基础篇

第1章 变频空调基础知识

第1节 变频空调的特点和基本原理

一、变频空调的特点

变频空调（变频空调器）是相对定频空调而言的。定频空调的压缩机采用220V或380V的50Hz交流电供电，其转速不变。此类空调依靠压缩机不断地运转/停止来调整室内温度，除了使人感觉温差大，还浪费了较多的电能。而变频空调利用变频器将50Hz市电电压频率变换为30～130Hz的变化频率，变频空调每次开始使用时，通常是让压缩机高频、高速运转，以最大功率、最大风量进行制冷或制热，使室内温度迅速接近所设定的温度；当室内温度接近所设定的温度，并被单片机识别后，单片机控制压缩机进入低频、低速的低能耗运转状态，使室内温度趋于稳定，避免了压缩机频繁地开开停停。这样，不仅提高了舒适度，而且实现了高效节能的目的。

变频空调通过提高压缩机工作频率的方式增大了制热能力，不仅最大制热量比同品牌、同级别的定频空调要高一些，而且低温下仍有良好的制热效果。变频空调可根据环境温度自动选择制冷、制热或除湿运转方式，室温波动范围小，不仅提高了舒适度，而且节约了电能。此外，变频空调可在低电压条件下启动，彻底解决了空调在某些地区因电压较低难以启动的难题。

定频分体式空调的室内风扇电机只有4挡风速可供调节，而变频空调的室内风扇电机在自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12挡风速范围内变化。由于风扇电机的转速与制冷/制热能力进行了合理的匹配，因此可实现低噪声地宁静运行。

由于变频空调在电路方面不仅需要功能更加强大、完善的微处理器电路，而且需要设置大功率压缩机驱动电路（模块电路）及其电源电路，在制冷系统方面采用了膨胀阀作为节流器件，从而导致它的成本大大高于定频空调，影响了变频空调的普及。不过，随着变频技术、单片机控制技术的不断完善以及电子元器件成本的不断降低，变频空调最终将逐步取代定频空调，成为空调市场的主流产品。

二、变频的基本原理

目前，常见的变频方式主要有交流变频和直流变频两种。

1. 交流变频

交流变频器主要由AC-DC变换器（整流、滤波电路）、三相逆变器（inverter电路）、脉冲宽度调制电路（PWM电路）构成，如图1-1所示。

首先，AC-DC变换器将220V市电电压变换为310V左右的直流电压，为三相逆变器供电，三相逆变器在PWM电路产生的PWM脉冲作用下将310V直流电压变换为近似正弦波的交流电压。PWM电路输出PWM脉冲的占空比大小受微处理器（CPU）的控制。这样，通过微处理器的控制，三相逆变器就可为压缩机提供频率可变的交流电压，实现压缩机转速的控制。

在变频过程中，变频空调的制冷能力与负荷相适应，温度传感器产生的温度检测信号通过微处理器运算后，产生控制信号。这个信号就可改变PWM电路输出的PWM脉冲的占空比，相继改变了三相逆变器输出电压的频率，使压缩机（三相异步电机）在室内温度高时高速运转，快速制冷；在室内温度较低时低速运转，以维持室内温度，从而实现了压缩机的变频控制。

2. 直流变频

直流变频空调与交流变频空调的变频原理基本相同，但由于直流变频空调的压缩机电机采用的是直流无刷电动机，所以也有一定的区别。典型的直流变频控制器构成如图1-2所示。

AC-DC变换器将220V市电电压变换为310V左右的直流电压，为功率模块供电，在微处理器输出的PWM脉冲控制下，功率模块为直流变频压缩机定子绕组的U、V两相输入直流电流时，由于转子中永久磁铁产生的磁通的交链，所以在剩余的W相绕组上产生感应信号，作为直流电机转子的位置检测信号，然后配合转子磁铁位置，逐次转换直流电机定子绕组通电相，使其继续回转。