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本文目录

• 什么叫变频空调
• BLDC电机是如何旋转的 ,究竟有哪些优势

什么叫变频空调

变频空调控制系统原理：

变频空调器与定频空调器的区别：

压缩机不同：

定频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— 25Hz~120Hz。

控制器不同：变频空调器的控制器远比定频空调器复杂。

输出能力不同：

在一个工况下定频机只有一个能力输出；

变频机的输出能力可以随工况的变化而调整。

变频空调器的原理：

变频控制器简单原理框图

交流变频空调器原理：

交流变频依据原理：n=60f(1-s)/p

n—压缩机转速，f—压缩机供电频率， p—电机极对数，s—转差率；

所有的交流异步电动机都满足以上这个公式，交流变频压缩机也同样如此。简单的来说，交流变频是通过改变压缩机的供电频率f，这样，在p与s不变的情况下，压缩机运转速度就会跟随频率的变化而变化。

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）。

由于定子阻抗上的压降很小，可以忽略，可以认为：U=E=4.44kfNФ。

实际运行过程中，通常希望保持Ф不变。因为Ф的增加，将导致铁心的饱和，进而引起励磁电流的上升，使得铁损急剧增加。而Ф减小，则铁心未得到充分的利用，使得输出转矩下降。

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。

V-F曲线示意图：

a-压缩机厂给出的V-F曲线

b-经过适当补偿的V-F曲线

交－直－交变频器根据VVVF调制技术不同，分为PAM和PWM两种。

PAM是把VV和VF分开完成的，称为脉冲幅值调制（Pulse Amplitude Modulation）方式，简称PAM方式。

PWM是将VV与VF集中于逆变器一起来完成的，称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）方式，简称PWM方式。

目前变频空调基本使用PWM方式。

PWM示意图

直流变频空调器原理：

从整机形式上看，直流变频可分为全直流变频与部分直流变频。

全直流变频是指压缩机、室内外风机均使用直流无刷电机，部分直流指只有压缩机使用直流无刷电机。

直流变频名称的由来：

家用电器上，直流变频最常用（也是一直以来都在使用）的是无刷直流电机，为了把这种变频与交流变频进行区别，人们习惯上把使用了无刷直流电机的变频家电称为直流变频家电。

和电子膨胀阀、无氟空调一样，直流变频是一个约定俗成的词语，这种命名方法有一定的误导性。

所以，直流变频并不是说压缩机是直流电供电，它的转化方式上与交流变频一样，都是采用交-直-交的方式。供给压缩机的电压还是交流的信号。这种电机实际也是一种交流电动机。

直流变频电动机的基本结构：

用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，用具有多相绕组的定子取代电枢，用位置传感器及控制器组成的电子换向器取代传统的机械换向器和电刷。这样，就得到了无刷直流电动机。

由于无刷直流电动机与传统的直流电机。

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；电机称为无刷直流电机。

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。

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。

由于压缩机电机无法安装位置传感器，所以直流变频空调的压缩机都采用后一种方法进行电机换相。

直流变频所用电机学术上称为“自控式永磁同步电动机”属于交流电动机范畴。

自控式永磁同步电动机根据定子绕组的不同主要分为两大类，方波型永磁同步电动机与正弦波型永磁同步电动机；

方波型永磁同步电动机也称为无刷直流电动机（Brushless DC Motor—BLDCM ），绕组一般为分布式，反电动势为梯形波，驱动方式为120度方波；

正弦波型永磁同步电动机也称为永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor—PMSM），绕组一般为集中式，反电动势为正弦波，驱动方式为180度正弦波；

