TCL直流变频空调技术知识分解

一、变频空调概况

1、变频空调分类

1）交流变频空调：风扇电机与压缩机电机均采用交流异步电机

⒉）直流变频空调：压缩机电机采用永磁直流无刷电机

经济型直流变频空调(1D):只有压缩机采用直流电机,室内外风扇电机为交流异步电机,一般采用毛细管节流

全直流变频空调(3D):压缩机与室内外风扇均为直流无刷电机,大多采用电磁膨胀阀节流

直流变频从控制方式上又分为120°方波控制和180°正弦波控制

2、变频空调特点

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.

类别

普通定速机

交流变频

直流变频

电机效率

35%—40%

70%—80%

启动性能

启动电流大，对电网冲击大

低频软启动，启动电流小，对电网无冲击

负荷能力

不适应负荷变化，负荷变化后能效值大大降低

自适应负荷变化，低频运行时能效值更高

自适应负荷变化，低频运行时，能效值更高，控制得当可以发挥高能效特性

恒温停机

频繁开停，耗电

室温接近后低频运行，高能效

除湿性能

除湿导致温度降低

低频运行，温度维持

温度控制

±2℃

±0.5℃

适用电压

187V—242V

150—260V

制冷/热速度

慢

开始可高频运行，速度快

保护功能

简单

全面

低温制热

效果很差

高频运行仍可良好制热

二、变频原理

1、交流变频

N= （1－ s）×60 × f / p

式中: f — 频率

p — 电机极对数

s — 转差率

其中: s＝（n0－n1）/n0

式中: n0 —旋转磁场的转速（通常称为同步转速）

n1 —转子的转速

由上面可知,通过改变异步电动机的供电频率f,电机的转速就会

发生改变,交流变频空调就是根据这一基本原理来运行的

异步电动机运行时,产生的电动势:

E1=4.44kfN1Φ

式中: k — 电机绕组系数；

N1 — 每相定子绕组匝数

Φ — 每极磁通

压缩机定子电压 U1≈E1

即: Φ=（1/4.44kN1）×（U1/f）

由上式可知,磁通Φ与U1/f成正比,要保持Φ恒定,即要保持U1/f恒定,改变频率f的大小时,电机定子电压U1必须随之同时发生变化,即在变频的同时也要变压.这种调节转速的方法我们称为VVVF.

2、交流变频控制器的原理框图

脉宽调制(PWM):在输出电压每半个周期内,把输出电压的波形分成若干个脉冲波,由于输出电压的平均值与脉冲的占空比(脉冲的宽度除以脉冲的周期称为占空比)成正比,所以在调节频率的同时,不改变脉冲电压幅度的大小,而是改变脉冲的占空比,可以实现变频也变压的效果.这种方法称为PWM(Pule Width Modulation)调制,PWM调制可以直接在逆变器中完成电压与频率的同时变化,控制电路比较简单.

三、直流变频

（一）主要器件介绍

1、直流变频压缩机：

直流变频空调压缩机电机为4极或6极直流无刷电机,其显著特征是转子为稀土类或铁氧体永磁体,定子采用分布绕组和集中绕组两类绕线方式.简单地说来,就是把普通直流电机由永久磁铁组成的定子变成转子,把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子.

2、直流无刷电机转子位置的检测

⒈）无刷直流电机在运行时,必须实时检测出永磁转子的位置,从而进行相应的驱动控制,以驱动电机换相,才能保证电机平稳地运行.

⒉ ）实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法,一是利用电机内部的位置传感器(通常为霍尔元件)提供的信号;二是检测出无刷直流电机相电压,利用相电压的采样信号进行运算后得出.

3、IPM模块

由6个IGBT构成3路上、下桥臂开关,通过控制芯片和驱动电路来控制每个IGBT的导通与关断.

4、交流变频空调与直流变频空调的电控区别

⒈）交流变频空调的变频模块按照SPWM调制方法,通过三极管的通断,给压缩机三相线圈同时通电,压缩机为三相交流压机.

⒉）根据DC电机U、V、W组线圈的电流通断情况,直流调速控制分120°方波控制和180°正弦波控制.直流电机的精确控制需要时刻检测转子的实时位置,属于一种闭环控制,关键在于位置信号的检测.在控制结构上比交流变频多出位置检测回路.

（二）变频控制方案

1、120°方波变频控制方案

120°控制方法是在DC电机的3组线圈上每2相通电120°,即任何时候，U、V、W中只有两相通电,利用无电流通过线圈上所产的反向电动势(EMF)作为转子位置的实时检测信号.控制信号采用PWM脉宽调制,改变PWM频率和宽度,就可以完成对DC电机电流幅值与频率的变化,从而实现转速控制.

