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一、基础概念篇 1、制冷系统的原理 2、直流变频系统简介 3、常见制冷系统故障分析 二、直流电机、直流压缩机知识篇 1、直流变频空调风扇电机原理及维修 2、滚子式直流变频压缩机介绍 三、直流变频控制原理篇 1、变频空调的控制系统 2、直流变频压缩机驱动的基本原理 3、变频控制系统的实现 基础概念篇 一、热力学的基本知识和空调制冷原理 二、直流变频空调特点 三、常见制冷系统故障分析 热力学的一些基本知识 表征气体状态参数的三个物理量： 温度/压力/比体积 （1）温度：摄氏温标℃ 华氏温标℉ 热力学温标K 换算关系：华氏=9/5 t+32 k=273.15+t （2）压力 Pa 1Pa=1N/M2 1MPa=106 Pa=10kgf/cm2 P= Pb+ Pg （大气压 Pb ；表压力Pg ） （3）比体积：V= v/m3 （单位质量的物质所占体积） （4）焓：物质所含内能与物质所作推挤功之和，是计算空调换热的常用物理量。 空调制冷剂在一个循环系统中，通常包含着温度、压力，以及体积的变换，通过计算这些变化量，可以得出空调的制冷能力 实验室常用的测试空调制冷量的方法： （1）焓差法量热计 通过测量空调室内机进风和出风口的温度差，计算出单位时间内交换的热量。 （2）热平衡法量热计 内机不装风口，通过分别测量室内侧，室外侧达到平衡时的热量，计算出整机的冷量。室内外侧是通过水系统循环计算平衡时的热量。 热力学第一定律：即能量守恒定律，在一定条件下，热能与机械能可以相互转化，转化后的能量总和不变。 热力学第二定律：要使热量从低温物体间接地传给高温物体，必须消耗一定能量进行补偿 热力学第一定律揭示能量守恒的原理，是一切换热计算的基础，作用同万有引力定律 热力学第二定律为空调的设计开发提供了理论的基础 制冷系统简图  气化：气化是液体变化为气体时的吸热过程，如工质在蒸发器内所发生的过程 压缩：制冷剂工质在压缩机中发生了多变的压缩过程，但是因为工质状态变化在很短时间内完成，故在理论上计算可以看作近似的绝热可逆等熵压缩过程 冷凝：工质在冷凝器内所作的等压放热过程 节流：制冷工质通过节流机构，流动阻力极大，使工质压力从高压变为低压，其中有一部分液体还达到了该压力下的饱和温度而沸腾。可将节流过程近似看作等焓过程.家用机主要节流元器件是毛细管和电子膨胀阀. 一. 变频空调特点  1.1适应负荷的能力 常规空调的制冷能力随着室外温度的上升而下降，而房间热负荷随室外温度上升而上升，这样，在室外温度较高，本需要空调向房间输出更大冷量时，常规空调往往制冷量不足，影响舒适性；而在室外温度较低时，本需要空调向房间输出较小冷量，常规空调往往制冷量过盛，白白浪费电力。而变频空调通过压缩机转速的变化，可以实现制冷量随室外温度的上升而上升，下降而下降，这样就实现了制冷量与房间热负荷的自动匹配，改善了舒适性，也节省了电力。  1.2温度调节方法 以制冷状态为例，图3表示的为常规空调的温度调节方法，其中T为室内温度，Ts为设定温度，达到设定温度压机停，室内温度高于设定温度一定程度时，压缩机重新开启。图4为变频空调的温度调节方法，室温每降低一定程度，运转频率就降低一档，相反，室温每升高一定程度，运转频率就升高一档，即室温越高，运转频率越大，以便空调快速制冷，室温越接近设定温度，运转频率就越小，提供的制冷量也越小，以维持室温在设定温度附近，温度波动小。  定频能效等级/变频能效等级 ：  EER(能效比)=制冷量/功率，也就是目前定频空调用于评定能效等级的数值依据。