谈一下我所知道的变频

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本人从事工控行业驱动器软件及电机控制算法设计， 说来也有些年头了。但是对于家电行业的一些特有专业名词， 还是十分的不理解， 或者是难以理解。

说道白电， 特别是空调， 不得不说的是变频。空调的压缩机是由电机驱动的， 因此有必要先说一下电机。

在电机调速控制这块 ，无论你应用于那些行业，目前你的控制对象基本上最常用的就是三种：直流电机、交流异步电机、交流同步电机。当然还有直线电机、开关磁阻电机、超声波电机等，我们只关注最常用的！

直流电机的控制：
    对直流电机的控制， 是调压调速。首先需要的是用控制设备将交流电（两相或三相）整流成直流，采用可控器件（如晶闸管、GTO等）的称之为可控整流，采用二极管整流的是不可控整流。可控整流可以通过调整触发角的方式调节整流后的直流电压， 直流电压的高低就决定电机的转速和带负载能力。对于不可控整流，需要采用高速的IGBT对直流电进行斩波控制，根据需要调节占空比输出不同的平均直流电压的方式驱动直流电机

  当然根据直流电机励磁的不同， 还需要决定励磁电路的设计和控制。 但是目前对于小容量的直流电机，都是采用永磁的，不需要单独励磁。

   做过直流调速的都清楚这些。直流调速是调压调速， 跟变频控制不沾边！

交流异步电机的控制：
    在变频没有出来之前， 交流异步电机都是采用转子串电阻或者机械设备等进行调速的，对于鼠笼电机， 转子串电阻也不能用了。顺便说一下， 转子串电阻效率很低，对大功率的异步电机（50 KW以上）， 转子上串的电阻要放在一个大箱子里，就跟电炉子的电阻丝一样，到冬天拿来烤火都够了， 并且调速只能实现有线的几个速度段调速，是有级调速！

    那对于风机等设备， 用交流异步鼠笼电机就有个问题，不管需要的风量大小，电机会在工频电源的作用下带动电机按照基本上固定的速度在运转。 如果生产设备根据工艺的要求只需要最大风量的一半，在电机速度不能调的情况下，只能采用挡风板等机械设备， 这样的话会有一半的风被挡风板挡掉，会浪费掉一般的能量。因此在大量应用风机的发电、化工、冶金等行业， 能源的浪费是很严重的。

    如果能够随便的调节交流异步电机的速度，实现无级调速，那么在风机这个应用上是可以简化机械设备，并且节约能源的。
    在这个时候， 变频控制逐步发展出来并应用到实际中去的，变频是节能的！同时由于变频控制时无级调速，具有很好的调速性能，变频器控制的交流异步电机在各个行业得到了广泛应用。

    但需要强调的一点是， 变频器只是一个调速设备，并不是一个节能设备。如果采用了变频器，并且由于工艺上或者机械上得到了改善等的应用情况，跟原先的工艺及设备情况相比，节约了电能， 你可以说这个项目采用变频控制实现了节能，但变频的应用最直接的目的是实现调速的需要。

交流同步电机
    目前我们在日常生活中能接触到的大都是两种电机：直流无刷电机(BLDC) 和永磁同步电机（PMSM）
    两者的却别在于反电势的波形上， BLDC是梯形波， PMSM是正弦波。
    其实交流同步电机还有好多种，即便PMSM也分永磁体表贴的、内嵌的等等。
    永磁同步电机相对于交流异步电机来讲， 主要是功率密度大、惯量小、效率高。 但成本要比交流异步电机高。


至于变频控制， 从广义上来讲， 目前有三种 VF、VC和DTC控制，如果进行细分，各个下面又有很多的实现方式。对于这三种变频控制的背景及来由，找度娘吧， 呵呵！

下面谈一下我对空调变频控制的疑惑：
1） 何为核心技术
    经常看到某些企业， 什么掌握核心技术， 什么最先进的全直流变频之类的。

  由于没有涉及空调这个行业， 但我很是怀疑， 变频空调的核心技术是什么，全直流变频？ 抑或其他让人看不懂的新名词？

    首先你得压缩机需要电机带着才能转动， 有电机的话无非就是直流电机、交流异步电机、交流同步电机这三种的一种， 难道你用的是其他电机？
    这三种电机的控制， 在工业自动化领域这么多年， 从来没有全直流变频这个概念！

    对这三种电机的控制， 说的难点就是压缩机里没有测量电机速度或者位置的传感器， 要实现无位置或无速度传感控制， 在工业自动化设备上的变频器上， 好多厂商都有这样的变频器。

