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一、基礎概念篇 1、制冷系統的原理 2、直流變頻系統簡介 3、常見制冷系統故障分析 二、直流電機、直流壓縮機知識篇 1、直流變頻空調風扇電機原理及維修 2、滾子式直流變頻壓縮機介紹 三、直流變頻控制原理篇 1、變頻空調的控制系統 2、直流變頻壓縮機驅動的基本原理 3、變頻控制系統的實現 基礎概念篇 一、熱力學的基本知識和空調制冷原理 二、直流變頻空調特點 三、常見制冷系統故障分析 熱力學的一些基本知識 表征氣體狀態參數的三個物理量： 溫度/壓力/比體積 （1）溫度：攝氏溫標℃ 華氏溫標℉ 熱力學溫標K 換算關系：華氏=9/5 t+32 k=273.15+t （2）壓力 Pa 1Pa=1N/M2 1MPa=106 Pa=10kgf/cm2 P= Pb+ Pg （大氣壓 Pb ；表壓力Pg ） （3）比體積：V= v/m3 （單位質量的物質所占體積） （4）焓：物質所含內能與物質所作推擠功之和，是計算空調換熱的常用物理量。 空調制冷劑在一個循環系統中，通常包含著溫度、壓力，以及體積的變換，通過計算這些變化量，可以得出空調的制冷能力 實驗室常用的測試空調制冷量的方法： （1）焓差法量熱計 通過測量空調室內機進風和出風口的溫度差，計算出單位時間內交換的熱量。 （2）熱平衡法量熱計 內機不裝風口，通過分別測量室內側，室外側達到平衡時的熱量，計算出整機的冷量。室內外側是通過水系統循環計算平衡時的熱量。 熱力學第一定律：即能量守恒定律，在一定條件下，熱能與機械能可以相互轉化，轉化后的能量總和不變。 熱力學第二定律：要使熱量從低溫物體間接地傳給高溫物體，必須消耗一定能量進行補償 熱力學第一定律揭示能量守恒的原理，是一切換熱計算的基礎，作用同萬有引力定律 熱力學第二定律為空調的設計開發提供了理論的基礎 制冷系統簡圖  氣化：氣化是液體變化為氣體時的吸熱過程，如工質在蒸發器內所發生的過程 壓縮：制冷劑工質在壓縮機中發生了多變的壓縮過程，但是因為工質狀態變化在很短時間內完成，故在理論上計算可以看作近似的絕熱可逆等熵壓縮過程 冷凝：工質在冷凝器內所作的等壓放熱過程 節流：制冷工質通過節流機構，流動阻力極大，使工質壓力從高壓變為低壓，其中有一部分液體還達到了該壓力下的飽和溫度而沸騰。可將節流過程近似看作等焓過程.家用機主要節流元器件是毛細管和電子膨脹閥. 一. 變頻空調特點  1.1適應負荷的能力 常規空調的制冷能力隨著室外溫度的上升而下降，而房間熱負荷隨室外溫度上升而上升，這樣，在室外溫度較高，本需要空調向房間輸出更大冷量時，常規空調往往制冷量不足，影響舒適性；而在室外溫度較低時，本需要空調向房間輸出較小冷量，常規空調往往制冷量過盛，白白浪費電力。而變頻空調通過壓縮機轉速的變化，可以實現制冷量隨室外溫度的上升而上升，下降而下降，這樣就實現了制冷量與房間熱負荷的自動匹配，改善了舒適性，也節省了電力。  1.2溫度調節方法 以制冷狀態為例，圖3表示的為常規空調的溫度調節方法，其中T為室內溫度，Ts為設定溫度，達到設定溫度壓機停，室內溫度高于設定溫度一定程度時，壓縮機重新開啟。圖4為變頻空調的溫度調節方法，室溫每降低一定程度，運轉頻率就降低一檔，相反，室溫每升高一定程度，運轉頻率就升高一檔，即室溫越高，運轉頻率越大，以便空調快速制冷，室溫越接近設定溫度，運轉頻率就越小，提供的制冷量也越小，以維持室溫在設定溫度附近，溫度波動小。  定頻能效等級/變頻能效等級 ：  EER(能效比)=制冷量/功率，也就是目前定頻空調用于評定能效等級的數值依據。