集室内环境的有关信息与内部的设定值比较，经运算处理输出控制信号。
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变频空调电控系统的设计
摘要：介绍空调变频器的SPWM原理，并以西门子专用单片机C504构成的电控系统为例，说明变频空调器电控系统的基本结构、实现方法及关键技术。
Abstract: This paper introduces the principle of air－ conditioner transducer′ s SPWM and explains its electronic－ controlled system′ s basic structure, implementing method and pivotal technique by a electronic－ controlled system being made of single－ chip C504, produced by SIEMENS .
关键词：专用单片机SPWM变频
Keywords: Special single－ chip， SPWM， Frequency conversion
1引言
空调系统目前已经广泛地应用于生产、生活中。
随着能源的日趋减少，大气污染愈加严重，节能已是1个不容忽视的问题。
众所周知，变频空调是1种集节能、舒适、静噪于一体的新型产品，它刚一问世，就显示出强大的生命力，可以预料，下世纪的空调将会以更快的步伐实现变频化。
变频空调结构。
图1变频空调电控系统示意
图2C504内部结构图
其中室内部分接收遥控器送来的控制信息，并根据室内空气温度、热交换器温度以及室外机送来的状态信息，经过模糊推理，向室外机送出控制信息，包括：变频压缩机运行频率、四通阀状态等。
室外机根据室内机送来的控制信息，产生SPWM波形，驱动压缩机在相应的频率上运转。
在运转控制过程中，随着室外温度的不同、压缩机排气温度的变化以及发热器件温度的变化自动调整运行频率，使压缩机始终处于最佳运行状态。
同时室外机还不断检测电流、电压的变化，检测短路、过电压、欠压等故障的发生，及时采取保护措施，以保障控制系统的良好运行。
研制的新型变频空调电控系统中，室内机、室外机的各种控制功能都是由SIEMENS公司生产的专用单片机C504完成的。
该类单片机除了一般单片机的通用功能外，还有1个专门用来驱动三相交流变频压缩机和无刷无传感器的直流压缩机的CCU单元，功能强大，性能好，编程方便。
2C504中CCU工作原理
一般变频空调压缩机分三相交流变频和直流变频两种。
C504单片机对这两种类型的压缩机都可以驱动，仅仅是编程方法不同而已。
图2为C504内部结构框图。
图中可看出C504由CPU,CCU及异步通信等3部分组成，其中CPU部分和8051完全兼容。
CCU部分是其最有特色的独立单元，它包括有独立的定时器、比较器、分频器和寄存器等，可脱离CPU独立工作，其目的是产生频率可变的三相正弦交流电。
2.1周期和偏置量的计算
假设脉宽调制频率为20kHz，即fPWM=20kHz，这就意味着fPWM的比较定时器1每隔50μs 产生一次中断，在其中断服务程序中形成新的脉冲宽度值，存入比较寄存器之中。
由于依时间而变的脉冲序列的脉宽要符合正弦波形的要求，因此实时计算脉宽是不可能的。
最通用的方法是在内存建立一个正弦表，在中断服务程序执行过程中周期地读出，送到比较寄存器中，以便形成SPWM波形。
在设计中，我们把确定PWM周期的比较定时器1设置成模式1状态，即所
图3一组PWM波形（带死区）形成原理
谓双边调制状态。
这时定时器1正向计数满后，立即反向计数，下溢出后提出中断请求。
因之置入定时器1的值N可按下式计算（假设fOSC=40MHz，fPWM=20kHz）；
N=fOSC/(预分频数×fPWM×2)
=40MHz/(4×20kHz×2)=250
式中预分频数是为满足不同频率而设置的。
计算得到的N值送入周期寄存器，就可以达到fPWM=20kHz的目的。
死区时间计算的方法如下：由于fOSC/预分频数=0.1μs，假设需要1μs死区时间时，则需偏移量为：
偏移量=(死区时间×fOSC)/预分频数
=(1μs×40MHz)/4=10
2.2正弦波形成原理
CCU的PWM有单边调制和双边调制两种，通过初始化设置，可以任意选择。
