前沿拓展：

變頻空調器與定速空調器的區別：

1）壓縮機不同：

定速空調器的壓縮機運行頻率不可變。E.g. 50Hz

變頻空調器的壓縮機運行頻率可以變化。E.g. 30Hz~120Hz。

2）控制器不同：

變頻空調器的控制器遠比定速空調器復雜。

3）輸出能力不同：

在一個工況下定速機只有一個能力輸出；變頻機的輸出能力是一個范圍。

4）舒適性不同：

變頻空調器的舒適性比定速空調器的好；可以快速制冷或制熱；溫度波動小。

變頻空調器的原理：

從能量的轉換上可把變頻控制分為交流到交流變頻與交流→直流→交流變頻。

對家用電器的變頻控制而言，不管是交流變頻還是直流變頻都是通過交流→直流→交流的方式來實現變頻運轉的。

要得到可調頻率的交流電，首先要把220V-240V的交流市電整流為直流電，然后再由直流電變為可調頻率的交流電，從而完成變頻的過程，見下頁圖所示：

變頻空調器的分類：

交流變頻空調器，直流變頻空調器。

交流變頻空調器原理：

交流變頻依據原理：n=60f(1-s)/p

n—壓縮機轉速，f—壓縮機供電頻率， p—電機極對數，s—轉差率。

所有的交流異步電動機都滿足以上這個公式，交流變頻壓縮機也同樣如此。簡單的來說，交流變頻是通過改變壓縮機的供電頻率f，這樣，在p與s不變的情況下，壓縮機運轉速度就會跟隨頻率的變化而變化。

異步電動機在運行時,產生的感應電動勢為：E1=4.44kfN1Ф（k—電機繞組系數；N1—每相定子繞組匝數；Ф—每極磁通）。

由于定子阻抗上的壓降很小，可以忽略，可以認為：U1=E1=4.44kfN1Ф。

實際運行過程中，通常希望保持Ф不變。因為Ф的增加，將導致鐵心的飽和，進而引起勵磁電流的上升，使得鐵損急劇增加。而Ф減小，則鐵心未得到充分的利用，使得輸出轉矩下降。

要改變頻率f的大小，電機定子電壓U1必須隨之同時發生變化，即在變頻的同時也要變壓。這種調節轉速的方法稱為VVVF（Vairble Voltage Varibe Frequency），簡稱為V/F變頻控制。

V-F曲線示意圖：

交－直－交變頻器根據VVVF調制技術不同，分為PAM和PWM兩種。

PAM是把VV和VF分開完成的，稱為脈沖幅值調制（Pulse Amplitude Modulation）方式，簡稱PAM方式。

PWM是將VV與VF集中于逆變器一起來完成的，稱為脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation）方式，簡稱PWM方式。

直流變頻空調器原理：

從整機形式上看，直流變頻可分為全直流變頻與部分直流變頻。

全直流變頻是指壓縮機、室內外風機均使用直流無刷電機，部分直流指只有壓縮機使用直流無刷電機。

直流變頻名稱的由來

家用電器上，直流變頻最常用（也是一直以來都在使用）的是無刷直流電機，為了把這種變頻與交流變頻進行區別，人們習慣上把使用了無刷直流電機的變頻家電稱為直流變頻家電。

和電子膨脹閥、無氟空調一樣，直流變頻是一個約定俗成的詞語，這種命名方法有一定的誤導性。

所以，直流變頻并不是說壓縮機是直流電供電，它的轉化方式上與交流變頻一樣，都是采用交-直-交的方式。供給壓縮機的電壓還是交流的信號。這種電機實際也是一種交流電動機。

無刷直流電機與有刷直流電機：

直流變頻電動機的基本結構

用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極，用具有多相繞組的定子取代電樞，用位置傳感器及控制器組成的電子換向器取代傳統的機械換向器和電刷。這樣，就得到了無刷直流電動機。

由于無刷直流電動機與傳統的直流電機，無論是結構還是調速性能都有很多相似之處，所以人們習慣把這種電機稱為無刷直流電機。

無刷直流電機在運行時，必須實時檢測出轉子的位置，從而進行相應的驅動控制，以驅動電機換相，保證電機平穩地運行。

實現無刷直流電機位置檢測通常有兩種方法，一是利用電機內部的位置傳感器（通常為霍爾元件）提供的信號；二是檢測出無刷直流電機相電壓，利用相電壓的采樣信號進行運算后得出。