它是在一个固定工况下（室内27/19度，室外35度环境条件），空调整机测试得出的数值，是一个实际测试值。 SEER(季节能效比)，是目前变频空调用于评定能效等级的数值依据。以下描述不够准确，但是为了便于理解，可以简化理解为SEER是在一系列工况运行条件下测试的EER的加权平均值，是一个计算值。 变频新国标规定的具体用户使用环境温度和加权小时数如下：  在室外环境低于30度以下时，压缩机会根据负荷大小降低运转频率，此时会获得很高的能效比 第一种，如果用户使用空调时间比较长，全年使用时间在3～4个月左右或者以上，即超过1136小时，而且室外环境温度在24到30度之间的较低温度下都使用空调制冷。则按照最新变频机的能效国标（GB21455-2008）作为对比依据，使用变频能效比SEER作为对应依据。可以得出结论， 4级能效以上的变频机型的能效比都要高于1级能效的定频机，即4级能效的变频机型相当于1级能效的定频机。 第二种，如果用户使用空调时间比较短，只是在天气最冷和最热的时段使用空调，使用时间远远小于3个月（此种情况更加符合实际使用情况）。则按照定频机GB/T7725的能效标准的额定能效作为对比依据，使用额定制冷量对应的能效比EER作为对应基础。 变频机适当考虑到大多数用户会在室外环境温度在30到35度之间使用空调制冷，全年按照700小时左右计算，结合变频机的变频优势可以得出结论是大多数情况下变频机的能效等级较定频能效等级可以提高一到二个能效等级，即4级能效的变频机约相当于3或者2级能效的定频机，具体提高的幅度取决于用户使用空调的环境温度和使用习惯。 二、空调系统的组成 1.主要构成部件（按制冷剂的循环流路）： 压缩机-(四通阀)-冷凝器-毛细管-蒸发器 2.附属结构： 室内机：面板，面板体，底壳，接水盘扫风结构、电机，风叶，过滤网，扫风板，显示器，电器盒等 室外机：面板，底盘，右侧板，顶盖板，格栅，中隔板，电器盒部件，吸排气管路 连接结构：连接管，电源线 1.变频空调系统组成： ·控制系统与感测装置 ·室内热交换器及风扇电机 ·室外热交换器及风扇电机 ·电源与变频器 ·变频压缩机（含驱动马达） ·制冷剂回路与回路控制装置 变频空调系统结构实例  变频机用不同类型的压缩机区别： 格力变频机主要采用的压缩机结构：双转子直流变频 其中睡美人采用三洋双转子直流变频压缩机， 睡梦康，睡梦宝采用三菱双转子直流变频压缩机  主要制冷剂比较  R22系统与R410A系统区别： 1.润滑油：R22使用矿物油R410A使用酯类油，两者只能与相应的制冷剂互溶，不可混用.酯类油容易吸水，因此相应制冷系统的水分管理方面要求更为严格。 2.密封阀类： R22可使用塑料类阀芯，R410A只能用钢或铜阀芯，不可混用，因为R410A系统用的酯类润滑油对塑料阀芯有浸润作用，塑料会膨胀 阀类包括：四通阀，单向阀，截止阀等 R410A空调器匹配参数  可能遇到的问题 冷媒泄漏 由于R410A系统压力高容易造成系统冷媒泄漏，因此在配试时如果发生可能是以下几处泄漏：  变频式空调器特点与优点 节能效果： 变频式空调系统连续运转，空调能力与能效比（EER）的关系如下图： 2.传统压缩机以开-关方式控制驱动马达运转，在每次启动压缩机马达过程中因需要较大的启动电流而耗用较多的电能。变频式空调器是依室温,设定温度,室外温度等控制参数做连续的转速调制，系统运作中不会因压缩机经常启动而造成额外的电能损失。 