浅谈变频空调电气控制系统原理

尹燕涛

摘要：随着生活质量的改善，家用空调几乎逐渐成为众多家庭或单位中的必需品，人们不再仅仅满足于空调的制热和制冷功能，而是要求更加舒适的功能，这就使得变频空调得到迅猛发展。由于变频空调采用的是一种实时控制方式，通过电气控制系统对所检测到的空气参数进行实时调节，为人们提供一个高效节能且舒适的空间，正因如此，更使得变频空调受到社会各界人士的强烈追捧。而本文主要对变频空调电气控制系统的原理进行了详细的探究。

关键词：变频空调；电气控制系统原理；无刷直流电机；转子位置检测

1.变频空调工作的特点

变频空调可以根据环境的温度变化自动选择制冷、制热和除湿等功能，让房间在短时间

内达到用户所需要的温度。因此，变频空调具有多种特点，具体分析如下。

（1）当变频空调刚启动时，其运转频率最大，通常超过130HZ，同时在这个时候，变频空调的制冷和制热速度最快，能够在最短的时间内让房间温度达到用户所需的温度。

（2）变频空调不需要进行频繁的开关机，由于变频空调在很大部分时间内都是进行低频段运转，所以，整机的噪音较低。

（3）当变频空调在开机半小时之后，就可以自动转入节能运行。如果在夜间使用节能功能时，应在低频下运转，这样才能使能效达到最高，更能起到节能省电的作用。

（4）当变频空调在刚启动时能够以高速进行运转，但它并非一直以高速运转的，当室温达到所设定的温度时，就会自动转为低频进行运转工作，因此，变频空调对于温度的控制比较精确。

（5）通常情况下，一旦室温低于8℃，空调器便不能正常运行，而变频空调便不是如此，它能够在室温低于-15℃时依然能够制热运转，从而实现了变频空调超低温运行功能。

（6）由于变频空调在进行控制室温的过程中，主要以低频运转为主，又加之开关机比较少，对变频空调产生的损害较小，同时压缩机和空调的整个系统运行的比较稳定，基于这些原因，变频空调的使用寿命要比普通的空调长，且对电网造成的冲击比较小，从而保证了家用其他电器的安全。

2.变频空调系统设计及电气控制系统原理

2.1 系统设计

变频空调系统主要由制冷系统和控制系统构成。在分体式的变频空调中，其运转部件主要由室内风机、室外风扇以及压缩机组成，主要将空调器内部产生的冷、热空气带到房间内的不同区域，最终让室温在短时间内达到用户所需要的温度。对于温度的设定及其他空调的运转功能等，都是利用红外线遥控器和室内机控制板上的红外线接收器，来对变频空调的各项功能进行控制，将控制指令发送到室内机控制板上的单片机中。而实现对风扇电机和风门电机的控制主要是利用汇编指令和温度传感器的状态进行实施控制过程的，因此，变频式空调器电气控制系统具有高效率、低噪音，且体积较小，质量较轻的特点，最终实现对温度的精确控制功能。

2.2 电气控制系统原理

（1）直流变频概念。我们把采用无刷直流电机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。

（2）无刷直流电机。无刷直流电机与普通的交流电机或有刷直流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永久磁钢构成，定子采用整距集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电机称为无刷直流电机。无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、火花可靠性差、寿命短，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。

（3）转子位置检测。由于无刷直流电机在运行时，必须实时检测出永磁转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电机换相，才能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。

（4）变频驱动模块。这一部分指的是完成直流到交流的逆变过程，用于驱动变频压缩机运转的逆变桥及其周围电路。变频空调上通常采用6个IGBT构成上下桥式驱动电路。在实际应用中，多采用IPM（IntelligentPower Module）模块加上周围的电路（如开关电源电路）组成。IPM是一种智能的功率模块，它将IGBT连同其驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，从而简化了设计，提高了整个系统的可靠性。现在变频空调常用的IPM模块有日本三菱的PM系列及日本新电元的TM系列（内置开关电源电路）。

（5）通讯电路。从主机（室内机）发送信号到室外机是在收到室外机状态信号处理完50毫秒之后进行，副机同样等收到主机（室内机）发送信号处理完50毫秒之后进行，通讯以室内机为主，正常情况主机发送完之后等待接收，如500毫秒仍未接收到信号则再发送当前的命令，如果1分钟内未收到对方的应答（或应答错误），则出错报警；同时发送信息命令给室外，以室外机为副机，室外机未接收到室内机的信号时，则一直等待，不发送信号。由于空调室内机与室外机的距离比较远，因此两个芯片之间的通信（+5V信号）不能直接相连，中间必须增加驱动电路，以增强通信信号（增加到+24V），抵抗外界的干扰。

（6）电源的滤波及保护。该部分主要的功能是吸收电网中各种干扰，并抑制电控器本身对电网的电磁串扰，以及过压保护及防雷击保护。

3.结语

综上所述，了解了变频空调的特点和电气控制系统的原理，才能更好的评估及测试变频空调，从而使变频空调更加安全可靠的为人们的日常生活提供舒适环境的保证，满足人们对高品质生活的需求。

参考文献：

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