它是在一個固定工況下（室內27/19度，室外35度環境條件），空調整機測試得出的數值，是一個實際測試值。 SEER(季節能效比)，是目前變頻空調用于評定能效等級的數值依據。以下描述不夠準確，但是為了便于理解，可以簡化理解為SEER是在一系列工況運行條件下測試的EER的加權平均值，是一個計算值。 變頻新國標規定的具體用戶使用環境溫度和加權小時數如下：  在室外環境低于30度以下時，壓縮機會根據負荷大小降低運轉頻率，此時會獲得很高的能效比 第一種，如果用戶使用空調時間比較長，全年使用時間在3～4個月左右或者以上，即超過1136小時，而且室外環境溫度在24到30度之間的較低溫度下都使用空調制冷。則按照最新變頻機的能效國標（GB21455-2008）作為對比依據，使用變頻能效比SEER作為對應依據。可以得出結論， 4級能效以上的變頻機型的能效比都要高于1級能效的定頻機，即4級能效的變頻機型相當于1級能效的定頻機。 第二種，如果用戶使用空調時間比較短，只是在天氣最冷和最熱的時段使用空調，使用時間遠遠小于3個月（此種情況更加符合實際使用情況）。則按照定頻機GB/T7725的能效標準的額定能效作為對比依據，使用額定制冷量對應的能效比EER作為對應基礎。 變頻機適當考慮到大多數用戶會在室外環境溫度在30到35度之間使用空調制冷，全年按照700小時左右計算，結合變頻機的變頻優勢可以得出結論是大多數情況下變頻機的能效等級較定頻能效等級可以提高一到二個能效等級，即4級能效的變頻機約相當于3或者2級能效的定頻機，具體提高的幅度取決于用戶使用空調的環境溫度和使用習慣。 二、空調系統的組成 1.主要構成部件（按制冷劑的循環流路）： 壓縮機-(四通閥)-冷凝器-毛細管-蒸發器 2.附屬結構： 室內機：面板，面板體，底殼，接水盤掃風結構、電機，風葉，過濾網，掃風板，顯示器，電器盒等 室外機：面板，底盤，右側板，頂蓋板，格柵，中隔板，電器盒部件，吸排氣管路 連接結構：連接管，電源線 1.變頻空調系統組成： ·控制系統與感測裝置 ·室內熱交換器及風扇電機 ·室外熱交換器及風扇電機 ·電源與變頻器 ·變頻壓縮機（含驅動馬達） ·制冷劑回路與回路控制裝置 變頻空調系統結構實例  變頻機用不同類型的壓縮機區別： 格力變頻機主要采用的壓縮機結構：雙轉子直流變頻 其中睡美人采用三洋雙轉子直流變頻壓縮機， 睡夢康，睡夢寶采用三菱雙轉子直流變頻壓縮機  主要制冷劑比較  R22系統與R410A系統區別： 1.潤滑油：R22使用礦物油R410A使用酯類油，兩者只能與相應的制冷劑互溶，不可混用.酯類油容易吸水，因此相應制冷系統的水分管理方面要求更為嚴格。 2.密封閥類： R22可使用塑料類閥芯，R410A只能用鋼或銅閥芯，不可混用，因為R410A系統用的酯類潤滑油對塑料閥芯有浸潤作用，塑料會膨脹 閥類包括：四通閥，單向閥，截止閥等 R410A空調器匹配參數  可能遇到的問題 冷媒泄漏 由于R410A系統壓力高容易造成系統冷媒泄漏，因此在配試時如果發生可能是以下幾處泄漏：  變頻式空調器特點與優點 節能效果： 變頻式空調系統連續運轉，空調能力與能效比（EER）的關系如下圖： 2.傳統壓縮機以開-關方式控制驅動馬達運轉，在每次啟動壓縮機馬達過程中因需要較大的啟動電流而耗用較多的電能。變頻式空調器是依室溫,設定溫度,室外溫度等控制參數做連續的轉速調制，系統運作中不會因壓縮機經常啟動而造成額外的電能損失。 