    对我一个不做暖通制冷的外行在我看来， 变频空调的核心技术是变频压缩机等设备， 至于变频控制， 相对于工业控制来讲， 只是最简单的应用而已！

2）最低1Hz， 抑或0.1Hz问题

    作为一个工业变频设计人员来讲， 我对这个1Hz很头晕， 仔细看了一下说明书是机械上1Hz， 也就是60转每分钟。

    即便如此， 我还是觉得这个数据没意义，从控制角度来讲， 实现机械上的1Hz要比电气上的1Hz容易的多。
    电气上的1Hz， 基本上还算有个固定的指标可以来衡量，如果你对人讲， 我做到了电流波形的1Hz带动额定负载平稳转动， 我相信感兴趣的人很多。
    如果机械1Hz， 别人听到后没感觉。其实去看看现在的变频滚筒洗衣机，或许会恍然大悟， 因为滚筒洗衣机的洗涤速度很少有高于50转的，最低在35转左右，换算到机械上就是35/60 ~ 5/6Hz。
    这个数据要比1Hz低多了.

    至于0.1Hz的， 无传感器的变频控制，想要带负载并且负载变化剧烈的情况下稳定运行， 其实很难很难！

3）节能的问题

    我个人觉得，采用合适的压缩机和合理的冷凝器等暖通设计，变频空调会节能的！关键是节能能节多少的问题。
    但是请注意一点：有的厂商同样品牌的变频空调， 有的标2级能耗， 有的3级能耗，有的标1级能耗。

   都是变频控制， 能耗差距在哪呢？

    如果压缩机里的电机选择一样的话， 也就是输入的机械功率一样， 输出的制冷功率不同， 那差距就在压缩机的设计和制冷等的设计上， 变频器的影响很小！
    如果压缩机里的电机不一样， 电机的效率也是不一样的，电机的效率对能效比会有影响。

    单纯宣传节能， 有点误导的嫌疑！
    变频的目的是为了调速， 调速的目的是为了温度控制的快速性和舒适性， 至于节能实在是应该在压缩机设计和制冷等优化后带来的另一个好处。

4）故障率的问题

    其实这个是我最关心的。
    工业设计变频器时留有很大的裕量， 即便如此国内厂商的变频器还是故障率很高。家电行业的变频空调， 所选的器件MCU、IPM等都是民用级别的，虽然应用条件比工业环境差很多，但是经不住某些无良企业降成本的追求，会不会用个三四年挂掉呢？ 整机可是只保三年的！

发烧二十年

直流变频是空调界约定俗成的叫法，其实就是直流变速。其它的都是炒作欺骗消费者的。

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所谓全直流变频就是直流调速，由于采用没有碳刷的直流电机，这就需要有一个可变频率的旋转定子磁场，所以说这是直流电机也不完全准确。

用手机的坦克

一级能耗的是全直流配置，全部电机都是直流永磁电机，三级能耗只有压缩机是直流永磁电机，其他的风扇电机是交流电机。变频空调节能的主要原理就是压缩机电机低速运行，相对于两器压缩机的排量缩小，热交换效率提升达到省电目的。一级能效26机用在12平米卧室制冷，比普通定频机省电80%

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发烧二十年 发表于 2014-4-25 20:38
直流变频是空调界约定俗成的叫法，其实就是直流变速。其它的都是炒作欺骗消费者的。

直流调速用的是直流电机，要用碳刷换向的，直流电机可维护性要比异步机和永磁同步机差很多。

空调上应该不会用直流电机的， 压缩机的结构及应用环境太恶劣了， 用永磁同步机要比直流电机合适多了。

永磁同步机属于交流电机， 不是直流电机

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其实我觉得空调是个很复杂的系统，其核心技术不在变频调速这一块。

欢迎暖通制冷领域的大神给普及一下当前空调系统的系统构成。

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在压缩机变频调速这一块， 我可以很有信心的说，任何厂家想拿专业名词及概念忽悠我， 想都别想！{:40:}
可惜， 没涉及空调这个行业， 对制冷系统等不了解！

RXKKZS

所谓“变频”：
1，是通过改变电动机工作电源频率，从而改变交流电机的转速、改变压缩机的转速频率。
2，通过改变电机的工作电压，从而改变直流电机的转速、改变压缩机的工作转速即运转频率。
3，所谓全直流：即电动机的工作磁场是由永磁材料提供，因此可以节省50%的电力输入、所以更节能。
  {:face28:}所谓的0.1赫兹即每分钟6转，涡旋式、转子式压缩机在这样的转速下工作、根本就不可能产生所R410所需要的工作压强！即使是活塞式打气筒，也不可能将额定气压注入轮胎！虽然C国人造假是全世界出了名的。但楼主概念问题上还是存在模糊现象...

jybabe

建议LZ先深入了解一下变频空调，再做分析。

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RXKKZS 发表于 2014-4-26 10:42
所谓“变频”：
1，是通过改变电动机工作电源频率，从而改变交流电机的转速、改变压缩机的转速频率。
2， ...

