直流變頻空調器的工作原理

直流變頻空調器的工作原理!1:綜述
電源220V交流電壓經轉換器變換為直流。逆變器主要功能為實現換向，把直流電壓轉換成任意頻率的有效值相當于三相交流電的脈沖電壓信號;其 常見的結構形式是六個半導體開關元件組成的三相橋式電路(大功率模塊)。逆變器的負荷為壓縮機中的異步電動機， 變頻空調器接通照負荷是交流變頻壓縮機還是直流變頻壓縮機而分為交流變頻與直流變頻兩大類。交流變頻中逆變器的輸出電壓方式一般采用是不等寬度PWM調制方式，而直流變頻中逆變器的輸出電壓方式一般采用是等寬度PWM調制方式。目前PAM (Pulse Amplitude Modulation脈沖幅值調制方式)以其獨特的優越性而被用于直流變頻空調器的壓縮機送進去電壓的調制中。
2:大功率模塊
有刷直流電動機中，當轉子(單線圈)磁場轉到與定子(永磁體)磁場平行后，如果轉子再越過此位置，而直流電源不改變流向，即線圈中的電流方向不改變的話，那么根據右手定則此時線圈受力將使之向原方向反轉。因此，需有炭刷來改變線圈中電流的流向，使轉子能繼續旋轉下去。
　　在壓縮機中，由于汽缸中充滿了氟利昂蒸汽，不能采用會產生火花的有刷直流電機，因此必須采用通過電子回路實現換向的沒有刷直流電機。
3:直流壓縮機電機的基本原理
直流壓縮機的電機的轉子為永磁體。典型的永磁體結構有弧形、逆弧形、V形、X形等；不同的排列，磁力線的集中度不一樣，它直接影響電動機的效率。定子同交流壓縮機電機為漆包線繞制而成。首先大功率模塊根據轉子的旋轉位置切換定子繞組的通電電流，始終保證轉子N極對面的定子繞組導體內的電流流向為一個方向，如 ；而轉子S極對面的定子繞組導體內的電流流向為另一個方向，導體的磁場根據右螺旋法則疊加后在定、轉子間產生一個垂直向上的方向磁場， 而、 c導體磁場疊加后產生一個水平向右的磁場，二者再疊加的磁場ΦZ1方向. 正好與轉子磁場Φd1互相垂直，于是便會產生逆時針方句的電磁轉矩，推動轉子向逆時針方向旋轉。右下180°的原理一樣。
※右螺旋法則：用右于握住導體，使大拇指方向為電流方向則其余四指的方向便是磁場的方向(磁力線的方向)。
4:轉子位置檢測回路
直流電動機轉子位置檢測手段通常有磁敏式(霍爾元件)、光電式、電磁感應式、電磁諧振式等。用其中一種方式為捕捉前面所講的定子線圈中產生的感應電壓，作為轉子的位置信號，再通過專門設計的電子回路轉換，反過來控制給定子線圈施加方波電壓的時刻。
　　在沒有刷直流電動機中總有兩相線圈通電，一相不通電。一般沒有法對通電線圈測出感應電壓，因此通常以剩余的一相作為轉子位置檢測信號用線。
5:起動
由于感應電壓只有在電動機轉動時產生， 因此不能通過轉子位置檢測電機起動。而必須強制性地輸出驅動波形，直到電動機轉速達到一定速度，可以靠感應電壓測出轉子位置為止，再切換到轉子位置檢測輸出波形驅動方式。
　　例如，起動階段大功率模塊要經2～4秒的低頻換向使壓縮機轉速到達200～500rpm，再進入通常位置檢測運行模式。
6:變頻調速的基本方式
由電動機理論對三相異步電動機而言有下式：
Ed=4.44fdNdΦz
　　Ed：定子每相線圈氣隙磁通感應電壓的均方根值V；
　　fd：電源頻率Hz；
　　Nd：定子每相繞組的有效匝數；
　　Φz：每極氣隙磁通量Wb。
　　為了保證電動機負載能力， 應保證Φz不變，這就要求Ed/fd為常數，這種保持Ed/fd為常數的控制方式緊接著稱恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式。
　　由于Ed難于直接檢測、控制，當Ed與fd較高時，定子漏阻抗壓降小到可忽略不計，則可以以定子每相電壓Ud代替Ed,保持Ud/fd為常數，即可稱為恒壓頻比控制方式。
　　因此，欲實現壓縮機穩定調速，除了要控制逆變器的換向頻率外，還必須同時接通比例提高或降低對壓縮機施加的方波電壓值。在電子控制方面采用大功率模塊三極管，其基極電壓信號是比換向頻率還高的(例如上支路三極管是數千赫茲的高頻開關)，從而向電動機施加的電壓被段切開來(參考圖4)，而電動機的平均直流電壓與三極管的ON(開通)時間/(ON時間+OFF時間)成正比，以此便輕而易舉地達到變頻調速的目的。
7:直流變頻與交流變頻的比較
籠統地講，交流變頻空調器與直流變頻空調器中采用的壓縮機電機原理上部是定子產生一個不斷旋轉的圓形旋轉磁場，其轉速為n=60fd/p，利用定、 轉子磁場間電磁力相互作用產生的轉矩不斷推動轉子轉動。
　　由于直流變頻中采用了沒有刷直流電動機，其轉子為永久磁鐵，不需要外部供給電流，減少了損耗，因此效率較高。一般情況下較交流變頻省電約12%，如果轉子的磁體排列更科學，磁力線集中度更高，再加上采用含稀土釹的磁體，則可較交流變頻省電高達18%～20％。
　　另外，因為直流變頻可以隨外界負荷的大小調整轉速，在原理上比負荷變化時壓縮機開停的交流變頻要節能。因此，綜上所述，直流變頻要比交流變頻省電