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冷柜变频方案介绍
互联网 / 2014-05-05

①冷柜变频的功率模块早期的变频器采用分立元件构成,电路复杂,生产周期长,可靠性差。20世纪90年代以来,随着新型功率器件及模块的出现,控制理论以及微处理器技术的迅速发展等,变频技术开始大量应用于制冷设备,变频空调就是成功的一例,也为冷柜的变频提供了经验。

目前变频器采用的电力器件的模块化是一个方向。6个二极管组成的整流桥电路综合为一个模块;6个绝缘栅极晶体管(IGBT)组成的逆变桥综合为一个模块;还有将逆变桥的(IGBT)及其门极驱动,短路、过流、欠压、过热等保护功能集成一体的所谓智能功率模块(IPM)。近几年又出现将主电路整个综合在一起的模块。也即模块将整流桥、逆变桥、功率管隔离驱动(光电耦合器)、检测、保护电路、辅助电路(给外部的CPU和继电器等供电)集成封装。这些功率模块的出现极大地方便了变频器的开发,但在实际使用中也有一些问题:首先,强弱电集成在一起,很难解决好干扰问题;其次,功率变换器件的发热,对弱电元器件造成影响,使器件参数容易变化,影响整机的稳定性。所以目前也有一些将功率管的驱动及保护功能单独集成的模块,如国际整流器公司(InternationalRectifier)的IR2XXX系列产品。

冷柜的变频

逆变电源技术的另一个方向是功率因素校正PFC技术。PFC技术的应用不但可以改善电网的工作环境,减少输电线路的损耗,而且在变频工作时可以减小输人端电感和输出端电容器,减小模块体积。功率因素校正PFC环节在一些智能功率模块中得到了应用。

目前智能功率模块产品有多家公司生产,如:日本的三菱电机公司、富士电机公司、新电元公司,以及德国的西门子公司等。

②微控制器冷柜的室内机控制器主要完成温度的检测、电子膨胀阀的控制、化霜控制、人机交互等,完成的功能较多但计箅量不大,可用通用的单片机实现。室外机控制器涉及变频控制,应选择功能相对较强的单片机。早期PWM波生成靠软件的方法实现,单片机负担较重。以后出现了SPWM专用芯片,如:HEF4752、SLE4520和MA818等。HEF4752输出的频率范围为I?200HZ,开关频率不超过2kHz,有一个封锁端,可以满足冷柜变频的需要。SLE4520和MA818的输出频率和幵关频率较高,适于中髙速变频。这些SPWM专用芯片配合通用的单片机也能轻松完成PWM波的生成,降低了对单片机的要求。

为进一步简化系统硬件结构,一些单片机生产厂家推出了针对电机变频控制用的微控制器,如:Motorola公司的MC68HC08MIP16,MC68HC908MR24,Intel公司的80C196MC/MD,三菱公司的M37705,富士通公司的MC89850等,这些单片机都内置SPWM波形发生器,用户只需在程序中改变相应的SPWM控制字,就可改变SPWM信号的频率等,使用非常方便。另外,它们大都带有A/D转换器、LED/LCD驱动等功能,功能强大,但价格比一般通用型单片机要高。

随着信号处理器(DSP)技术的成熟及价格的不断下降,它也开始越来越多地应用在电机变频调速控制中。目前应用比较广泛地是TI公司的产品,以TMS320C240为例,其具有:50ns的指令周期,544字的RAM,16K的EEPROM,12个PWM通道,三个16位计数器,两个10位A/D转换,WATCH-DOG,串行通讯口,串行外围接口等。DSP具有很强的数据处理能力,为制冷装置控制运用复杂的控制算法,故障诊断等提供了方便。

冷柜的变频

③控制技术在交流电机变频控制中常用的是正弦波脉宽调制方法SPWM。

此外,空间电压矢量SVPWM,用空间电压矢量的方法决定逆变器的开关状态,使电机中产生的磁通逼近理想的圆形磁场,以形成PWM波形,该方法具有电压利用率高、转矩脉冲小、电流谐波小的特点,所以开始得到广泛应用。有些公司还运用了无速度传感器的矢量控制和模糊控制技术,以提高电机在变频中的动态性能。

对直流变频压缩机,近期又出现了PAM控制(PulseAmplitudeModulation)方式。PAM的逆变器只负责频率的调节,整流器(一般为相控整流器或直流斩波器)负责控制直流电压,逆变器在控制频率的同时也进行电压的调节;PWM的整流器采用二极管不可控整流,只负责产生一定的直流电压(不可调)。PAM的整流器具有网侧面功率因素较大的特点,而且输出电压能力强,可较大提高压缩机的转速。

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