舒適效果 變頻式空調器的舒適效果來自于以下幾個方面： 啟動后到達設定溫度速度快：由于變頻空調系統具有改變容量的特性，在系統初開機時室溫與設定溫度相差很大之際，可利用較高的壓縮機轉速即較大的容量方式運轉使室溫能更快速地到達設定溫度，縮短降溫時間； 室溫變化小且平穩：傳統式空調系統容量固定，僅僅利用熱敏控制系統對壓縮機進行“開”和“關”的控制以達到控制溫度于一定范圍內的目的，變頻空調系統的容量是跟蹤溫度調變，使室溫可以在平順的變化保持在設定溫度上下較小的范圍內。 3.噪聲脈動小：變頻空調系統沒有經常的開-關，啟動壓縮機的動作，不會造成類似一般窗機的啟停壓縮機時所產生的振動和噪聲。 4.制熱效果增強：一般的空調系統容量若以冷量為設計點，則熱量均明顯不足，變頻系統可以在高速下運轉，增加制熱效率。 5.除濕沒有冷感：變頻式空調系統可以控制在最低的運轉速度和最小的送氣率，可不改變室溫但具除濕效果。 降低電源電力品質的干擾： 對電源頻率和電壓敏感度低 ： 系統壽命長可靠性高 ： 適合更大的氣候區： 常見制冷系統系統故障分析 系統的各部分壓力及其變化情況 對于R22系統,在額定制冷工況下，冷凝壓力為19Kg/cm2左右，蒸發壓力為5 Kg/cm2左右。在維修過程中現場的環境溫度肯定會偏離標況，冷凝壓力、蒸發壓力隨之變化，當室外機溫度上升大于標況，冷凝壓力將增大，反之降低。蒸發壓力也會同向變化。在判定制冷劑是否符合標準時，一定要考慮當時的環境溫度、冷凝和蒸發壓力及運行電流情況，才能作出準確判定。 壓縮機損壞 壓縮機的損壞（即故障）常有燒壞電 機線圈和卡缸兩種情況： 燒壞電機線圈： 檢查可用萬用表量度判斷原因。 線圈的制做材料和制冷系統的清潔度都是引起線圈燒壞的原因。 處理方法：更換壓縮機 2.卡缸： 檢查可用鉗形表查電流及觀察過載保護的通、斷情況； 原因可能是：材料精加工；系統的清潔度；電壓偏低。 處理方法有：增大啟動電容或用木棍敲打壓縮機，使壓縮機轉子離開死點，如前兩種方法無效，只有更換壓縮機。 四通閥故障的判定 四通閥常見故障為：誤動作，不動作，有異響。 沒有發出冷熱轉換指令，四通閥卻自動換向，這是四通閥的誤動作。一般情況下，誤動作都是由于四通閥內部漏氣所造成。維修時需更換四通閥。 發出冷熱轉換指令，四通閥卻不換向，這是四通閥的不動作。一般情況下，先按線路圖檢查接線和四通閥線圈，若接線和線圈無問題，則是四通閥故障。可敲打閥體使其換向,若沒有效果,則需更換四通閥。 四通閥在工作時，發出“吱吱”的尖叫聲。此時應檢查電磁閥線圈，若更換線圈后，異響消失，則是線圈故障；否則，需更換四通閥。 毛細管故障 當毛細管出現故障時，會使空調器的制冷量不 足或不制冷。毛細管常見故障：破裂、堵塞。 毛細管破裂一般是在彎曲過程中受損，這樣在運輸中由于碰撞、振動就會導致破裂，造成制冷劑泄漏。 毛細管的堵塞，可能是由于： ①系統內部的雜質積聚形成的； ②焊接操作火候掌握不當，焊料使其堵塞； ③毛細管插入過濾器過深（觸網），使其堵塞。 ④毛細管內有水份,結冰引起冰堵. 變頻機型故障分析 電氣安全注意事項 強電與弱電應盡量分開走線,避免干擾的相互影響. 走線避免與相關鈑金件相接觸,防止線皮被劃傷. 相關磁環應加線扎固定好,防止其出現松脫. 理線過程中不得對端子施于過大的力,防止端子出現斷裂情形. 走線長度必須留有一定的余量,防止過度用力使線出現斷開或損傷的情形. 線不得與發熱高溫元器件接觸,防止線皮在高溫情況下加速老化. 走線應該盡量避開主芯片,特別是高頻信號線(壓縮機線,電感線,電容線等). 散熱硅膠必須涂均勻,模塊與散熱器良好接觸,防止散熱不良. 剪線扎時要防止剪到導線. 