空調用變頻電源若干問(wèn)題探討AFewProblemsDiscussiononFrequencyConversionAirConditioner(FCAC)P

作者：時(shí)間：2006-05-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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摘要：概述國內空調變頻電源的研制狀況，分析空調變頻電源的使用條件，介紹新型的適用部件——集成功率級。

Abstract:This paper briefly describe preparation conditions of(frequency conversion air conditioner)PS in China,analyzes operationing conditions of(frequency conversion air conditioner)PS and introduces new－type practicable part——integrated power level.

關(guān)鍵詞：空調變頻電源集成功率級

Keywords:Frequen cyconversion air conditioner，Integrated power level

1 引言

　　80年代初期，日本東芝公司最先將交流調速技術(shù)應用于空調器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調的70％以上。變頻空調所具有的舒適、節能等優(yōu)點(diǎn)是普通空調難以做到的。國內對變頻空調的研究始于90年代初期，許多高校、廠(chǎng)、所一度都投入了大量人力物力進(jìn)行研制，但基本上沒(méi)有達到目標。直到96年下半年，以巨資引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的變頻空調產(chǎn)品才進(jìn)入市場(chǎng)，打破了國內變頻空調研制開(kāi)發(fā)的徘徊局面。在此后的短短一年多時(shí)間內，就陸續有多家廠(chǎng)商推出同類(lèi)產(chǎn)品，逐漸形成了變頻空調開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的熱點(diǎn)。

　　考查國內變頻空調研制過(guò)程，有幾點(diǎn)是值得注意的：

　?。?）變頻空調不等于普通空調加變頻電源。變頻空調本身是一種機電一體化產(chǎn)品，除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。國內研制變頻空調初期，由于壓縮機來(lái)源的限制，多數著(zhù)眼于現有單相電容電機或兩相電機。采用單相電機（電容或電阻分相），變頻電源結構為單相輸入單相輸出（單入單出），雖然不改動(dòng)現有壓縮機，減少了投資，但由于電機磁場(chǎng)在原理上不是圓形，并且頻率變化時(shí)電機容抗也隨之變化，開(kāi)關(guān)損耗大、系統效率低、運行性能和節能效果并不理想。

　　采用兩相電機，變頻電源為單入雙出，嚴格90°分相，去掉了電容或電阻，電機只需重新繞線(xiàn)即可。由于兩相繞組相同、工藝簡(jiǎn)單、成本增加不多，并能保證圓形磁場(chǎng)。但這種方法電壓損失嚴重、鐵心利用率低、效率不高。盡管有若干采用此方法的報導[1，2],但其實(shí)用價(jià)值并不大。

　　在理論上和實(shí)踐上比較成熟的變頻結構是單入三出形式。由變頻電源將單相交流電分成三相交流電驅動(dòng)三相異步電機，具有調速平滑、技術(shù)相對成熟、控制方法多樣、電機運行特性好、效率較高等優(yōu)點(diǎn)。

　?。?）變頻空調的技術(shù)問(wèn)題不僅僅是變頻調速問(wèn)題。例如，由于壓縮機改變轉速引起的流量問(wèn)題。在變頻條件下，普通空調所采用的毛細管節流元件已不適用。

　?。?）空調變頻電源與一般的通用變頻器相比有自身的特殊使用條件[3]。對于這種特殊性認識不足，沿用通用變頻器的研制思想來(lái)開(kāi)發(fā)空調變頻電源，必然難以具有實(shí)用價(jià)值。

　　目前，變頻空調作為新一代空調產(chǎn)品在國內正漸成氣候，預計到2000年左右將形成高潮。與之配套的變頻電源，除了引進(jìn)生產(chǎn)之外，國內的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)亦已上軌道[4]。優(yōu)化控制策略，精選功能組件，是空調變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2 空調變頻電源的使用條件

　　空調變頻電源在設計上應著(zhù)重考慮以下幾點(diǎn)：

　?。?）體積。變頻電源在空調中僅僅是一個(gè)功能部件，這決定了對它體積上的嚴格要求。這種要求與電力電子器件的發(fā)展方向是一致的。以智能功率模塊（IPW）為例。由于減少了漏電感的板狀配線(xiàn)與大電流電路板以及高性能的冷卻系統等，不僅大大提高了逆變器性能，而且在十幾年間，0.75kW逆變器的體積減小到不到原來(lái)的10％。

　?。?）電壓調節。目前國內居民用電存在著(zhù)電壓波動(dòng)較大的問(wèn)題。如果在設計上對變頻電源的電壓調節能力考慮不周，在實(shí)用中就會(huì )出現轉矩波動(dòng)，嚴重影響整機性能。電壓調節的實(shí)現主要靠PWM方法完成。

　?。?）低頻段性能。盡管空調變頻電源的調速比不大，但因其大部分時(shí)間工作在低頻保溫段，因而對其低頻段的PWM特性要求較高，特別是功率開(kāi)關(guān)的互鎖時(shí)間應盡量小，該時(shí)間對低頻性能影響較大。

　?。?）可靠性。變頻電源長(cháng)年連續室外工作，其可靠性要求是不言而喻的。

此外，在開(kāi)關(guān)損耗、反饋信號接口和成本等方面，也有一些特殊要求。有一些問(wèn)題屬于控制級的，要在軟件和控制電路上做工作；有一些屬于功率級的，則要在模塊、部件的選用上做工作。

3 集成功率級

　　智能功率模塊（IPM）僅僅是解決了逆變橋和驅動(dòng)電路的集成問(wèn)題，作為變頻電源應用，需另配整流橋，不僅使系統體積增大，而且整流橋與IPM之間的雜散電感很難克服，在應用上帶來(lái)不便。

　　國際整流器公司（IR）近年推出的集成功率級（Integrated Power Stage，注冊名POWIRTRAIN），為交流電機驅動(dòng)提供了全套的功率轉換方案，從它的規格指標看，很適合作空調變頻電源的功率級。集成功率級包括兩個(gè)相互配合的部分，一個(gè)是功率模塊，包括單相或三相整流橋和三相逆變橋；另一個(gè)是驅動(dòng)板，包括高壓驅動(dòng)器和板上電源等；具備過(guò)流、過(guò)熱和接地等保護功能，并給出電壓和電流反饋信號、控制電路接口等。功率模塊直接插接在驅動(dòng)板上，包含濾波電容在內的整套系統尺寸（以0.75kW產(chǎn)品為例）僅有71mm×71mm×57mm，其精巧程度由此可見(jiàn)。系統經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的優(yōu)化，使用它可以將開(kāi)發(fā)人員的主要精力投入到策略的研究上來(lái)。

　　作為在空調變頻電源應用的實(shí)例，將其參數列于下面（以用于0.75kW電機的POWIRTRAINIRPT1059為例）。

輸入電壓單相,50Hz～60Hz