變頻技術(shù)在冰箱中的應(yīng)用第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一1、什么是變頻“變頻”在機電領(lǐng)域原指電源逆變器輸出的電壓頻率能夠根據(jù)需要變化。對由逆變電源供電的感應(yīng)電動機、永磁無刷電動機來講，逆變器輸出電壓頻率的改變，能使電機的轉(zhuǎn)速也跟著作相應(yīng)的變化。在家用電器如空調(diào)、冰箱、洗衣機等中，所說的“變頻”可以通俗地理解為其壓縮機或電機的轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)控制的需要而變化，進而提供不同的制冷量、制熱量或洗滌能力。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2、電動機的分類：

電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍非常廣泛，電動機主要分為三類：同步電動機、異步電動機和直流電動機。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一原理：定子是電磁鐵，轉(zhuǎn)子是與換流器連接的線圈。直流電流通過電刷和換流器的接觸流進轉(zhuǎn)子線圈，產(chǎn)生電磁場。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子線圈的電流方向不斷變化，使電磁場的方向始終保持對電子的推進。特長：通過對直流電壓的調(diào)整可以方便地調(diào)節(jié)馬達的轉(zhuǎn)速和力矩。缺點：電刷和換流器的壽命較短。機械噪音和電磁噪音較大。有刷直流電機第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一交流電機原理：將工頻三相交流電導(dǎo)入馬達的定子線圈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。因此在轉(zhuǎn)子的閉環(huán)線圈里誘發(fā)感應(yīng)電流。感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場與定子的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。優(yōu)點：構(gòu)造簡單，制造成本低。缺點：轉(zhuǎn)速控制困難。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一同步電動機

同步電動機的轉(zhuǎn)子由磁極鐵心和勵磁繞組等組成。磁極鐵心由鋼板沖片迭壓而成，磁極上套有勵磁繞組，勵磁繞組由直流電源供電，這種方式一般是針對一般大、中型同步電動機而言。小容量同步電動機轉(zhuǎn)子常用永久磁鐵勵磁，其磁場可視為恒定，稱為永磁同步電動機。冰箱用變頻壓縮機的動力源就是轉(zhuǎn)子為永磁鐵的永磁同步電機。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

對于永磁同步電動機，又分為兩類，其中反電動勢波形是矩形波的電動機，習(xí)慣上稱為直流無刷電動機，而反電動勢是正弦波的電動機，稱為正弦波永磁同步電動機。優(yōu)點：繼承了DC馬達容易控制轉(zhuǎn)速的特點。同時取消了電刷，實現(xiàn)了高可靠性和低噪聲。高效率，高轉(zhuǎn)矩。缺點：制造成本高。

第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一壓縮機的結(jié)構(gòu)和性能對比

內(nèi)部結(jié)構(gòu)C-BV(変頻）C-BEⅡ(交流電源）Φ179.6Φ179.6誘導(dǎo)電動機ブラシレスＤＣ電動機178.4196.4189.4178.4第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一電動機結(jié)構(gòu)：Ｃ－ＢＥⅡ電動機(交流電源)50/60Hz,2極Ｃ－ＢV電動機(DC変頻)30～72Hz,4極最大効率90%最大効率95%內(nèi)蔵永久磁石第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一3、變頻驅(qū)動的基本電原理框圖

如下圖所示，變頻就是先將電網(wǎng)的工頻交流電整流成直流，再將此直流轉(zhuǎn)換成特定頻率的交流。通過控制器的控制，改變U、V、W三相輸出信號，可以任意改變交流的頻率，實現(xiàn)變頻調(diào)速。第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一4、直流變頻驅(qū)動的工作原理所控制的電動機為直流無刷電動機，用變頻交流電通過定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，推動永磁電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。定子線圈通過的電流為矩形波。第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一直流變頻驅(qū)動采用定子線圈兩兩通電方式第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一在三相定子線圈上施加的電壓隨著控制信號的順序換相，定子繞組在信號控制下，一相一相依次通電，實現(xiàn)各相繞組電流的換向，定子線圈形成一個驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的定子磁場。但在換相時定子繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場是跳躍式的，每相線圈每次通電120度，每旋轉(zhuǎn)一周，由六種組合狀態(tài)，每次旋轉(zhuǎn)六十度。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一要準確控制變頻電機的運行，需要完成兩項工作:A、需要調(diào)節(jié)加在輸出端的電壓，以輸出合適的力矩，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。

B、要準確檢測到轉(zhuǎn)子的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置，確定正確的換向時間。

第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一5、如何調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速直流電機運行的兩個基本方程：A、電壓平衡方程：電動機一旦在電動轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)動以后，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場就要切割定子繞組，在各相繞組上感生出電動勢。