舒适效果 变频式空调器的舒适效果来自于以下几个方面： 启动后到达设定温度速度快：由于变频空调系统具有改变容量的特性，在系统初开机时室温与设定温度相差很大之际，可利用较高的压缩机转速即较大的容量方式运转使室温能更快速地到达设定温度，缩短降温时间； 室温变化小且平稳：传统式空调系统容量固定，仅仅利用热敏控制系统对压缩机进行“开”和“关”的控制以达到控制温度于一定范围内的目的，变频空调系统的容量是跟踪温度调变，使室温可以在平顺的变化保持在设定温度上下较小的范围内。 3.噪声脉动小：变频空调系统没有经常的开-关，启动压缩机的动作，不会造成类似一般窗机的启停压缩机时所产生的振动和噪声。 4.制热效果增强：一般的空调系统容量若以冷量为设计点，则热量均明显不足，变频系统可以在高速下运转，增加制热效率。 5.除湿没有冷感：变频式空调系统可以控制在最低的运转速度和最小的送气率，可不改变室温但具除湿效果。 降低电源电力品质的干扰： 对电源频率和电压敏感度低 ： 系统寿命长可靠性高 ： 适合更大的气候区： 常见制冷系统系统故障分析 系统的各部分压力及其变化情况 对于R22系统,在额定制冷工况下，冷凝压力为19Kg/cm2左右，蒸发压力为5 Kg/cm2左右。在维修过程中现场的环境温度肯定会偏离标况，冷凝压力、蒸发压力随之变化，当室外机温度上升大于标况，冷凝压力将增大，反之降低。蒸发压力也会同向变化。在判定制冷剂是否符合标准时，一定要考虑当时的环境温度、冷凝和蒸发压力及运行电流情况，才能作出准确判定。 压缩机损坏 压缩机的损坏（即故障）常有烧坏电 机线圈和卡缸两种情况： 烧坏电机线圈： 检查可用万用表量度判断原因。 线圈的制做材料和制冷系统的清洁度都是引起线圈烧坏的原因。 处理方法：更换压缩机 2.卡缸： 检查可用钳形表查电流及观察过载保护的通、断情况； 原因可能是：材料精加工；系统的清洁度；电压偏低。 处理方法有：增大启动电容或用木棍敲打压缩机，使压缩机转子离开死点，如前两种方法无效，只有更换压缩机。 四通阀故障的判定 四通阀常见故障为：误动作，不动作，有异响。 没有发出冷热转换指令，四通阀却自动换向，这是四通阀的误动作。一般情况下，误动作都是由于四通阀内部漏气所造成。维修时需更换四通阀。 发出冷热转换指令，四通阀却不换向，这是四通阀的不动作。一般情况下，先按线路图检查接线和四通阀线圈，若接线和线圈无问题，则是四通阀故障。可敲打阀体使其换向,若没有效果,则需更换四通阀。 四通阀在工作时，发出“吱吱”的尖叫声。此时应检查电磁阀线圈，若更换线圈后，异响消失，则是线圈故障；否则，需更换四通阀。 毛细管故障 当毛细管出现故障时，会使空调器的制冷量不 足或不制冷。毛细管常见故障：破裂、堵塞。 毛细管破裂一般是在弯曲过程中受损，这样在运输中由于碰撞、振动就会导致破裂，造成制冷剂泄漏。 毛细管的堵塞，可能是由于： ①系统内部的杂质积聚形成的； ②焊接操作火候掌握不当，焊料使其堵塞； ③毛细管插入过滤器过深（触网），使其堵塞。 ④毛细管内有水份,结冰引起冰堵. 变频机型故障分析 电气安全注意事项 强电与弱电应尽量分开走线,避免干扰的相互影响. 走线避免与相关钣金件相接触,防止线皮被划伤. 相关磁环应加线扎固定好,防止其出现松脱. 理线过程中不得对端子施于过大的力,防止端子出现断裂情形. 走线长度必须留有一定的余量,防止过度用力使线出现断开或损伤的情形. 线不得与发热高温元器件接触,防止线皮在高温情况下加速老化. 走线应该尽量避开主芯片,特别是高频信号线(压缩机线,电感线,电容线等). 散热硅胶必须涂均匀,模块与散热器良好接触,防止散热不良. 剪线扎时要防止剪到导线. 