变频控制基本原理优秀课件

直流变频压缩机调速原理
直流变频压缩机采用的是直流电动机，其转速方程 为：n = U — Te
KEeg F0 式中：n—电动机实际转速 U—电动机电柜电压，即端电压 KEeg—电动机等效反电势常数 Te—电动机额定电磁转矩 F0—零阻抗电源电动机阻系数
由此可见，直流变频压缩机可以直接通过改变直 流电动机的端电压即能获得理想调速，转速并实行 闭环控制。
，为维持调速时电动机的最大转矩不变，需要
保持恒定磁通，这就要求在改变频率的同时改 变定子端电压。
据此分析，交流变频空调压缩机的异步电动机 理想的调速应该采用恒磁通控制方式，即保持 U1/f1=常数；以充分利用电动机的能力。
事实上，调速时应满足交流变频压缩机给出的 V/f曲线规定要求。如图5所示。
转速实行闭环控制。
V
工作区间
f
图5 交流变频压缩机V/f曲线
N
fe
M 变频调速的机械特性
变频空调主回路模块图
变频空调主回路原理图
对于交流变频压缩机调速，CPU对IPM功率模 块发送的是符合交流变频压缩机V/f曲线要求 的SPWM电压型双极性脉宽调制信号，既变频 又调压。SPWM控制方式的输出电压一相波形 如图7所示。
变频空调的平均能效比高。变频空调无论在制 冷还是制热工况下，能效比EER随频率的降低 而升高；由于压缩机频率随室内热负荷大小而 变化，则压缩机可以长时间工作在低频区，所 以系统的季节能效比SEER高于定速空调。
变频空调压缩机采用低频启动，降低启动电 流，既节能，又能避免空调启动时对电网的冲 击。
据有关试验报告：在长期连续运行中，交流 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ频空调比额定能力相同的定速空调节能17% 以上。
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1、变频空调的特点
舒适
a、变频空调启动时，变频压缩机高速运转，能 使室内快速接近设定温度。
b、变频空调的平均能效比高。变频空调无论在 制冷还是制热工况下，能效比EER随频率的降 低而升高；由于压缩机频率随室内热负荷大小 而变化，则压缩机可以长时间工作在低频区， 所以系统的季节能效比SEER高于定速空调。
7、PG电机调速原理
在普及型变频空调中，室内风扇电机一般都采 用PG电机。PG电机的驱动电路如图13所示， 其各点波形如图14所示。
图13、图14
3、交流变频压缩机调速原理
交流变频压缩机采用的是交流异步感应电机， 其转速方程为： n = 60f1（1-S）=n1（1-S）
P 式中：n—电动机实际转速 n1—定子旋转磁场的同步转速 f1—定子电源频率 S—转差率 P—电动机极对数
由可此以可改见变，电只 动须 机改 的变 转电 速动n此机方的法电称源为频“率变f1频，调就 速”。
c、能在室外超低温（-15℃）的情况下，强制制 热运转。
节能
a、定速空调在压缩机停机时，冷媒回路中的能 量白白地流失，而当压缩机再启动时，为了建 立新的循环又必须补充新的能量。如要使用变 频空调，在大部分的运转时间内，空调发挥的 能力和室内热负荷相当，因此减少了压缩机的 开停次数，属于没有浪费的节能运行。
考虑到三相异步电动机相电压为：
U1≈E1=4.44f1w1Kw1φm
式中：U1—定子相电压，即端电压 E1—定子相电势
的常w量1—定子相绕组总匝数，电动机结构确定
常量Kw1—基波绕组系数，电动机结构确定的
φm—每相气隙磁通
而电动机的电磁转矩为：
而电动机的电磁转矩为：
M= I2CmφmCOSω
式中：M—电动机电磁转矩 Cm—电动机常数 ω—相位角
由此可见，如果电动机端电机U1不变，频率f1 增强时，将使气隙磁通φm减小；由于φm的减 小将导致电动机输出转矩M的下降，使电机的 利用率下降；同时，电机的最大转矩也将下降
，严重会使电动机堵转。相反，如果电动机端 电φm压增U加1 不，变这，将频使率磁f路1 减饱小和时，，励将磁使电气流隙上磁升通， 导致损耗急剧增加。因此，在许多实际应用中
如大功率模块通电状态如图10所示，转子位置 检测电路如图11所示，A相波形如图12所示。
根据该电路，以A相为例分析如下：
A相波表如（A）点，输入后经R101、R104 、C101产生三角波，经C104滤波移相后生产 （B）点波形，相对（A）点滞后90°，同时 B相，C相波形与（B）点波形在运放负端合成 一个三倍频的三角波，如（C）点波形，再把 （B）点与（C）点波形比较后产生（D）点 波形。其中（D）点波形上升前60°导通的三 极管为A+、B-，E点为B-、C-的切换点。 B相 、C相波形相对A相差120°、240°。
对于直流变频压缩机调速，CPU对IPM功率模 块发送的调制信号，可采用PAM脉冲幅值调节 控制，或采用PWM等间隔脉冲占空比调节控 制。PAM控制方式的输出电压一相波形如图8 所示。等间隔PWM控制方式的输出电压一相 波形如图9所示。
6、无位置传感器无刷直流电机 的转子位置控制
为满足高可靠性、低噪声、无机械磨擦的要求 ，在变频空调中，直流变频压缩机的电动机和 直流室内外、风扇的电动机都采用无位置传感 器的无刷直流电机，采用电子换向，其转子位 置信号的检测则是通过间接检测电动机反电势 实现。在电机启动之初，由于没有反电势或反 电势很小，无法实现闭环的频率控制，这时可 以让电机开环地转起来；待电机达到一定转速 后，再进行反电势采样，以其反电势过零信号 作为换向信号，输入CPU，由CPU按此发生 序列的调制信号。
2、变频空调能量调节原理
一定工况下，制冷量与制冷剂质量流量成正比 ，即：Q=g.m 式中：Q—制冷量
g—制冷剂单位质量制冷量 m—制冷剂质量流量
一定工况范围内，制冷剂质量流量又与压缩机 转速具有正比函数关系，即：
m=f（N）
式中：N—压缩机转速
由此可见，通过调节后压缩机的转速就能实现制 冷量的调节，这正是变频空调调节制冷能量的 原理。