由于壓縮機電機無法安裝位置傳感器，所以直流變頻空調的壓縮機都采用后一種方法進行電機換相。

直流變頻所用電機學術上稱為“自控式永磁同步電動機”屬于交流電動機范疇。

自控式永磁同步電動機根據定子繞組的不同主要分為兩大類，方波型永磁同步電動機與正弦波型永磁同步電動機。

方波型永磁同步電動機也稱為無刷直流電動機（Brushless DC Motor —BLDCM ），繞組一般為分布式，反電動勢為梯形波，驅動方式為120度方波；

正弦波型永磁同步電動機也稱為永磁同步電動機（Permanent Magnet Synchronous Motor —PMSM），繞組一般為集中式，反電動勢為正弦波，驅動方式為180度正弦波；

方波型與正弦波型永磁同步電動機對比

無刷直流電機反電動勢和電流波形（一相）：

無刷直流電機實際電流波形（一相）：

根據轉子結構形式的不同，直流變頻的電機可以分為IPM與SPM兩種。

SPM表面型磁極(Surface Permanent Magnetic)：將永久磁鐵配置于轉子表面；

IPM表面型磁極(Interior Permanent Magnetic)：將永久磁鐵嵌入于轉子內部；

從電機效率上看，壓縮機采用IPM型比SPM型要高；

這兩種電機形式對電控驅動沒有影響。

變頻空調主要元器件：

變頻模塊是實現由直流電轉變為交流電從而驅動壓縮機運轉的關鍵器件，又稱為IPM（Intelligent Power Module）模塊。它是一種智能的功率模塊，它將6個IGBT管連同其驅動電路和多種保護電路封裝在一起，從而簡化了設計，提高了整個系統的可靠性。從其驅動電路使用的電源數目又可分為單電源與四電源兩種。主要廠家：日本三菱、三洋、東芝等。

變頻模塊（IPM）內部簡圖：

注：三菱PM系列模塊內置保護：過流、過壓、欠壓、短路、過熱。

室外主控芯片：

變頻空調的核心算法及室外控制均由室外芯片完成。目前在交流上使用的是美國TI公司的DSP芯片，且已實現掩膜。DSP即Digital Signal Processor，是數字信號處理器的簡稱，與一般的單片機相比，DSP在運算速度、信號的處理、電機控制方面具有更大的優勢。直流變頻目前在開發階段，采用的是美國AD公司的DSP芯片。

Note：對于廣告宣傳的“使用DSP芯片速度大大可以提高、加快溫度采樣，使室內溫度控制在±0.5℃”的說法是不確切的，因為DSP的運算速度與溫度控制沒有直接關系。

整流橋堆：完成電源由交流到直流的轉換（220V交流變為310V直流）；室外電控盒中另外一個整流橋堆不做整流用，而是用做一對二極管，配合電抗器，用以提高整機功率因素。

大電抗器：變頻空調室外控制器一般都有大電抗器，目的是為了提高整機的功率因素及通過諧波電流測試。為了符合3C標準，通過諧波電流測試，分體機上采用了兩個電抗器的無源功率因素矯正方法。與日本廠家的有源方式相比，降低了成本，提高了可靠性。

濾波器：為了通過EMC測試的干擾功率及干擾電壓測試而采用的一種一體化濾波器件。

大直流濾波電容：電解電容，用做直流電源濾波，視功率不同，每套控制器使用3-6個（560uf/個）。

放電管：用以防止室外造受雷擊，而損壞電控。

光耦：用于芯片到模塊間驅動信號的傳送及隔離，另外在室內外通訊上也使用。室外控制板一共使用了9個光耦器件。

風機變頻器系統機器原理：

變頻器—接線

變頻器—硬件結構及功能：

變速恒頻控制原理：

變速恒頻：轉子的轉速跟蹤風速的變化，定子側恒頻恒壓輸出。

f1—定子電流頻率，與電網頻率相同；

p—電機極對數；

fm—轉子機械頻率，fm=n/60（n為發電機轉子轉速）；

f2—轉子電流頻率；

n小于定子旋轉磁場的同步轉速ns時，處于亞同步運行狀態，上式取正號，此時變流器向發電機轉子提供交流勵磁，發電機由定子發出電能給電網；

n大于ns時，處于超同步運行狀態，上式取負號，此時發電機由定子和轉子發出電能給電網，變流器的能量逆向流動；

n等于ns時，處于同步運行狀態，f2=0，變流器向轉子提供直流勵磁；

因此，當發電機轉速n變化時，即pfm變化，若控制f2相應變化，可使f1保持恒定不變，即與電網頻率保持一致，也就實現了變速恒頻控制。

過電流保護：

過電流—過載和短路兩種情況：

保護措施：

同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。

電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。

變頻器的過電壓—外因過電壓和內因過電壓；

外因過電壓：主要來自雷擊和系統操作過程等外因；

操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起；

雷擊過電壓：由雷擊引起；

內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程；

換相過電壓：晶閘管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。

關斷過電壓：晶閘管關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。

本文來源于互聯網，暖通南社整理編輯。

拓展知識：