变频空调变频电路分析_我的嵌入式(硬件)学习之路_百度空间

变频空调变频摸板电路分析一

编者按:随着家用的普及,空调成为目前的维修热点和维修利润的赚取点,其中的对于来说是最为困惑的。本文借KFR- 32GWA/BP变频空调的变频功率模板,对“”智能变频模块“PM20CTM060”的进行分析,揭开变频输出电路的神秘面纱,增加你的维修信心。变频空调采用的是当代比较先进的变频应用技术,变频空调的压缩机转速由CPU控制可根据工作环境和人工设定进行调速,从而改变制冷量,满足人们对空气调节的主观要求。变频空调具有启动电流小,适应电压范围宽,快速制冷和制热,低温制热能力强,噪音低,性能稳定,可靠性高,寿命长,使用舒适,控制智能人性化等特点。

变频电路有交流变频和直流变频两种形式。
    两种变频输出的不同主要是CPU控制变频功率模块的六个功率管导通的个数、相位和脉宽的差异,将直流电经过变频功率模块,交流变频输出频率可变的三相交流电,直流变频输出频率可变的脉动直流电。


交流变频压缩机的电机是一般的三相异步交流电机,直流变频压缩机的电机是直流无刷永磁转子电机。

    变频功率模块又称智能电源晶体管,简称IPM,呈厚膜一体封装。本文重点介绍交流变频空调的输出电路,常见的变频功率电路有三种。

一种是使用单独的IPM,如图1所示,IPM有11个端子,直接焊在室外控制主版上;一种是IPM和变频电路做成的一体化电路板,整个组合电路用聚脂封装,和控制主板之间用通讯端口控制,是无法维修的;一种是采用IPM和驱动电路或电源电路组合的变频功率模板,IPM有21个端子,控制元件可见,可以维修,和控制主板有信号线连接。


新科KFR-32GWA/BP变频功率电路板如图2所示,属于第三种。
IPM焊在电路的背面,如图3所示。



同板的相关电路主要有开关电源和变频驱动电路,重要元件在如图4所示的元件分布图上标出,虚线为板反面的IPM,在正面有端子焊出。数字1∽7为光藕,数字8为保护三极管。电路板为双面板结构,即两面都有铜箔,在分析和检修时要注意。


变频空调变频摸板电路分析二

一.IPM简介


1.端子介绍
IPM的外型及端子排列如图5所示。
内部结构如图6所示。
原理简图如图7所示。
IPM为塑料厚膜封装,两旁的孔为散热片固定螺丝孔,一边排列15个端子,另一边为5个接线柱。
Vfo端为IPM保护信号输出, IPM主要有直流过流、模块过热两种保护。
P接线柱为直流300V电源的“+”极;
N接线柱为直流300V电源的“-”极,和模块的N端子相通;
接线柱U、V、W接压缩机,接线柱U、V、W在厚膜内分别和另一面的U、V、W端子相通。
根据图7可看出:
端子U和u、V和v、W和w构成上臂三个触发回路;
端子N和x、N和y、N和z构成下臂三个触发回路;
端子E和N为下臂触发电路工作电源;
端子Eu和U,Ev和V,Ew和W分别为上臂触发电路的三个工作电源回路。


图6

2.工作过程
CPU控制6个触发端子u、v、w、x、y、z使IPM的上臂和下臂的六个功率管按照“三相六拍”的正弦规律导通和截止,在输出端U、V、W产生近似标准的三相正弦交流电,使变频三相压缩机运转。
“三相六拍”的触发信号由CPU控制,根据检测的参数CPU可以改变输出交流电的频率,从而可以使压缩机的运转速度变化。实际测量可以通过输出三相交流电压的大小判断转速,电压升高,速度变快;电压降低,速度变慢。
开机伊始IPM输出40V左右三相交流启动电压,使压缩机低频启动,减小启动电流和避免对电网造成冲击。
启动之后1分钟左右,提速进入一个过渡阶段,交流电压为100V左右。
之后根据设定温度进入变频控制阶段,{zd0}输出电压可达到交流200V。

