【正文】 動(dòng)力。20世紀(jì)80年代中期市場(chǎng)上往復(fù)式壓縮機(jī)居多，近年來(lái)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)發(fā)展迅速，已占主要地位。渦旋式，壓縮機(jī)是一種新型壓縮機(jī)，獨(dú)特的渦旋結(jié)構(gòu)使它具有效率高、扭矩變化小、振動(dòng)小、噪音低、零件少、體積重量小的優(yōu)點(diǎn)，顯示出較大的優(yōu)越性。采用熱力膨脹閥來(lái)控制制冷劑流量的制冷系統(tǒng)稱為CCTXV系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)實(shí)行通斷控制。 以上兩種系統(tǒng)都采用了壓縮機(jī)的通斷調(diào)節(jié)，通斷調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)，時(shí)停時(shí)起，對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行很不利，易損傷機(jī)件，降低壽命，溫度波動(dòng)較大。它是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)連續(xù)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。它超越了熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)范圍更廣。其特點(diǎn)如下： (1)降低能耗。冷凝壓力隨排量變化，壓縮機(jī)不會(huì)因克服多余的壓力而白做功，對(duì)壓縮機(jī)的連續(xù)供電也比斷續(xù)供電要省電。(3)保護(hù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，延長(zhǎng)機(jī)械壽命。 本空調(diào)采用排氣量可變的雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，廣泛應(yīng)用于空調(diào)器中。 （21）式中：H一氣缸長(zhǎng)度或高度(m)；A一氣缸工作面積(m2)：n一壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速(r／min)。 （22）式中，λ一壓縮機(jī)排氣系數(shù)。這就是變頻空調(diào)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)空調(diào)器的制冷或制熱能力的原理。80年代以來(lái)，隨著交流電機(jī)調(diào)速控制理論、電力半導(dǎo)體器件、脈沖寬度調(diào)制、以微處理機(jī)為核心的全數(shù)字化變頻控制等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，使交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)成為一種典型的機(jī)電一體化設(shè)備。變頻技術(shù)的性能的提高及體積的減小為其在空調(diào)器中的應(yīng)用提供了可能。由于空調(diào)器壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是為了進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，并不要求太高的調(diào)速精度，為了結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)便，本變頻調(diào)速系統(tǒng)決定采用轉(zhuǎn)速開環(huán)的控制方式。 變頻調(diào)速的基本方式 異步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速時(shí)，應(yīng)盡可能使氣隙磁通保持為額定磁通。即當(dāng)增大定子頻率時(shí)必需同時(shí)使定子電壓成比例地增加，否則氣隙磁通降低；當(dāng)降低定子頻率時(shí)，必需同時(shí)使定子電壓成比例地降低，否則將超過(guò)飽和磁通密度而導(dǎo)致勵(lì)磁電流過(guò)大，使損耗增加甚至損壞電機(jī)。它不需要轉(zhuǎn)速閉環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也沒有大量的復(fù)雜計(jì)算，其調(diào)速性能可滿足要求。在異步電機(jī)中外加電源若為V，定子產(chǎn)生的反電勢(shì)則為 （23)如果略去S定子阻抗壓降，則有 （24)式中F(s)一定子頻率(Hz)；N(s)一定子每相繞組的匝數(shù)K(0)一比例系數(shù)；Ф(m)一氣隙磁通(WB)。L要隨頻率的下降而減小，在低頻時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很小，甚至不能帶動(dòng)負(fù)載。為了保證T不變，隨著‘的降低必需適當(dāng)提高定子電壓K，以便補(bǔ)償定子電阻毋上的壓降。頻率越低，需外加補(bǔ)償電壓越高。所以同步轉(zhuǎn)速以上的調(diào)速往往不再使定予電壓升高，而是保持為額定電壓。但從控制思想上分，可以把它們分為四類，即等脈寬PWM法、正弦波PWM(SPWM)、磁鏈追蹤型PWM法和電流跟蹤型PWM法。 