尹燕濤

摘要：隨著生活質(zhì)量的改善，家用空調(diào)幾乎逐漸成為眾多家庭或單位中的必需品，人們不再僅僅滿足于空調(diào)的制熱和制冷功能，而是要求更加舒適的功能，這就使得變頻空調(diào)得到迅猛發(fā)展。由于變頻空調(diào)采用的是一種實時控制方式，通過電氣控制系統(tǒng)對所檢測到的空氣參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，為人們提供一個高效節(jié)能且舒適的空間，正因如此，更使得變頻空調(diào)受到社會各界人士的強(qiáng)烈追捧。而本文主要對變頻空調(diào)電氣控制系統(tǒng)的原理進(jìn)行了詳細(xì)的探究。

關(guān)鍵詞：變頻空調(diào)；電氣控制系統(tǒng)原理；無刷直流電機(jī)；轉(zhuǎn)子位置檢測

1.變頻空調(diào)工作的特點

變頻空調(diào)可以根據(jù)環(huán)境的溫度變化自動選擇制冷、制熱和除濕等功能，讓房間在短時間

內(nèi)達(dá)到用戶所需要的溫度。因此，變頻空調(diào)具有多種特點，具體分析如下。

（1）當(dāng)變頻空調(diào)剛啟動時，其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率最大，通常超過130HZ，同時在這個時候，變頻空調(diào)的制冷和制熱速度最快，能夠在最短的時間內(nèi)讓房間溫度達(dá)到用戶所需的溫度。

（2）變頻空調(diào)不需要進(jìn)行頻繁的開關(guān)機(jī)，由于變頻空調(diào)在很大部分時間內(nèi)都是進(jìn)行低頻段運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，整機(jī)的噪音較低。

（3）當(dāng)變頻空調(diào)在開機(jī)半小時之后，就可以自動轉(zhuǎn)入節(jié)能運(yùn)行。如果在夜間使用節(jié)能功能時，應(yīng)在低頻下運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣才能使能效達(dá)到最高，更能起到節(jié)能省電的作用。

（4）當(dāng)變頻空調(diào)在剛啟動時能夠以高速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，但它并非一直以高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，當(dāng)室溫達(dá)到所設(shè)定的溫度時，就會自動轉(zhuǎn)為低頻進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)工作，因此，變頻空調(diào)對于溫度的控制比較精確。

（5）通常情況下，一旦室溫低于8℃，空調(diào)器便不能正常運(yùn)行，而變頻空調(diào)便不是如此，它能夠在室溫低于-15℃時依然能夠制熱運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了變頻空調(diào)超低溫運(yùn)行功能。

（6）由于變頻空調(diào)在進(jìn)行控制室溫的過程中，主要以低頻運(yùn)轉(zhuǎn)為主，又加之開關(guān)機(jī)比較少，對變頻空調(diào)產(chǎn)生的損害較小，同時壓縮機(jī)和空調(diào)的整個系統(tǒng)運(yùn)行的比較穩(wěn)定，基于這些原因，變頻空調(diào)的使用壽命要比普通的空調(diào)長，且對電網(wǎng)造成的沖擊比較小，從而保證了家用其他電器的安全。

2.變頻空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及電氣控制系統(tǒng)原理

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

變頻空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。在分體式的變頻空調(diào)中，其運(yùn)轉(zhuǎn)部件主要由室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)扇以及壓縮機(jī)組成，主要將空調(diào)器內(nèi)部產(chǎn)生的冷、熱空氣帶到房間內(nèi)的不同區(qū)域，最終讓室溫在短時間內(nèi)達(dá)到用戶所需要的溫度。對于溫度的設(shè)定及其他空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)功能等，都是利用紅外線遙控器和室內(nèi)機(jī)控制板上的紅外線接收器，來對變頻空調(diào)的各項功能進(jìn)行控制，將控制指令發(fā)送到室內(nèi)機(jī)控制板上的單片機(jī)中。而實現(xiàn)對風(fēng)扇電機(jī)和風(fēng)門電機(jī)的控制主要是利用匯編指令和溫度傳感器的狀態(tài)進(jìn)行實施控制過程的，因此，變頻式空調(diào)器電氣控制系統(tǒng)具有高效率、低噪音，且體積較小，質(zhì)量較輕的特點，最終實現(xiàn)對溫度的精確控制功能。