每个功率开关（IGBT）的导通时间为120°，每个周期换向6次，共有6个工作状态：

工作状态

每个工作状态下被导通的功率开关

状态1（ 0°-60°）

A+

C-

状态2（60°-120°）

B+

C-

状态3（120°-180°

A-

B+

状态4 (180°-240°)

A-

C+

状态5（240°-300°）

B-

C+

状态6（300°-360°）

A+

B-

2、180°正弦波变频控制方案

直流变频空调180°控制方法利用流过定子线圈的电流与驱动IGBT的PWM信号占空比成比例关系，根据DC电机转子位置来按“中间宽，两边窄”的规律改变PWM信号的占空比实现定子线圈上的电流弦波变化，即SPWM。

180 °控制方案中，压缩机电机3相都处于通电状态，无法与120°控制方式一样通过EMF来检测转子位置。其位置检测是通过对直流地线上的SHUNT电阻上压降来检知回路实时总电流，然后与PWM信号进行计算得出U、V、W三相电流来实现。

因为正弦波电流的连续性，180 °控制方法彻底改变了120°控制所带来的振动噪音问题，电机效率也得到提高。

180 °控制方式转子位置检测滞后实时位置，需要进行修正，这也是控制方案的关键和难点所在，处理速度要求较高，一般需要用DSP或32位MCU进行处理，因而价格比较昂贵，这也是180°控制发展延迟的原因。

3、TCL直流变频空调电控

4、与定速机功能上的差异

·室内外通信

·室外商检功能

·初始上电

在未启动掉电记忆功能时，初始上电后，由于室内芯片需要判断室外机型，以选择相应的数据表，所以1min后压缩机方可启动。启动掉电记忆功能同定速机。

·启动过程

压缩机在启动时必须在两个运行平台保持一段时间。第一个运行平台f1运行时间为1min，第二个运行平台f2时间为2min。若启动目标频率<f1,则先至f1运行1min后再降至目标频率；若启动目标频率<f2则不需经过f2。

·关机时，外风机在压缩机关闭15s后关闭

·标定测试功能：

制冷模式下，10s内连续收到6次睡眠按键信号，且设定温度为30℃，风摆为摇摆状态，蜂鸣器长鸣2声，进入制冷标定状态，运行灯闪。

四、变频机故障与保护类型

（一）运行状态介绍

1. 制热模式下，10s内连续收到6次睡眠按键信号，且设定温度为17℃，风摆为摇摆状态，蜂鸣器长鸣3声，进入制热标定状态，运行灯闪。

2. 压缩机预热功能（可选）：以25～30W的小功率从压缩机接线端输入压缩机线圈电流，使压缩机在不转动的情况下因线圈发热而达到预热效果.