相關問題分析 案例：主板燒壞: 檢查要點:可能有兩方面原因.1模塊質量問題2感溫包絕緣損壞(已出現多起因為感溫包絕緣損壞導致主板燒壞的情形),直流變頻采用的電源為開關電源,不是安全隔離變壓器,不存在真正意義上的弱電. 相關措施:更換主板,更換相關感溫包. 案例：外機帶電 檢查要點:1絕緣出現損壞2外機未良好接地(在外機為直流電機的情況下,外機存在感應電壓,接上地之后消失). 相關措施:1找出絕緣損壞的元器件(濾波器等)或相關配線,更換.2良好接地. 湖南反饋睡美人變頻機上電后顯示板閃爍,蜂鳴器嘀嘀響,按鍵和遙控器不起作用 深圳售后反饋客戶裝兩套機,一套內機安靜運行,另外一套內機有嗡嗡聲. 直流電機、直流壓縮機知識篇 一、直流變頻空調風扇電機原理及維修 二、滾子式直流變頻壓縮機介紹 什么是直流變頻空調 采用了直流變頻壓縮機的空調稱為直流變頻空調，如果風扇電機也采用直流變頻電機，市面上有稱呼為全直流變頻空調。 直流變頻其實際表征的意義是直流調速，普通空調使用定速壓縮機，不管房間環境怎么樣，其狀態要么是全負荷運轉，要么是停機狀態，很不省電。直流變頻空調可以根據房間溫度的高低，讓壓縮機運轉在適當的轉速下。 在直流變頻出現之前，有一個中間過渡產品，叫交流變頻，它所用的壓縮機電機為普通交流三相感應電動機。雖然也能調速，但電機效率不高。節能效果一般。 市面還有一些炒作概念，叫數字直流變頻空調。 什么是風扇電機 風扇電機經常簡稱為風機，而空調系統人員的理解是包括電機和風葉兩部分。它其實就是空調系統里的送風裝置，強化兩器的熱交換能力。 風扇電機包括室內和室外送風電機，其功率范圍從幾瓦到幾千瓦，屬于中小型電動機。 可以按工作電源分類，如交流和直流；可以按結構及工作原理分類，如同步電動機和異步電動機，還可以按安裝方式分為立式和臥式。 應用場合 目前我們公司產品類型及對應風扇電機代號如下表： 另外家用分體室內機掃風電機使用MP系列減速永磁步進電動機，柜機室內機和窗機掃風電機使用單相永磁齒輪減速同步電動機（SM表示） 備注：我們公司在標識直流電機時，家用機在型號末尾加—ZL，例如FW30G-ZL；商用機在代號后加Z，例如FGZ750A。在標識PG電機時，型號后面加—PG 直流變頻風扇電機 直流變頻=直流調速 包括兩個部分：電機本體和控制器 根據控制策略和電機本體的不同又可細分為兩種： ⅰ、無刷直流電動機（BLDCM）或稱矩形波永磁同步電動機 ⅱ、永磁同步電動機（PMSM） 或稱正弦波永磁同步電動機 控制明天有專門講師講解，電機本體這兩種電機外觀大致相似，定子為三相電樞繞組，一般為星形聯結，轉子為永磁轉子，有的加上轉子位置傳感器。為了配合發揮控制策略，永磁轉子在磁鋼的安裝方式和位置有區別，具體點講BLDCM反電勢波形是一個為梯形波，PMSM反電勢波形是一個正弦波。 兩種對比 無刷直流電動機（BLDCM） ⑴電樞繞組利用不充分 ⑵希望轉子永磁體磁極能在工作氣隙內產生接近矩形波或梯形波的磁場 ⑶通常采用霍爾器件作為電動機的轉子位置傳感器 ⑷控制電路比較簡單 ⑸力矩脈動比較大 ⑹控制精度比較低 ⑺價格比較便宜 永磁同步電動機（PMSM） ⑴電樞繞組利用好 ⑵希望轉子永磁體磁極能在工作氣隙內產生接近正弦波形的磁場 ⑶通常采用無位置傳感器方式 ⑷控制電路比較復雜 ⑸力矩脈動小 ⑹控制精度高、動態性能好 ⑺價格比較貴 無刷直流電動機 無刷直流電動機是在有刷直流永磁電動機的基礎上發展起來的宏觀上看，無刷直流電動機與有刷直流永磁電動機基本上具有相同的運行機理：施加在電動機上的電壓都是恒定不變的直流電壓，輸入電機電動機的電流都是直流電流，作用在電樞線圈上的電壓極性和通過電樞線圈的電流方向都是交變的，電樞線圈內的感應電動勢的波形基本上是相似的。 