SPWM法是為了克服等脈寬PWM法的缺點(diǎn)而發(fā)展來(lái)的，是在1964年提出的，它采用通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)，用基波信號(hào)去調(diào)制三角載波，控制開關(guān)器件的動(dòng)作順序和時(shí)間分配，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行電壓和頻率的控制。它從電動(dòng)機(jī)的供電電源的角度出發(fā)，著眼于如何產(chǎn)生可調(diào)頻調(diào)壓的三相對(duì)稱正弦波電源，其特點(diǎn)是，在半個(gè)周期中等距、等幅(等高)、不等寬(可調(diào))，總是中間的脈沖寬，兩邊的脈沖窄，各脈沖所圍面積與該區(qū)間正弦波下的面積成比例，這樣，輸出電壓中低次的諧波分量可以大大減少。它是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)交流電動(dòng)機(jī)的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤基準(zhǔn)磁鏈圓，由追蹤的結(jié)果決定出逆變器的開關(guān)模式，形成PWM波。SPWM法和磁鏈追蹤型PWM法，由于著眼點(diǎn)不同，所建立的數(shù)學(xué)模型也完全不同。它把電動(dòng)機(jī)看成是一個(gè)整體加以處理，所得數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，從而可使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能獲得更好的性能。其基本思想是將電動(dòng)機(jī)定子電流的檢測(cè)信號(hào)與正弦波電流給定信號(hào)用比較器進(jìn)行比較，如果實(shí)際電流大于給定值，則通過(guò)逆變器的開關(guān)動(dòng)作使之減小，反則使之增大。使用這種方法，電動(dòng)機(jī)的電壓數(shù)學(xué)模型改成流模型，可使控制簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快，還可防止逆變器過(guò)電流。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2)逆變器同時(shí)調(diào)頻調(diào)壓，與中間環(huán)節(jié)元件參數(shù)無(wú)關(guān)，動(dòng)響加快；3)波形好，能抑制和消除低次諧波。 實(shí)現(xiàn)手段 微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得可以對(duì)變頻器進(jìn)行直接數(shù)字控制，直接數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)有很多，如集成度高，大部分功能都能用軟件實(shí)現(xiàn)，需要改變功能時(shí)，只需調(diào)整軟件即可。確定微機(jī)控制后，要選擇合適的微控制器。 目前用的較多的是單片機(jī)系列，也可使用一些專用的SPWM波專用控制芯片，如HEF475SLE45MA818等。MB89P857還具有8路10位的A/D轉(zhuǎn)換電路，2路PWM輸出電路，6個(gè)并行接口，內(nèi)部帶有1K的RAM和32K的ROM，可將程序固化在芯片內(nèi)，簡(jiǎn)化外圍接口電路，可大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，提高整個(gè)電路的性能。 由于空調(diào)器的特殊性，所以要求變頻器具有小型、高可靠性、低噪聲等特點(diǎn)。為了減低在設(shè)計(jì)、開發(fā)及制造上的成本，減少研制周期，提高系統(tǒng)的可靠性，智能功率模塊(Intelligent Power Module)引起了人們的注意。最簡(jiǎn)單的型式可由單一電平移動(dòng)和驅(qū)動(dòng)電路組成，把來(lái)自微處理器的邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)變成足以激勵(lì)負(fù)載的電壓和電流：復(fù)雜的則要求智能功率模塊執(zhí)行負(fù)載監(jiān)控、診斷、自保護(hù)，向微處理器反饋信息。 溫度控制方案選擇在空調(diào)的溫度控制過(guò)程中，由于空調(diào)器功率傳輸?shù)臏蠛蜏囟茸兓驼{(diào)節(jié)中的大慣性特性，使空調(diào)器的溫度控制非常困難。而普通的PID控制方法不適合具有大慣性、滯后特性的對(duì)象的控制，并且PID控制器一般針對(duì)固定的控制對(duì)象才能確定控制參數(shù)，取得好的控制效果，而空調(diào)應(yīng)用的房間一經(jīng)變化，PID參數(shù)就不能適應(yīng)新的控制對(duì)象。對(duì)于房間溫度控制這種對(duì)象尺寸變化大、溫度特性差別大的情況，特別適合使用模糊控制。采用模糊控制比傳統(tǒng)控制溫控精度高，過(guò)渡過(guò)程優(yōu)良，舒適性大為提高。壓縮機(jī)逆變器的主電路采用電壓源逆變器的結(jié)構(gòu)，控制方式是具有低頻電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制，它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，工作 可靠，并能夠滿足要求；逆變器控制方式采用SPWM方式，輸出波形好，諧波小。