本文只讨论谐波量比较小的双边调制。
三相SPWM波形的产生，是由软件配合CCU内部复杂的硬件结构确定的。
脉冲宽度取决于SPWM比较寄存器所存储数据值的大小，这6个寄存器（均为16位）共分3组，分别定义为CCL0,CCH0,CCL1,CCH1,CCL2,CCH2，而且3组相互独立。
在每个SPWM周期之前，都由CPU经过正弦表查得，并存入这些寄存器中。
若内部定时器1的计数值超过寄存器的值，则对应的输出端口被触发，从而输出1组极性相反的PWM矩形波（其占空比取决于比较器中的值），见图3。
每次内部定时器反向计数结束时，产生下溢中断请求，开始新1个PWM 周期，并在中断服务程序中产生相应参数。
上下桥臂之间的死区的大小，由信号的偏移量决定，该值存于偏置量寄存器中，定义为CT10FX，1个桥臂的驱动波形形成过程，一旦周期值（输入到比较定时器1中）、偏移量、3个比较器的值已经输入，当专门用于对比较器定时的内部定时器1被激活后，CCU在没有CPU干预的情况下，独立运行，产生3组独立的PWM脉冲，脉冲宽度值依据置入比较器的值而定。
图4正弦波电流的形成
对于三相变频压缩机来说，必须供给三相正弦波电流。
C504的CPU必须向CCU比较寄存器周期地送入三组不同的数据。
这些数据来自内部设置的正弦表。
每次送数的周期就是PWM 周期，由定时器1溢出时间决定，若干个不同脉宽的脉冲组成的脉冲链就可以形成1个正弦波周期，。
显然，输出交流电周期是由PWM周期和脉冲的变化规律决定的。
3电机驱动部分的基本硬件结构
对于空调电控系统，不论室内机、室外机，都必须具备电机驱动的功能。
特别是新型变频空调，为了达到静噪效果，室内风机往往采用直流无刷电机型。
因此，室内机、室外机设计的重点仍是不同类型变频调速电机驱动的设计。
图5给出了基本的电机驱动原理框图。
图5电机驱动原理框图
图5（a）给出了一般三相异步电机驱动框图，全桥的三组桥臂分别由CCO,COUTO;CC1,COUT1;CC2、COUT2驱动，电流值由传感器检测，送至C504的A/D转换单元进行测试。
图5（b）,（c）为直流无刷电机的驱动方式，其中图5（b）为内置传感器型的，而图5（c）为无内置传感器，而采用增量位置解码方式工作的。
图6BPK－II型变频空调电控系统室外机驱动部分
4变频空调室外机驱动部分的设计
图6所示为我们研究的BPK－II型变频空调电控系统室外机驱动部分的电原理图。
从图中，可看出驱动部分共分3大部分：整流部分、逆变部分和控制部分。
其中整流部分包括交流滤波、尖峰吸收、电流检测、整流、滤波等电路。
逆变部分包括IPM模块（PM20CTM060）、工作电源部分、光电隔离部分、驱动部分。
控制部分主要由C504构成。
C504根据室内机送来的控制信息，以及压缩机温度、室外温度和热交换器的温度，选择恰当的运行频率和有关控制信息，通过CPU送入CCU相应的寄存器和定时器1，并起动定时器1，使SPWM脉冲串通过CCO，COUTO；CC1，COUT1；CC2、COUT2输出，经74AC04驱动电路，驱动光耦PS2501，最后送入IPM模块，产生三相正弦波，驱动压缩机电机运转。
在驱动部分中，能对交流电电压、电流进行检测，并进行过、欠压、过流保护，同时能根据压缩机温度、热交换器温度和室外温度的变化，调整运行频率，使压缩机脱离危险运行区，避免故障关机的发生。
当压缩机运行在危险状态时，如严重过流、压缩机过热（超过120℃）时，能迅速关机，保护系统的安全。
PM20CTM060是IPM模块，具有完备的内部保护措施，一旦进入故障状态，F0输出低电平，除关闭外部5V电源外，还通过C504⑨脚通知CPU进入故障状态。
5结语
对于目前通用型分体变频空调控制系统，用C504作为室内机、室外机控制芯片，不但可以满足功能的需要，而且从可靠性上得到了提高。
该芯片适应温度范围广，其中SAB－C504，TA：0℃～70℃；SAF－C504，TA：－40℃～85℃；SAH－C504，TA：－40℃～110℃；SAK－C504，TA：－40℃～125℃。
其工作频率有12MHz，24MHz和40MHz3种。
因此，在IPM模块斩波频率和发热允许的情况下，可以使fPWM大于10kHz以上，适应范围较宽。
如果要开发“一拖多”分体机，可以使用同类型的C508作为控制芯片。