方波型与正弦波型永磁同步电动机对比：

无刷直流电机反电动势和电流波形（一相）：

无刷直流电机实际电流波形（一相）：

根据转子结构形式的不同，直流变频的电机可以分为IPM与SPM两种。

SPM表面型磁极(Surface Permanent Magnetic)：将永久磁铁配置于转子表面；

IPM表面型磁极(Interior Permanent Magnetic)：将永久磁铁嵌入于转子内部；

从电机效率上看，压缩机采用IPM型比SPM型要高；

这两种电机形式对电控驱动没有影响。

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。

变频模块（IPM）内部简图：

注：三菱PM系列模块内置保护：过流、过压、欠压、短路、过热。

室外主控芯片：变频空调的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。

整流桥堆：完成电源由交流到直流的转换（220V交流变为310V直流）， 目前使用型号T25VB60（25A/600V），T15VB60（25A/600V）；

室外电控盒中另外一个整流桥堆不做整流用，而是用做一对二极管，配合电抗器，用以提高整机功率因素。

大电抗器：变频空调室外控制器一般都有大电抗器，目的是为了提高整机的功率因素及通过谐波电流测试。为了符合3C标准，通过谐波电流测试，我们在分体机上采用了两个电抗器的无源功率因素矫正方法。与日本厂家的有源方式相比，降低了成本，提高了可靠性。

滤波器：为了通过EMC测试的干扰功率及干扰电压测试而采用的一种一体化滤波器件。

大直流滤波电容：电解电容，用做直流电源滤波，视功率不同，每套控制器使用3-6个（560uf/个）。

放电管：用以防止室外造受雷击，而损坏电控。目前使用放电管参数为3600V。

光耦：用于芯片到模块间驱动信号的传送及隔离，另外在室内外通讯上也使用。室外控制板一共使用了9个光耦器件。

BLDC电机是如何旋转的 ,究竟有哪些优势

BLDC是直流无刷电机，与之相对的是直流有刷电机，两者最大的区别就是一个有电刷，一个没有电刷。电刷的作用是换相。直流无刷电机BLDC是怎么旋转的，下面通过和有刷电机的旋转通过对比介绍一下。

直流有刷电机是如何旋转的

直流有刷电机由定子、转子、换向器和电刷构成。其定子上有固定的磁极，在其转子上有铁芯和线圈，线圈的两端与换向器相连。其旋转原理如下：

当线圈中通过电流后，会产生磁场，该磁场被定子的磁极所驱动，同极性相互排斥，异极性相互吸引，如果持续改变线圈中电流的方向的话，那么转子所感应出磁场的磁极也会持续发生变化，那么转子就会在磁场的作用下一直转动，而线圈中电流方向的改变可以通过电刷和换向器来实现。直流有刷电机的旋转原理如下图所示。

直流无刷电机BLDC是如何旋转的

直流无刷电机BLDC是由定子和转子构成的，而转子本身就是永磁体，定子上则装有铁芯和线圈，没有了换向器和电刷。在给线圈通电后，线圈会产生磁场，该磁场与转子的磁体相互作用，同极性排斥异极性吸引，只要按照顺序改变线圈的通电次序就可以实现转子的持续转动。BLDC的结构如下图所示。

以前在作BLDC电机驱动时，做过BLDC电驱的硬件电路设计和程序设计，以三相BLDC为例，具体介绍其旋转原理。三相BLDC电机的三相分别为U,V,W，与之相对应的是三个定子上的线圈，三相电机在工作时需要通过6个节拍来改变线圈电流，这六个节拍其实就是每相线圈的通电顺序。其中一个六节拍如下：

UW’→VW’→VU’→WU’→WV’→UV’。示意图如下图所示。而每次转子的位置是通过霍尔信号来确定的。

直流无刷电机BLDC的优势

与直流有刷电机相比，BLDC的优势如下：

1.由于BLDC没有了电刷和换向器，所以不存在电刷磨损的问题，大大提高了BLDC电机的使用寿命，寿命更长、不需要电刷的更换或者维护；

2.直流有刷电机电刷摩擦会发出比较大的噪音，而且会产生火花。而BLDC与之相比噪音更小也没有火花更安全；

除此之外，BLDC还有其他的优点，欢迎您来留言讨论。

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