相关问题分析 案例：主板烧坏: 检查要点:可能有两方面原因.1模块质量问题2感温包绝缘损坏(已出现多起因为感温包绝缘损坏导致主板烧坏的情形),直流变频采用的电源为开关电源,不是安全隔离变压器,不存在真正意义上的弱电. 相关措施:更换主板,更换相关感温包. 案例：外机带电 检查要点:1绝缘出现损坏2外机未良好接地(在外机为直流电机的情况下,外机存在感应电压,接上地之后消失). 相关措施:1找出绝缘损坏的元器件(滤波器等)或相关配线,更换.2良好接地. 湖南反馈睡美人变频机上电后显示板闪烁,蜂鸣器嘀嘀响,按键和遥控器不起作用 深圳售后反馈客户装两套机,一套内机安静运行,另外一套内机有嗡嗡声. 直流电机、直流压缩机知识篇 一、直流变频空调风扇电机原理及维修 二、滚子式直流变频压缩机介绍 什么是直流变频空调 采用了直流变频压缩机的空调称为直流变频空调，如果风扇电机也采用直流变频电机，市面上有称呼为全直流变频空调。 直流变频其实际表征的意义是直流调速，普通空调使用定速压缩机，不管房间环境怎么样，其状态要么是全负荷运转，要么是停机状态，很不省电。直流变频空调可以根据房间温度的高低，让压缩机运转在适当的转速下。 在直流变频出现之前，有一个中间过渡产品，叫交流变频，它所用的压缩机电机为普通交流三相感应电动机。虽然也能调速，但电机效率不高。节能效果一般。 市面还有一些炒作概念，叫数字直流变频空调。 什么是风扇电机 风扇电机经常简称为风机，而空调系统人员的理解是包括电机和风叶两部分。它其实就是空调系统里的送风装置，强化两器的热交换能力。 风扇电机包括室内和室外送风电机，其功率范围从几瓦到几千瓦，属于中小型电动机。 可以按工作电源分类，如交流和直流；可以按结构及工作原理分类，如同步电动机和异步电动机，还可以按安装方式分为立式和卧式。 应用场合 目前我们公司产品类型及对应风扇电机代号如下表： 另外家用分体室内机扫风电机使用MP系列减速永磁步进电动机，柜机室内机和窗机扫风电机使用单相永磁齿轮减速同步电动机（SM表示） 备注：我们公司在标识直流电机时，家用机在型号末尾加—ZL，例如FW30G-ZL；商用机在代号后加Z，例如FGZ750A。在标识PG电机时，型号后面加—PG 直流变频风扇电机 直流变频=直流调速 包括两个部分：电机本体和控制器 根据控制策略和电机本体的不同又可细分为两种： ⅰ、无刷直流电动机（BLDCM）或称矩形波永磁同步电动机 ⅱ、永磁同步电动机（PMSM） 或称正弦波永磁同步电动机 控制明天有专门讲师讲解，电机本体这两种电机外观大致相似，定子为三相电枢绕组，一般为星形联结，转子为永磁转子，有的加上转子位置传感器。为了配合发挥控制策略，永磁转子在磁钢的安装方式和位置有区别，具体点讲BLDCM反电势波形是一个为梯形波，PMSM反电势波形是一个正弦波。 两种对比 无刷直流电动机（BLDCM） ⑴电枢绕组利用不充分 ⑵希望转子永磁体磁极能在工作气隙内产生接近矩形波或梯形波的磁场 ⑶通常采用霍尔器件作为电动机的转子位置传感器 ⑷控制电路比较简单 ⑸力矩脉动比较大 ⑹控制精度比较低 ⑺价格比较便宜 永磁同步电动机（PMSM） ⑴电枢绕组利用好 ⑵希望转子永磁体磁极能在工作气隙内产生接近正弦波形的磁场 ⑶通常采用无位置传感器方式 ⑷控制电路比较复杂 ⑸力矩脉动小 ⑹控制精度高、动态性能好 ⑺价格比较贵 无刷直流电动机 无刷直流电动机是在有刷直流永磁电动机的基础上发展起来的宏观上看，无刷直流电动机与有刷直流永磁电动机基本上具有相同的运行机理：施加在电动机上的电压都是恒定不变的直流电压，输入电机电动机的电流都是直流电流，作用在电枢线圈上的电压极性和通过电枢线圈的电流方向都是交变的，电枢线圈内的感应电动势的波形基本上是相似的。 