2.2 電氣控制系統(tǒng)原理

（1）直流變頻概念。我們把采用無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)的空調(diào)器稱為“直流變頻空調(diào)”從概念上來說是不確切的，因為我們都知道直流電是沒有頻率的，也就談不上變頻，但人們已經(jīng)形成了習(xí)慣，對于采用無刷直流壓縮機(jī)的空調(diào)器就稱之為直流變頻空調(diào)。

（2）無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)與普通的交流電機(jī)或有刷直流電機(jī)的最大區(qū)別在于其轉(zhuǎn)子是由稀土材料的永久磁鋼構(gòu)成，定子采用整距集中繞組，簡單地說來，就是把普通直流電機(jī)由永久磁鐵組成的定子變成轉(zhuǎn)子，把普通直流電機(jī)需要換向器和電刷提供電源的線圈繞組轉(zhuǎn)子變成定子。這樣，就可以省掉普通直流電機(jī)所必須的電刷，而且其調(diào)速性能與普通的直流電動機(jī)相似，所以把這種電機(jī)稱為無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)既克服了傳統(tǒng)的直流電機(jī)的一些缺陷，如電磁干擾、噪聲、火花可靠性差、壽命短，又具有交流電機(jī)所不具有的一些優(yōu)點，如運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好、無渦流損失。所以，直流變頻空調(diào)相對與交流變頻空調(diào)而言，具有更大的節(jié)能優(yōu)勢。

（3）轉(zhuǎn)子位置檢測。由于無刷直流電機(jī)在運(yùn)行時，必須實時檢測出永磁轉(zhuǎn)子的位置，從而進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動控制，以驅(qū)動電機(jī)換相，才能保證電機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行。實現(xiàn)無刷直流電機(jī)位置檢測通常有兩種方法，一是利用電機(jī)內(nèi)部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；二是檢測出無刷直流電機(jī)相電壓，利用相電壓的采樣信號進(jìn)行運(yùn)算后得出。

（4）變頻驅(qū)動模塊。這一部分指的是完成直流到交流的逆變過程，用于驅(qū)動變頻壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的逆變橋及其周圍電路。變頻空調(diào)上通常采用6個IGBT構(gòu)成上下橋式驅(qū)動電路。在實際應(yīng)用中，多采用IPM（IntelligentPower Module）模塊加上周圍的電路（如開關(guān)電源電路）組成。IPM是一種智能的功率模塊，它將IGBT連同其驅(qū)動電路和多種保護(hù)電路封裝在同一模塊內(nèi)，從而簡化了設(shè)計，提高了整個系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)在變頻空調(diào)常用的IPM模塊有日本三菱的PM系列及日本新電元的TM系列（內(nèi)置開關(guān)電源電路）。

（5）通訊電路。從主機(jī)（室內(nèi)機(jī)）發(fā)送信號到室外機(jī)是在收到室外機(jī)狀態(tài)信號處理完50毫秒之后進(jìn)行，副機(jī)同樣等收到主機(jī)（室內(nèi)機(jī)）發(fā)送信號處理完50毫秒之后進(jìn)行，通訊以室內(nèi)機(jī)為主，正常情況主機(jī)發(fā)送完之后等待接收，如500毫秒仍未接收到信號則再發(fā)送當(dāng)前的命令，如果1分鐘內(nèi)未收到對方的應(yīng)答（或應(yīng)答錯誤），則出錯報警；同時發(fā)送信息命令給室外，以室外機(jī)為副機(jī)，室外機(jī)未接收到室內(nèi)機(jī)的信號時，則一直等待，不發(fā)送信號。由于空調(diào)室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)的距離比較遠(yuǎn)，因此兩個芯片之間的通信（+5V信號）不能直接相連，中間必須增加驅(qū)動電路，以增強(qiáng)通信信號（增加到+24V），抵抗外界的干擾。

（6）電源的濾波及保護(hù)。該部分主要的功能是吸收電網(wǎng)中各種干擾，并抑制電控器本身對電網(wǎng)的電磁串?dāng)_，以及過壓保護(hù)及防雷擊保護(hù)。

3.結(jié)語

綜上所述，了解了變頻空調(diào)的特點和電氣控制系統(tǒng)的原理，才能更好的評估及測試變頻空調(diào)，從而使變頻空調(diào)更加安全可靠的為人們的日常生活提供舒適環(huán)境的保證，滿足人們對高品質(zhì)生活的需求。

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