变频空调的结构和特点

    目前市场上的变频空调有两大类，一类是直流无刷电动机拖动的直流式变频空调；另一类则是三相（或单相）异步电动机拖动的交流式变频空调。

    变频空调是一种分体式空调器，其室内机和室外机的控制均通过单片机来完成，二者之间利用计算机进行整个系统的控制。变频空调的室外机是一台专用变频器，控制较为复杂。首先由计算机获取室外温度、室外热交换器温度、压缩机温度、晶体管温度、插座上的交流输出电压和直流环路电流等信息，再将其与从室内机取得的通信数据进行综合比较，生成逆变器的驱动信号，通过控制逆变器来驱动三相异步电动机。同时，计算机还对风扇电动机、四通阀、脉冲式膨胀阀等部件进行控制。

    1．整流器

    整流器是把单相220V的商用交流电变换为直流电的部件。图4-20中噪声滤波器的作用是防止变频空调发出的噪声干扰其他家用电器，电抗器用于改善功率因数。

    图4-20    变频空调结构图

    2．逆变器

   (1)基本结构和原理

    逆变器由功率晶体管模块构成，变频空调的新产品已由IGBT模块或IPM模块构成。通常用三相异步电动机拖动压缩机，用三相SPWM信号控制逆变器，提供变频电源驱动电动机。电动机变频的范围为20～100Hz，最新型号的变频空调最低频率已降至10Hz。频率控制原则仍按V/f为恒值的规律，根据制冷运行状况作适当的微调。这里要说明的是上述频率范围是理想值，目前市售的变频空调，低频值有所不同。例如，华凌KFR系列调频范围为30～137 Hz，三菱MSZ系列调频范围为40～130Hz不等。

   (2)变频器的控制

    变频器的频率变化取决于室外气温、室内和室外热交换器温度、遥控器设定温度等信息的改变，同时，也受输出电流大小的影响。变频控制被纳入整体的变频空调控制系统，除可进行频率、电流控制外，还同时进行室外风扇电动机的调速以及脉冲式膨胀阀门的开闭控制等，使变频空调达到高效率化和舒适的目标。

   (3)变频器的保护

    变频器的保护包括电气保护和制冷工作保护。电气保护设有过流保护和热保护等。电流通过逆变器的直流母线上插入分流电阻进行检测，当该电流超过设定值时，逆变器则瞬断以保护晶体管模块。热保护则由电子热继电器来实现，用以防止温升过高。设置制冷方面的保护，如检测压缩机本体温度和压缩机出口端输送冷媒体的温度，当该温度过高时，及时停止变频器的运行。

   (4)高效率、低噪声、低振动

    为提高压缩机的运行效率，必须减小其拖动电动机的谐波电流，还要尽可能提供接近正弦波的电流驱动电动机。此时不仅压缩机运行效率提高，同时也降低了噪声与振动。SPWM波的生成与噪声等有很大的关系。一般要求提高载波频率，当载波频率提高到人耳可听见的频率以上，即可消除电磁噪声。载波频率的提高受模块耗损增加、计算机的高速化、压缩机漏电流增加等因素的制约。目前公认的理想载波频率为5～10kHz。

    提高运行效率的另一途径是电流相位控制。一般来说，异步电动机效率最高时运行状态最佳。该状态下电压和电流相位差是一定的，它与频率、负荷的大小无关。因此，进行保持电压和电流相位差为恒值的控制，即可保证在任何负荷时电动机的效率为最高。该相位差一般随着电压的变化而改变，因此，可以直接检测电压、电流相位进行相位的控制，也可间接地通过改变电压进行控制。具体地说，可以通过V/f曲线来控制，这时就不必保持V/f为恒值。

    此外，从效率的角度来看，两种变频空凋方案中，直流无刷电动机变频方案较优，故采用这种方案的厂家比较多。