（已结束）变频擂台第49期——工业变频器与空调变频器的异同 点击：614 | 回复：17
本周擂台：工业变频器与空调变频器的异同
在工业环境下使用的变频器，其功能我们大多比较了解。然而，针对目前家用/商用空调，也采用了变频技术，那么针对空调而言，其变频部分（在这里，先不讨论是否合理，我们暂且称之为“空调变频器”）的结构和原理又是怎样的呢？和工业用变频器有什么异同呢？在本期擂台，我们就来讨论下空调变频与工业变频的一些异同。
注：这里说的空调变频仅仅是抛砖引玉，当然欢迎讨论其它非工业（例如家电类）的变频！
1、空调变频与工业变频的结构原理相同吗？请进行阐述。
2、空调变频与工业变频的功能比较有哪些差异？如果差异较大，为什么有这么大的差异呢？
3、 空调变频器与工业变频器的成本有什么差异？如果有差异，为什么存在这样的差异呢？
4、空调变频与工业变频的使用寿命有什么差异？ 故障率的差异大吗？
5、在特殊情况下，空调变频与工业变频可以互相临时替代吗？如果不能替代，为什么？
6、针对以上要求，进行详细阐述。最好能有图片说明，如果能以某品牌变频器举例说明更佳。列举得最全的、阐述得最详细的、原创最多的，作为一等奖。
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2011年10月9日。
奖项设置：一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖10名：30积分。
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
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变频器是通过对电力半导体器件(如IGBT)等的通断控制，将电压和频率固定不变的交流电工频电源，变换为电压和频率可变的交流电的电能控制装置，为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。 对于交—直—交型的变频器来说，为了产生可变的电压和频率。 首先要把工频 (50Hz或60Hz)的交流电源，变换为直流电(DC)再转换成各种频率(0Hz ～ 50Hz、0Hz ～60Hz 及 0Hz ～400Hz )的交流电，最终实现对电机的调速运行。
交流变频空调器的基本原理：
变频控制器的原理框图如图（B）所示，它主要由以下部件组成：整流器，滤波器，功率逆变器。变频器中的电脑控制系统，对各取样点传来的信号进行分析处理，并经内部波形产生新的控制信号，再经驱动放大去控制变频开关，产生相应频率的模拟三相交流电压，供给压缩机。
⑴整流滤波原理：
整流器是将交流电源转换为直流电的装置，采用硅整流器件桥式连接，整流器结构分为单相和三相输入。一般变频空调器电功率在2KW以多采用单相电源输入，当电功率在2KW以时，多采用三相电源输入。单相和三相整流电路的不同之处只是在电流中多增加了2个整流二极管。滤波电路的作用是输出直流电压平滑且得到提高，常采用大容量电容器，电容量一般在1500-3000μf之间。
⑵功率逆变器原理：
在变频空调器中，功率逆变器又称为变频模块。如图B所示，变频空调器上通常采用6个IGBT构成上下桥式驱动电路。以功率晶体管为开关器件的交-直-交电路中，控制线路使每只功率晶体管导通180度，且同一桥臂上两只晶体管一只导通时，另一只必须关断。相邻两相的元件导通相位差为120度，在任意360度内都有三只功率管导通以接通三相负载。当控制信号输出时，A+,A-,B+,B-,C+,C-各功率管分别导通，从而输出频率变化的三相交流电使压缩机运转。在实际应运中，多采用IPM（Intelligent Power Module）模块加上周围的电路组成。IPM是一种智能的功率模块，它将IGBT连同其驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，简化设计，提高了整个系统的可靠性。现在变频空调常用的IPM模块有日本的三菱和三洋IPM系列等。
⒉ 直流变频器的原理：
直流变频空调采用了无刷直流电机作为压缩机，其控制电路与交流变频控制器基本一样。直流变频控制器原理框图如图（C）所示。
⑴直流变频空调的基本原理：
采用无刷直流电动机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流是没有频率的，也谈不上变频，但这已经成为习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。
①无刷直流电动机：
无刷直流电动机与普通的交流电动机或有刷电动机的最大区别在于其转子是由稀土材料制成的永久磁钢，定子采用整距集中绕线，简单的说，就是把普通直流电动机由永久磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电动机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电动机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电动机称为无刷直流电动机。无刷直流电动机既克服了传统的直流电动机的一些缺陷，如电磁干扰大，噪声大，火花，可靠性差，寿命短，又具有交流电动机所不具有的一些优点，如运行效率高，调速性能好，无涡流损失。所以，直流变频空调相对于变频空调而言，具有更大的节能优势。
②转子位置检测：
由于无刷直流电动机在运行时，必须实时检测出永久转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电动机换相，才能保证电动机平稳运行。无刷直流电动机的位置检测通常有两种方法：一是利用电动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动机相电压，利用相电压的采样信号进行运算后得出。在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电，一般无法对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用于捕捉感应电压，通过专门设计电子回路转换，反过来给定子线圈施加方波电压。由于后一种省掉了位置传感器，所以直流变频空调压缩机都采用后一种方法进行电动机换相。
⑵直流变频空调与交流变频空调的区别：
交流变频空调器是将工频市电220V转换为310V直流电源，并把它送到功率模块。同时模块受微电脑送来的控制信号控制，输出频率可变的电源电压（合成波形近似正弦波），使压缩机电动机的转速随电源的频率变化而变化，从而可控制压缩机的排量，快速的调节制冷和制热量。直流变频空调同样把共频市电220V转换为直流电源，并送到功率模块。变频模块每次导通两个三极管（A+，A-不能同时导通，B+，B-不能同时导通，C+，C-不能同时导通），给两线圈通以直流电，同时模块受微电脑的控制，输出电压可变的直流电源（这里没有逆变过程），并将直流电源送至压缩机的直流电动机，控制压缩机的排量。从图（C）中可以看出，直流变频相比交流变频多一位置检测电路，使的直流变频的控制更精确。
供电频率高，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就大；而当供电频率较低时，空调器制冷（热）量就小。这就是所谓“定频”的原理。变频空调的核心是它的变频器，变频器是20世纪80年代问世的一种高新技术，它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率，使空调完成了一个新革命。同时，还使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电网电压的不稳定而造成空调器不能正常工作的难题。变频空调每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风量进行制热或制冷，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式，增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同、同级别空调器的1．5倍，低温下仍能保持良好的制热效果。此外，一般的分体机只有四档风速可供调节，而变频空调器的室内风机自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化，由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音的宁静运行。当空调高功率运转，迅速接近所设定的温度后，压缩机便在低转速、低能耗状态运转，仅以所需的功率维持设定的温度。这样不但温度稳定，还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对寿命的衰减，而且耗电量大大下降，实现了高效节能。
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