第 3 章 變頻空調(diào)器電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 變頻式空調(diào)器電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示，整個(gè)控制系統(tǒng)大致由室內(nèi)機(jī)組控制板和室外機(jī)組控制板組成。在分體式空調(diào)中，運(yùn)部件包括室內(nèi)風(fēng)機(jī)和室外風(fēng)扇，它們的作用是把空調(diào)器產(chǎn)生的冷空氣或熱空氣帶到室內(nèi)的不同區(qū)域，實(shí)現(xiàn)均勻調(diào)節(jié)房間溫度的目的。溫度傳感器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路風(fēng)扇步進(jìn)電機(jī)室內(nèi)控制 步進(jìn)電機(jī)開關(guān)壓縮機(jī)變頻器風(fēng)扇四通閥門室外控制溫度傳感器壓縮機(jī)圖31變頻式空調(diào)電氣控制系統(tǒng)框圖 室外風(fēng)扇電機(jī)為變繞組電機(jī)，它的轉(zhuǎn)速用繼電器控制，有高、中、低速三檔，單片機(jī)輸出端口通過(guò)反向驅(qū)動(dòng)器ULN2003驅(qū)動(dòng)兒、JJ3三個(gè)繼電器，分別對(duì)應(yīng)三個(gè)風(fēng)速檔位。 室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速，由單片機(jī)內(nèi)的PWM發(fā)生器控制，由軟件算出相應(yīng)的相位控制角，由PWM端口輸出，經(jīng)MOC3021光耦驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。 模擬量檢測(cè)使用的是單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換端口，其中P50～P57口是A/D轉(zhuǎn)換采樣通道，由熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻上的電壓信號(hào)輸入單片機(jī)，然后由CPU進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。(1)遙控發(fā)射器遙控發(fā)射器的電路結(jié)構(gòu)框圖見圖32。發(fā)射器鍵盤矩陣電路由矩陣開關(guān)組成，它與IC1內(nèi)的掃描脈沖發(fā)生器和鍵盤信號(hào)編碼器構(gòu)成鍵命令輸入電路。振蕩器鍵盤矩陣開關(guān)電路顯示器IC1 紅外線發(fā)射器圖32紅外遙控發(fā)射器結(jié)構(gòu)框圖指令編碼器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字編碼指令。在編碼調(diào)制器中，38kHz載頻信號(hào)被編碼指令脈沖調(diào)制，形成調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)經(jīng)緩沖級(jí)至激勵(lì)管，由VTI和VT2組成的紅外信號(hào)激勵(lì)級(jí)放大到足夠的功率，去驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管，發(fā)出被38kHz調(diào)制信號(hào)調(diào)制的紅外線，通過(guò)發(fā)射器前端的輻射窗向前方空間發(fā)射。該電信號(hào)通過(guò)IC2中的自動(dòng)增益控制電路和限幅器穩(wěn)定幅度，隨后用38kHz低通濾波器濾出38kHz調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)檢波器解調(diào)出編碼指令脈沖，然后由整形放大器放大整形，IC2將編碼指令脈沖進(jìn)行解碼，最后輸出相應(yīng)信號(hào)，使空調(diào)中有關(guān)電路按遙控發(fā)射器的指令進(jìn)行工作，執(zhí)行相應(yīng)功能的操作。正轉(zhuǎn)時(shí)步進(jìn)電機(jī)各相通電順序如表31所示。表31相步進(jìn)電機(jī)各相繞組導(dǎo)通順序表各項(xiàng)繞組A相B相C相D相11000201003001040001 室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)的調(diào)速控制 室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種情況，手動(dòng)控制時(shí)通過(guò)遙控器選擇風(fēng)速，設(shè)置為高速、中速、低速三檔?？照{(diào)器開始運(yùn)行以后，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定溫度和室內(nèi)實(shí)際溫度的溫差自動(dòng)控制風(fēng)扇速度，使運(yùn)行狀態(tài)處于最佳水平。 室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速還要由其它因素決定。