三相六拍步进电机控制

矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数,矩角特性好,步进电机启动转矩就大,运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍,因此在很多情况下,三相步进电机采用三相六拍运行方式。三相步进电机工作在三相六拍运行方式时,每个状态的变化使电机转动1/6齿距,三相激励规律为A-AB-B-BC-C-CA共六拍,对应时序如图1所示。A、B、C分别代表接到三相步进电机A相、B相、C相绕组的驱动脉冲。通常,步进电机的脉冲控制是由逻辑电路实现的。在计算机控制的系统中,也可以通过编制程序,由扩展I/O口输出脉冲来决定电机的运行方式、方向及转速。

三相单三拍: 正转:A→B→C→A …相序通电

                    反转:C→B→A→C …相序通电

三相双三拍: 正转:AB→BC→CA→AB …相序通电

                     反转:CA→BC→AB→CA …相序通电

三相单双六拍: 正转:A→AB→B→BC→C→CA→A …相序通电

                       反转:A→CA→C→BC→B→AB→A …相序通电


无传感器直流无刷电机控制原理

    无刷电机的定子为三相对称绕组,采用两相通电方式时控制电路按照一定的顺序向定子的两相通入直流电流,产生定子磁势Fa;转子为永磁材料,产生磁势Ff,通过两者的相互作用,可以产生电磁转矩T=FaFf|sinθ|,显然,当θ=60°~120°时,平均电磁转矩{zd0}。故检测转子磁势位置时,当定转子磁势夹角为60°时,三相绕组中的某两相导通,转过60°时,其中一相的功率管关断,另一相中的功率管导通。这样,保证定转子磁势夹角为60°~120°,达到转矩{zd0}的目的。由于每次转过60°只关断一个功率管,故每个功率管导通角度为120°,这种方式为120°导通方式。

    主电路采用三相全控桥,如图1所示。图2为三相6拍工作方式下典型的相电压反电势波形图。由图2我们可以清楚地看到,在该相悬空状态(过零点前后30°区域)下,绕组感应反电势按正弦规律变化,平顶部分为绕组通电激励时逆变换相主电路电压钳位引起的。换相点发生在过零点后30°,使用反电势法来实现电子换相,就是在过零点检测电路检测到过零点后30°进行换相。三相6拍工作方式下,导通次序为S1,S2-S2,S3-S3,S4-S4,S5-S5,S6-S6,S1-S1,S2。基于反电势的电子换相方法有多种,如“1/2母线电压比较法”、“端电压比较法”等,但这些测量方法都存在抗干扰能力弱的问题,特别是在PWM调制情况下,测量时必须采取专门措施避开或抑制干扰,增加了控制电路的复杂性,并且可能产生换相滞后。采用“虚拟中点法”可以解决以上问题,并且在PWM调制情况下,其开关噪声不会影响相绕组的过零测量,检测电路也较简单。


在静止或低速状态下反电势值为0或很小,无法用反电势法来判定转子的位置,通常采用三段式起动方式来解决这个问题,即先按他控式同步电机的运行状态从静止开始加速,当达到一定的转速时再切换到反电势法控制状态,包括转子定位,步进起动和自由切换三个阶段。转子定位时首先导通两个功率管,一般来说先导通S6及S1,一定时间后就完成转子的初始定位。步进起动时从初始位置开始,按前面的导通次序依次导通各功率管,但导通时间按一定规律递减,以达到提速的目的。步进起动结束后进行自由切换,保证换相的正确性,同时,PWM斩波使直流侧电压逐渐加到主电路上,使无刷电机的转速按控制要求加速,相当于电机转速的软起动过程,这样就避免了电机在起动初期会产生大电流,减少了对主电路的冲击,延长了功率管的寿命。



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