下圖是一個簡單的三相繞組兩極直流無刷電機模型，同樣運用左手電磁力定則可以判斷電機轉動原理。 不難看出，在換相過程中，定子各相繞組在工作氣隙內所形成的旋轉磁場是跳躍式的，這就是為什么電磁力矩脈動較大的原因。 有刷ＤＣ和無刷ＤＣ的直觀對比圖 無刷直流電動機與有刷直流電動機一般性比較 對轉子位置的判斷目前應用最廣泛的有兩種方法，一是轉子位置傳感器，例如霍爾ＩＣ，另外一種是檢測無刷直流電機相電壓，利用相電壓的采樣信號運算后得出。在無刷直流電動機中總有兩相繞組通電，一相不通電，一般無法對通電繞組測出反電勢。因此通常以剩余的一相作為轉子位置檢測信號用線，捕捉到反電勢，通過專門設計的電子線路換相，反過來控制給定子繞組施加矩形波電壓。 我們直流變頻空調風扇電機采用最多的是第一種，主要是電機運行環境不復雜，可以使控制器開發起來也容易。 霍爾ＩＣ傳感器是根據霍爾效應原理產生的，霍爾效應現象就是導體或半導體中的任何帶電粒子，在磁場中會運動到一邊，形成一個與磁場力相平衡的電場力，于是此電場就有一個電壓，采集該電壓作為信號。 無刷直流電動機的調速和有刷直流電動機一樣，都是通過調節施加在電樞繞組兩端的電壓大小來調節。無刷直流電動機逆變器里的六個功率開關器件都是高頻率開關元件，一般為20KHz，我們可以控制它在每個周期里的導通時間長短，來控制施加在電樞繞組兩端電壓的有效值大小，進而控制轉速。這種調速方式專業術語為ＰＷＭ調速。 目前兩款最具代表型號是FW30G-ZL和FN10B-ZL。 前者為室外風機，后者為室內風機。 電機內部三相繞組，每齒繞制方向需同向，匝數相等，每相間隔兩齒繞制，最后三個尾巴相接，三個頭接驅動板。轉子為８極注塑磁環。 電機共有5根引線，線色代表及作用如下： 這5根引線插接到室、內外機主控板上，由主控板程序控制電機轉速，由于采用了閉環控制，電機轉速非常穩定。 ★室內機FG信號為每轉12脈沖 直流無刷電動機有哪些優點 調速性能好 能在很寬的速度范圍能運行，而且穩定。同一款電機可以滿足不同空調系統的速度要求。 效率高 單相異步電動機效率最高４０％～５０％，而直流無刷永磁電動機效率一般可達到８０％～９０％，對提高空調空調能效等級有很大的幫助。 永磁同步電動機 所謂同步電機就是它的旋轉速度必定與輸入電壓的頻率相互同步。旋轉速度與輸入電壓頻率的相互同步有兩種方式：一種是電動機的旋轉速度隨著輸入電壓頻率的變化而同步地變化；另一種是輸入電壓的頻率隨著電動機旋轉速度的變化而同步地變化。前者就是傳統的交流同步電動機它輸入的電壓頻率取決于外部電網或獨立變頻器的頻率。后者則需要根據轉子位置信號去控制定子各相電樞繞組的導通順序和導通速率，也就是我們通常說的自同步式永磁同步電機(PMSM)或正弦波永磁同步電動機。 普通三相交流同步電動機運行原理是三相電樞繞組通入三相對稱電流，會在氣隙中產生一個幅值不變的圓形旋轉磁場： 自同步永磁同步電動機(PMSM)采用恰當的正弦脈寬調制(SPWM)或空間矢量脈寬調制(SVPWM)的逆變器來達到普通三相交流同步電動機的運行條件，使逆變器輸出電壓為三相對稱脈寬調制電壓，接到電動機的三相繞組后，產生三相對稱電流，并最終形成幅值不變的圓形旋轉磁場。由于其磁場為連續旋轉磁場，所以輸出電磁轉矩脈動小，運行更為平穩。這種電機比無刷直流電動機還要優良，當然其開發難度也非常大，主要難點在控制器的開發。詳細了解可以聽明天的控制器講座。 |
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