當(dāng)制熱時(shí)，蒸發(fā)器溫度低于28℃則該風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在溫度為45℃時(shí)風(fēng)機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速；當(dāng)制冷時(shí)，蒸發(fā)器溫度高于20℃風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。表32 室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度之差與風(fēng)扇速度的關(guān)系工作狀況室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度差e風(fēng)扇轉(zhuǎn)速制冷工況≥21≤e21 高速中速低速制熱工況≥22高速中速軟件定時(shí)器遙控器指令處理溫度A/D轉(zhuǎn)換程序溫度模糊控制運(yùn)算室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)通訊處理室內(nèi)風(fēng)扇的PWM調(diào)速風(fēng)柵步進(jìn)電機(jī)控制返回 室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)為單相交流電機(jī)，采用移相調(diào)壓調(diào)速方法。根據(jù)其結(jié)果控制片內(nèi)的PWM口，然后經(jīng)光耦合驅(qū)動(dòng)器MOC3021驅(qū)動(dòng)雙向可控硅。驅(qū)動(dòng)電路原理圖見圖34。過(guò)零脈沖的周期為10ms，根據(jù)風(fēng)扇所需轉(zhuǎn)速，求出相應(yīng)電壓值及對(duì)應(yīng)的相位控制角，電壓及導(dǎo)通角關(guān)系為 （31）式中U—輸出電壓(V)：U（0）輸入電壓(V)；α一導(dǎo)通角(rad)。遙控器接收程序、室內(nèi)機(jī)及室外機(jī)通訊程序用中斷來(lái)完成。 室外機(jī)組設(shè)計(jì) 室外風(fēng)扇電機(jī)控制電路 室外風(fēng)扇電機(jī)采用變繞組調(diào)速方式，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)繼電器控制。速度檔位的控制由室外機(jī)的冷凝器溫度與室外環(huán)境溫度之差決定。 轉(zhuǎn)速控制原理圖如圖35所示。單片機(jī)的P2．P2．P2．3根據(jù)轉(zhuǎn)速指令進(jìn)行置位或復(fù)位，經(jīng)過(guò)反向驅(qū)動(dòng)器ULN2003A分別驅(qū)動(dòng)繼電器JJJ3。l△l為大于7℃時(shí)，繼電器J3得電，Jn失電，風(fēng)扇電機(jī)的高速線圈接通，風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)；l△l為3C～7℃時(shí)，繼電器J2得電，兒、J3失電，風(fēng)扇電機(jī)的中速線圈接通，風(fēng)扇中速運(yùn)轉(zhuǎn)；l△I為小于3℃時(shí)，繼電器J1得電，JJ3失電，風(fēng)扇電機(jī)的低速線圈接通，風(fēng)扇低速運(yùn)轉(zhuǎn)：當(dāng)l△I=O時(shí)，繼電器全部失電，沒有線圈通電，風(fēng)扇停止。在電路中為了防止電流互感器輸出電壓過(guò)高而損壞電路，加入一個(gè)電壓鉗位二極管D1，使互感器整流后加到單片機(jī)的電壓限制在5V以下。這樣就需要輸出多路穩(wěn)定的直流電源?？刂破鬟x用UC3842，它是一種單端隔離式電流型脈寬調(diào)制集成電路，利用內(nèi)置的誤差放大器和比較器組成雙閉環(huán)控制：從檢測(cè)繞組來(lái)的反映輸出電壓的反饋信號(hào)從2腳輸入，與誤差放大器中的基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生誤差電壓，作為電流比較器輸入；另一個(gè)是一次繞組電流(通過(guò)最檢測(cè))反饋信號(hào)從3腳進(jìn)入，在電流比較器與誤差進(jìn)行比較，控制尼觸發(fā)器，產(chǎn)生PWM信號(hào)，從6腳輸出，經(jīng)功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)高頻變壓器的一次繞組，雙閉環(huán)控制，使輸出電壓在負(fù)載等因素變動(dòng)情況下仍可穩(wěn)定輸出。 變頻電路的設(shè)計(jì)與控制 變頻電路驅(qū)動(dòng)的對(duì)象是空調(diào)器壓縮機(jī)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是通過(guò)軟件編制的溫度模糊控制器來(lái)確定的，由室溫、設(shè)定溫度和采樣時(shí)間計(jì)算出溫差和溫差變化率，作為溫度模糊控制器的輸入變量，經(jīng)過(guò)模糊化、模糊邏輯推理、反模的過(guò)程，得到精確的控制量一變頻器輸出頻率，按此頻率控制波形發(fā)生器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)變頻器控制壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)據(jù)放在RAM中進(jìn)行處理。 三分鐘