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变频器知识

变频技术及其在冰箱中的应用

2017-06-27 00:00:00

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  近几年,家电领域竞争日趋激烈,技术含量不断提高,产品质量也有了长足发展。在冰箱领域随着制冷技术和保温技术的提高,冰箱的技术指标不断提升。但从控制角度讲,人们并不满足现状,现在的传统定频冰箱使用继电器控制压机的启停,不能调节速度,从而先天存在着耗电多、电流冲击大、噪音大、控制特性差等缺点,从元件可靠性角度分析,整个冰箱的核心控制部件及驱动执行部件(压缩机)会因为电源冲击及频繁起停而缩短寿命,同时也满足不了人们预期的快速制冷,平稳保温等理想的控制特性。

  尤其20世纪90年代以来,随着人类控制手段的发展及电子元件技术成本的降低,新兴的变频技术不断被引人各行各业,家电方面从空调、洗衣机到冰箱、微波炉也成功的运用变频技术而大大的提高了产品的使用寿命,降低了使用成本,提高了产品对用户的满足程度。

  交流感应变频电机驱动的各种风机、压缩机,该种电机为交流感应电机的一种,和普通交流电机的区别是考虑电机要在不同频率下运转,在磁路设计方面保证了电机在各个频率下工作都有篼的效率,不至于出现磁场强度过度饱和而增大损耗。

  直流无刷有位置传感器电机,直流变频电机的一种,此类电机又分为方波驱动、正弦波驱动等类型,特点是电机本体自身装有位置检测装置,如霍尔元件,这样从控制系统来说,就直接得到了电机转子运转的位置和转速信息,简化了控制的算法,但电机本体结构复杂,成本稍篼。

  直流无刷无位置传感器电机,直流变频电机的一种,同样,根据电机转子永磁磁极的特性不同,可以细分为方波驱动、正弦波驱动等类型,此类电机结构简单,效率篼,但因为省去了位置传感器,给控制者带来一定的控制难度,控制器要有判断电机转子位置和转速的功能,从而增加了控制器的运算负担。

  使用单片机,优点是抗干扰能力强,接口能力强,成本低,可选资源丰富,适用于家电行业,缺点是运算速度慢。

  使用DSP,优点是运算快,适用于工业领域,缺点是抗干扰能力弱,接口能力弱,成本高,可选型号少。

  用硬件实现,选用电机控制专用芯片实现变频控制,核心控制部分只负责给控制芯片指令,该方案成本篼,改型困难,但可靠性篼,设计周期较短,难度较低。

  用软件实现,通常选用有6路PWM输出的控制芯片或DSP,控制变频对象的算法都由控制芯片完成,该方案成本低,通用性强,但程序量大,开发难度大。

  驱动桥臂使用功率驱动分立元件,如IGBT、MOSFET等,再配以隔离和IGBT驱动芯片,该方案成本低,但占用PCB空间大,调试困难,保合性能和可靠性稍低,适合在产品生产成熟后,有降成本需求时再采用;用智能功率模块实现,该方案成本偏篼,但使用方便,调试容易,可靠性强,保护功能可靠,可选资源丰富;1.3常用变频控制软件实现方案适用于直流无刷方波驱动电机,对于有位置传感器的电机,电机结构虽然相对复杂,但控制简单,而对于无位置传感器的电机控制难度存在于启动和对相位的判别从而产生换相逻辑方面,但两者和交流变频技术比较算法相对简单,需求资源相对较少,缺点是先天存在较大力矩波动,噪音相对较大,同时电机为永磁电机,一般价格会篼一些。

  适用于直流无刷正弦波驱动变频电机和交流感应电机,前者为特殊形状磁极永磁电机,价格稍篼,两者缺点是运算比较复杂,效率稍低于矢量控制,需求资源较多,优点是力矩波动稍小,噪音小。

  适用于交流感应电机,缺点是运算比较复杂,需求资源较多,优点是力矩波动小,噪音小,电机价格相对低。

  适用于女流感应电机等,缺点是运算比较复杂,需求资源较多,优点是力矩波动更小,噪音小,成本篼,控制复杂,目前家电行业较少采用。

  1.3.5直接转矩矢量控制。适用于交流感应电机等,缺点是运算复杂,需求资源多,优点是力矩波动最小,噪音小,成本篼,控制复杂,目前家电行业较少采用。

  2变频技术在冰箱方面的应用目前冰箱用压缩机,市场上主要有交流定频压缩机和直流无刷无位置传感器压缩机,压缩机的效率、噪音等性能指标都能满足使用要求,所以在变频冰箱控制方案中,选用了无位置传感器无刷直流电机方波驱动方案,驱动桥臂采用分立元件。

  温度传感1人机界面从变频冰箱的控制方案上可以了解变频冰箱的优点,通常变频冰箱控制框图如所示:当用户设置好参数后,控制器从传感器采集数据从而决定出对压缩机的控制策略,通过通讯线将相应参数传送给驱动板(主要是压缩机转速参数),之后驱动板按要求调整压机到要求转速,其中驱动板实现了对压缩机的过压、欠压保护,过流保护,低转速启动,从而减小启动电流。

  -03N的直流变频压缩机,实现了启动电流小,过流保护,欠压过压保护,压缩机在2000rpm到4000rpm连续可调等功能。在低速和高速下冰箱运行平稳,实现了节能、降噪等目标。

  冰箱控制对象的性能提高,为广大的技术人员提供了广阔的设计空间,可以预见随着人们对制冷和保鲜技术认识的深人,利用更多的传感器,冰箱领域会出现功能更强的模糊控制冰箱;随着压缩机厂家技术的不断提升,会出现性能更优越的各类变频压缩机;控制器的设计也会随着电子元件的发展和控制理论的发展而出现性能更高、价格低廉的产品;同时在大容量冰箱方面,变频技术会有更优秀的表现。

 

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