下图是一个简单的三相绕组两极直流无刷电机模型，同样运用左手电磁力定则可以判断电机转动原理。 不难看出，在换相过程中，定子各相绕组在工作气隙内所形成的旋转磁场是跳跃式的，这就是为什么电磁力矩脉动较大的原因。 有刷ＤＣ和无刷ＤＣ的直观对比图 无刷直流电动机与有刷直流电动机一般性比较 对转子位置的判断目前应用最广泛的有两种方法，一是转子位置传感器，例如霍尔ＩＣ，另外一种是检测无刷直流电机相电压，利用相电压的采样信号运算后得出。在无刷直流电动机中总有两相绕组通电，一相不通电，一般无法对通电绕组测出反电势。因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用线，捕捉到反电势，通过专门设计的电子线路换相，反过来控制给定子绕组施加矩形波电压。 我们直流变频空调风扇电机采用最多的是第一种，主要是电机运行环境不复杂，可以使控制器开发起来也容易。 霍尔ＩＣ传感器是根据霍尔效应原理产生的，霍尔效应现象就是导体或半导体中的任何带电粒子，在磁场中会运动到一边，形成一个与磁场力相平衡的电场力，于是此电场就有一个电压，采集该电压作为信号。 无刷直流电动机的调速和有刷直流电动机一样，都是通过调节施加在电枢绕组两端的电压大小来调节。无刷直流电动机逆变器里的六个功率开关器件都是高频率开关元件，一般为20KHz，我们可以控制它在每个周期里的导通时间长短，来控制施加在电枢绕组两端电压的有效值大小，进而控制转速。这种调速方式专业术语为ＰＷＭ调速。 目前两款最具代表型号是FW30G-ZL和FN10B-ZL。 前者为室外风机，后者为室内风机。 电机内部三相绕组，每齿绕制方向需同向，匝数相等，每相间隔两齿绕制，最后三个尾巴相接，三个头接驱动板。转子为８极注塑磁环。 电机共有5根引线，线色代表及作用如下： 这5根引线插接到室、内外机主控板上，由主控板程序控制电机转速，由于采用了闭环控制，电机转速非常稳定。 ★室内机FG信号为每转12脉冲 直流无刷电动机有哪些优点 调速性能好 能在很宽的速度范围能运行，而且稳定。同一款电机可以满足不同空调系统的速度要求。 效率高 单相异步电动机效率最高４０％～５０％，而直流无刷永磁电动机效率一般可达到８０％～９０％，对提高空调空调能效等级有很大的帮助。 永磁同步电动机 所谓同步电机就是它的旋转速度必定与输入电压的频率相互同步。旋转速度与输入电压频率的相互同步有两种方式：一种是电动机的旋转速度随着输入电压频率的变化而同步地变化；另一种是输入电压的频率随着电动机旋转速度的变化而同步地变化。前者就是传统的交流同步电动机它输入的电压频率取决于外部电网或独立变频器的频率。后者则需要根据转子位置信号去控制定子各相电枢绕组的导通顺序和导通速率，也就是我们通常说的自同步式永磁同步电机(PMSM)或正弦波永磁同步电动机。 普通三相交流同步电动机运行原理是三相电枢绕组通入三相对称电流，会在气隙中产生一个幅值不变的圆形旋转磁场： 自同步永磁同步电动机(PMSM)采用恰当的正弦脉宽调制(SPWM)或空间矢量脉宽调制(SVPWM)的逆变器来达到普通三相交流同步电动机的运行条件，使逆变器输出电压为三相对称脉宽调制电压，接到电动机的三相绕组后，产生三相对称电流，并最终形成幅值不变的圆形旋转磁场。由于其磁场为连续旋转磁场，所以输出电磁转矩脉动小，运行更为平稳。这种电机比无刷直流电动机还要优良，当然其开发难度也非常大，主要难点在控制器的开发。详细了解可以听明天的控制器讲座。 |
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