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①冷柜變頻的功率模塊早期的變頻器采用分立元件構(gòu)成,電路復(fù)雜,生產(chǎn)周期長(zhǎng),可靠性差。20世紀(jì)90年代以來,隨著新型功率器件及模塊的出現(xiàn),控制理論以及微處理器技術(shù)的迅速發(fā)展等,變頻技術(shù)開始大量應(yīng)用于制冷設(shè)備,變頻空調(diào)就是成功的一例,也為冷柜的變頻提供了經(jīng)驗(yàn)。
目前變頻器采用的電力器件的模塊化是一個(gè)方向。6個(gè)二極管組成的整流橋電路綜合為一個(gè)模塊;6個(gè)絕緣柵極晶體管(IGBT)組成的逆變橋綜合為一個(gè)模塊;還有將逆變橋的(IGBT)及其門極驅(qū)動(dòng),短路、過流、欠壓、過熱等保護(hù)功能集成一體的所謂智能功率模塊(IPM)。近幾年又出現(xiàn)將主電路整個(gè)綜合在一起的模塊。也即模塊將整流橋、逆變橋、功率管隔離驅(qū)動(dòng)(光電耦合器)、檢測(cè)、保護(hù)電路、輔助電路(給外部的CPU和繼電器等供電)集成封裝。這些功率模塊的出現(xiàn)極大地方便了變頻器的開發(fā),但在實(shí)際使用中也有一些問題:首先,強(qiáng)弱電集成在一起,很難解決好干擾問題;其次,功率變換器件的發(fā)熱,對(duì)弱電元器件造成影響,使器件參數(shù)容易變化,影響整機(jī)的穩(wěn)定性。所以目前也有一些將功率管的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)功能單獨(dú)集成的模塊,如國(guó)際整流器公司(InternationalRectifier)的IR2XXX系列產(chǎn)品。
逆變電源技術(shù)的另一個(gè)方向是功率因素校正PFC技術(shù)。PFC技術(shù)的應(yīng)用不但可以改善電網(wǎng)的工作環(huán)境,減少輸電線路的損耗,而且在變頻工作時(shí)可以減小輸人端電感和輸出端電容器,減小模塊體積。功率因素校正PFC環(huán)節(jié)在一些智能功率模塊中得到了應(yīng)用。
目前智能功率模塊產(chǎn)品有多家公司生產(chǎn),如:日本的三菱電機(jī)公司、富士電機(jī)公司、新電元公司,以及德國(guó)的西門子公司等。
②微控制器冷柜的室內(nèi)機(jī)控制器主要完成溫度的檢測(cè)、電子膨脹閥的控制、化霜控制、人機(jī)交互等,完成的功能較多但計(jì)箅量不大,可用通用的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。室外機(jī)控制器涉及變頻控制,應(yīng)選擇功能相對(duì)較強(qiáng)的單片機(jī)。早期PWM波生成靠軟件的方法實(shí)現(xiàn),單片機(jī)負(fù)擔(dān)較重。以后出現(xiàn)了SPWM專用芯片,如:HEF4752、SLE4520和MA818等。HEF4752輸出的頻率范圍為I?200HZ,開關(guān)頻率不超過2kHz,有一個(gè)封鎖端,可以滿足冷柜變頻的需要。SLE4520和MA818的輸出頻率和幵關(guān)頻率較高,適于中髙速變頻。這些SPWM專用芯片配合通用的單片機(jī)也能輕松完成PWM波的生成,降低了對(duì)單片機(jī)的要求。
為進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),一些單片機(jī)生產(chǎn)廠家推出了針對(duì)電機(jī)變頻控制用的微控制器,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,這些單片機(jī)都內(nèi)置SPWM波形發(fā)生器,用戶只需在程序中改變相應(yīng)的SPWM控制字,就可改變SPWM信號(hào)的頻率等,使用非常方便。另外,它們大都帶有A/D轉(zhuǎn)換器、LED/LCD驅(qū)動(dòng)等功能,功能強(qiáng)大,但價(jià)格比一般通用型單片機(jī)要高。
隨著信號(hào)處理器(DSP)技術(shù)的成熟及價(jià)格的不斷下降,它也開始越來越多地應(yīng)用在電機(jī)變頻調(diào)速控制中。目前應(yīng)用比較廣泛地是TI公司的產(chǎn)品,以TMS320C240為例,其具有:50ns的指令周期,544字的RAM,16K的EEPROM,12個(gè)PWM通道,三個(gè)16位計(jì)數(shù)器,兩個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換,WATCH-DOG,串行通訊口,串行外圍接口等。DSP具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力,為制冷裝置控制運(yùn)用復(fù)雜的控制算法,故障診斷等提供了方便。
③控制技術(shù)在交流電機(jī)變頻控制中常用的是正弦波脈寬調(diào)制方法SPWM。
此外,空間電壓矢量SVPWM,用空間電壓矢量的方法決定逆變器的開關(guān)狀態(tài),使電機(jī)中產(chǎn)生的磁通逼近理想的圓形磁場(chǎng),以形成PWM波形,該方法具有電壓利用率高、轉(zhuǎn)矩脈沖小、電流諧波小的特點(diǎn),所以開始得到廣泛應(yīng)用。有些公司還運(yùn)用了無(wú)速度傳感器的矢量控制和模糊控制技術(shù),以提高電機(jī)在變頻中的動(dòng)態(tài)性能。
對(duì)直流變頻壓縮機(jī),近期又出現(xiàn)了PAM控制(PulseAmplitudeModulation)方式。PAM的逆變器只負(fù)責(zé)頻率的調(diào)節(jié),整流器(一般為相控整流器或直流斬波器)負(fù)責(zé)控制直流電壓,逆變器在控制頻率的同時(shí)也進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié);PWM的整流器采用二極管不可控整流,只負(fù)責(zé)產(chǎn)生一定的直流電壓(不可調(diào))。PAM的整流器具有網(wǎng)側(cè)面功率因素較大的特點(diǎn),而且輸出電壓能力強(qiáng),可較大提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。