3. 可通过硬件选择是否开放。

选择开放后满足以下任意条件即可进入：

1）、室外进风温度≤-5℃且压缩机停止运转3小时以上

2）、室外进风温度≤-3℃且新插上电源

满足以下任意条件可退出预热条件：

1）、室外温度≥0℃

2）、开机使压缩机启动。

4. 显示功能

收到遥控信号，数码管以设定温度闪烁5次后仍静止显示设定温度。如收到定时信号，则以设定时间闪烁5次后显示设定温度。进入除霜状态，运行指示灯闪。

·工作电压范围

可在160V-260V下工作。

·制热下的温度补偿

制热模式下，压缩机启动后将传感器检测到的温度－3℃作为室内温度，压缩机关闭后2min取消温度补偿。

·频率分段控制

频率由30Hz～88Hz（不同机型最低、最高运行频率不同）共分为10段。运行过程中，频率的大小由以下条件决定（各保护功能优先）：

1、运行模式（除湿与强制运行均为低频运行）

2、室内温度与设定温度的温差大小

3、室外环境温度

4、电压、电流大小

5、内外盘管的温度、排气温度

·低温制热功能

-15℃下仍可制热（以高频运行）

·室外应急键：具有强制收氟功能，便于维修时使用

（二）故障类型（16种）

故障类型

指示灯代码

数码管代码

故障说明

室内外通讯故障

RUN、TIMER -同闪

上电2分钟室内外通讯异常

室外通讯故障

RUN、TIMER -同闪

电源板与模块板通讯异常

室温传感器

RUN-1次/8秒

室内进风温度传感器短路或开路

内盘管温度传感器

RUN-2次/8秒

室内盘管温度传感器短路或开路

外盘管温度传感器

RUN-3次/8秒

室外盘管温度传感器短路或开路

系统异常

RUN-4次/8秒

系统严重缺氟，此功能默认不开放

机型配置错误

RUN-5次/8秒

室内机识别机型错误，该代码用于商检。

室内风机故障

RUN-6次/8秒

室内风扇电机不转或转速过低

室外温度传感器

RUN-7次/8秒

室外进风温度传感器短路或开路

排气温度传感器

RUN-8次/8秒

室外排气温度传感器短路或开路

变频模块故障

RUN-9次/8秒

室外模块板故障

室外风机故障（直流电机）

RUN-10次/8秒

直流电机无转速信号

电流传感器故障

RUN－11次/8秒

电流采样异常

EEPROM故障

RUN-12次/8秒

室内EEPROM错误或读不出数据

压缩机顶部温度开关故障

RUN-13次/8秒

压缩机顶部温控开关断开

电压传感器故障

RUN-14次/8秒

电压采样异常

注：闪—指亮0.5秒，灭0.5秒；n次/8秒—亮0.3秒，灭0.3秒

（三）保护类型（9种）

保护类型

指示灯代码

数码管代码

保护功能说明

过、欠压保护

RUN-闪,TIMER-1次/8秒

电压低于160V或电压高于260V

过电流保护

RUN-闪,TIMER-2次/8秒

检知运行电流超过参数表设定停压缩机电流

排气温度过高保护

RUN-闪,TIMER-4次/8秒

运行过程排气温度传感器检知温度超过105℃或110℃

制冷防过冷保护

RUN-亮,TIMER-5次/8秒

制冷检知室内换热器温度IPT<-1℃持续5分钟

制冷防过热保护

RUN-亮,TIMER-6次/8秒

制冷检知室外换热器温度OPT≥62℃

制热防过热保护

RUN-亮,TIMER-7次/8秒

制热检知室内换热器温度OPT≥62℃

室外温度过高、过低保护

RUN-亮,TIMER-8次/8秒

制冷室外进风温度ORT＜-1℃或制热ORT＞33℃

驱动保护(负载异常)

RUN-闪,TIMER-9次/8秒

压缩机反馈信号异常

模块保护

RUN-闪,TIMER-10次/8秒

DIP-IPM智能功率模块FO输出故障信号

注：闪—指亮0.5秒，灭0.5秒；n次/8秒—亮0.3秒，灭0.3秒

（四）室外电源灯故障指示

控制器在室外电源板上设运行状态指示灯（红色发光管）。压缩机为待机状态时，该指示灯亮1s灭1s闪烁，压缩机运行时该指示灯为常亮。当室外存在故障时，指示灯按亮0.5s灭0.5s闪n次后灭3s为一周期进行故障指示。与室内故障显示一致。具体如下：

闪烁次数

故障内容

闪烁次数

故障内容

IPM保护

外盘管温度传感器故障

过欠压

排气温度传感器故障

过电流

电压传感器故障

排气温度过高保护

电流传感器故障

外盘管高温保护

IPM故障

驱动故障保护

外机通讯故障

与室内通讯故障

直流风机无反馈

压机过热故障

除霜状态

外环温传感器故障

一直亮

压缩机处于工作状态

亮1秒灭1秒

压缩机处于待机状态

（五）注意点

（1）. 保护代码的显示功能可以通过硬件选择是否开放，出厂默认为不显示保护代码。各跳线功能请参见跳线功能表。

（2）.为保证室内外通讯正常可靠，若室外发生故障，室内不会马上显示故障代码，而且涉及室外的故障恢复后仍允许再最长保持2分钟的故障状态。

（3）. 数码管显示的机型仅数码管指示故障及保护代码，指示灯不参与显示。（同定速机）

（4）. 各故障类型中，传感器故障排除后可直接进入待机状态，其它故障排除后均需重新上电方可重新检测。（同定速机）

·1、注意人身安全，室外电控多为强电部件，控制器采用部分隔离的控制方式，许多回路与强电共地。

·2、室外电源板上有大的电解电容，电源关断后电容仍有大量余电需要时间释放，请等待电容放电完毕后再进行操作，电源板发光管可指示余电情况，放电完全时间大概30秒。

·3、室内外连接线线序必须保持正确，否则除无法工作外可能回损伤电控制器。

·4、拆卸螺丝时应注意防护，避免有螺丝或其它异物掉落到电路板上或电控盒里，若有则必须进行及时清理。

·5、模块或PFC板拆卸后重新安装应注意重新进行导热硅脂的涂敷，涂敷前应先清除以前残余并保证接触面无其它附着物，涂敷应均匀，厚度100-200μm。

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