Em=Zd*L*Bm*r*n

其中Zd為每相繞組的有效導(dǎo)體數(shù)；L為繞組中導(dǎo)線的有效長度，即磁鋼長度；r為電動機中氣隙的半徑；Bm為氣隙磁感應(yīng)強度

N為電動機轉(zhuǎn)速則：直流無刷電機的電壓平衡方程為：

U=Em+IR其中I為電樞繞組電流R為電樞繞組電阻。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一B、轉(zhuǎn)矩平衡方程在穩(wěn)態(tài)情況下，電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程為：

Tem=T2+T0

其中：Tem為電磁轉(zhuǎn)矩

Tem=Zd*L*Bm*r*IT2電動機軸上的機械負載轉(zhuǎn)矩

T0由于電動機鐵心渦流、磁滯損耗和機械損耗等而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一由兩個基本方程可知，電機的轉(zhuǎn)速由外加電壓確定。通過在控制信號中加入PWM信號，通過調(diào)節(jié)功率器件的開、關(guān)時間比例（占空比）來調(diào)節(jié)有效電壓，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。根據(jù)信號輸出構(gòu)成的不同，可分為四種輸出PWM的方法：上相PWM，下相PWM，前相PWM，后相PWM。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一6、直流驅(qū)動的位置檢測技術(shù)

為了驅(qū)動和控制永磁電機的運行，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，首先必須測定轉(zhuǎn)子的位置，然后確定準確的換相信號，才能使電流信號的轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)子的實際位置相匹配，控制轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運行。對于有位置傳感器的永磁電機而言，可以通過位置傳感器的檢測信號，準確檢測轉(zhuǎn)子的位置，從而可以判定電流信號的換相時間，切換供電電壓。對于冰箱用變頻壓縮機，電動機封閉于壓縮機內(nèi)，由于工作時溫度變化較大等原因，一般不安裝位置傳感器，無法直接獲得轉(zhuǎn)子的位置信號。因此對于此類永磁電機，如何準確的確定轉(zhuǎn)子的位置并實現(xiàn)準確的電流換相，就顯得尤為重要。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

對于矩形波驅(qū)動的直流電動機而言，可以通過檢測三相繞組的反電動勢來判斷轉(zhuǎn)子的位置。該控制方式的具體控制如下圖所示，其定子供電電壓為三相對稱延遲120電角度的矩形波，三相定子在任何時候只有兩相施加驅(qū)動電壓，而另外一相懸空。在沒有位置傳感器的情況下，通過檢測各懸空相繞組的的反電動勢，確定這一相繞組反電動勢的過零點，就可以間接確定轉(zhuǎn)子的實際位置，并提供相應(yīng)的PWM換相信號，控制定子繞組產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子位置相適應(yīng)的定子磁場。因此這種控制方法的關(guān)鍵是保證如何準確的檢測到反電動勢過零點。第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一反電動勢的檢測方法第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一反電動勢檢測的硬件電路第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一8矢量變頻控制技術(shù)的基本原理矢量控制技術(shù)是變頻壓縮機的驅(qū)動方式之一，是一種性能更有優(yōu)勢的驅(qū)動方式。這種控制方式采用的電流是正弦波，電流的大小和方向都是不斷變化的，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子位置實時改變控制電流，使電流產(chǎn)生的作用力隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而實時變化，從而可以對壓縮機的運行狀態(tài)進行更準確的控制。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一下圖中左圖是直流控制方式的電流方向示意圖，右圖為矢量控制方式的示意圖。

電流的方向和大小直接決定了控制壓縮機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的力的方向和大小。直流控制方式方向變化不連續(xù)，每周期變化6次,每次60度.而矢量控制方式可以通過對電流的精確控制可以實現(xiàn)方向的近似連續(xù)變化，進行更精確的控制.第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一如前所示,直流變頻控制方式是一種相對較為簡單的控制方式,其驅(qū)動電流是矩形波方式，由于這種驅(qū)動方式各相驅(qū)動電流的不連續(xù)跳變，造成驅(qū)動力方向跳變，這樣就存在轉(zhuǎn)矩脈動,存在一定的效率損失,造成壓縮機運行時噪音相對較高.

而正弦波通電（矢量驅(qū)動）和矩形波驅(qū)動相比較而言，力矩一直沿切線方向,完全用于做功,使驅(qū)動力矩更加平穩(wěn),電機的效率更高，噪音也更小.但是控制起來卻要復(fù)雜的多，需要復(fù)雜的高速運算單元，因此，一般情況下，使用的為矩形波驅(qū)動方式。但是，為了節(jié)省能源，降低噪聲，抑制振動，矢量控制方式則具有更明顯的優(yōu)勢。隨著高速運算單元的價格在不斷下降,可以認為今后正弦波驅(qū)動將成為變頻驅(qū)動的一個發(fā)展方向.

第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一控制過程的實現(xiàn)方式上，直流控制采用的是定子兩兩通電的驅(qū)動方式，可以檢測轉(zhuǎn)子位置，每個旋轉(zhuǎn)電子周期內(nèi)，控