你对变频的理解仅仅局限在概念上，可能你不是电机控制领域的。可以理解！

所谓的“改变电动机工作电源频率，从而改变交流电机的转速、改变压缩机的转速频率”， 要看你怎么理解。

频率可调的交流电源难道就是变频器吗？ 就能调节电机转速吗？

变频调速设备不简单的是可调电源的作用。


电动机的工作磁场是由永磁材料提供就是全直流吗？

电机定子由永磁体构成并提供工作励磁， 线圈绕线的转子由碳刷换向的电机， 在旋转方向不变的工作期间， 电流流过的方向是不变的， 因此称之为直流电机， 是有刷的。

反之， 电机转子由永磁体构成并提供工作励磁， 定子由线圈绕线构成， 这样的电机定子流过的电流是正负交变的， 属于交流电机的范畴。

直流还是交流在学术上有严格的定义，国家正规教材《电机学》上有详细的定义。

有些名字被家电行业给重新诠释了，学术上并无此种定义。

家电行业所谓的全直流，如果拿示波器卡电机UVW线上的电流波形， 与其所称之谓的“伪直流变频”并无不同， 都是三相互差120度的交流波形，所不同在于一个是永磁同步电机，一个是异步电机。
但这两种电机都是交流电机， 只是效率、功率密度、调速性能的不同。

如果你说一个采用电子膨胀阀， 一个采用毛细管节流， 这些只跟制冷制热系统构成有关， 跟全直流变频还是伪直流变频没有一点关系。

流入直流电的电机是直流电， 流入交流电的电机是交流机！

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百度BLDC， 百度百科解释如下：

BLDC-Brushless DC Motor
无刷直流电机
无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor, BLDCM）的诞生，克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。无刷直流电机的实质是直流电源输入，采用电子逆变器将直流电转换为交流电，有转子位置反馈的三相交流永磁同步电机。

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无刷直流电机的实质是直流电源输入，采用电子逆变器将直流电转换为交流电，有转子位置反馈的三相交流永磁同步电机。

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为什么叫BLDC呢？

是因为转子永磁体的磁场是梯形波的， 因此由梯形波磁场产生的有一段跟直流电机类似的反电势， 电机的出力就完全靠这段区域产生， 从控制上类似于直流电机的控制，控制上简单。

但这种反电势为梯形波的永磁同步电机存在电机转矩不均匀、噪声大等缺点，最初只用于成本要求低、调速要求不高的应用领域。
但随着反电势为正弦波的永磁同步电机PMSM的变频控制越来越成熟、成本越来越低， 反电势为梯形波的永磁同步电机即BLDC应用越来越少。

在工业领域， BLDC仅指反电势为梯形波的永磁同步电机， 其本身存在的缺点导致其应用领域有限。
反电势为正弦波的电机笼统称为PMSM，广泛应用于伺服驱动器、数控机床、工业机器人等领域， 其主要特点是惯量小、高过载倍数、启停迅速、定位准确等。

工业上一提直流无刷电机， 就是低端东西， 如果那个伺服驱动器厂家宣传直流无刷电机的伺服，就是一朵奇葩了！

但在家电上， BLDC似乎不区分反电势为梯形波还是正弦波， 都称之为BLDC， 也算一种全新解释！
竟然还全直流， 创新新名词啊！

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事实上， 现在的压缩机要想实现低噪声即低频率运行， 用的必然是反电势为正弦波的永磁同步电机即PMSM， 反电势为梯形波的BLDC根本满足不了。

在不考虑成本和工艺的情况下， 如果只考虑工作原理， 跟工业上伺服上用的伺服马达（PMSM）并无不同， 都是三相交流永磁同步电机。

掌握核心科技及专注变频多少多少年的这些厂商， 实在让我们工控领域做电机控制研发的感到汗颜！

你们技术太先进了， 在电机控制这个领域你们时时刻刻、坚持不懈在重新包装、全面“创新”！{:40:}{:40:}{:40:}

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jybabe 发表于 2014-4-26 13:36
建议LZ先深入了解一下变频空调，再做分析。

变频空调的原理略知一二， 因为本人不是做暖通制冷行业的， 对暖通制冷没有学习过！

但是对于变频， 我相信家电行业再先进再牛X也比不上工业应用领域。

就全直流变频及压机是直流机等概念， 家电行业如此称谓， 但在工业领域及国家院校正规教材、权威学术期刊上， 我没有发现这些名字， 似乎也没有这些定义！

如果你认为家电行业的技术跟工业领域不相通、脱离院校教材及学术期刊的定义，自成一派、脱离了麦克斯韦电磁感应定律及牛顿运动定律等基础物理学和电机学电工理论等的定义，那当我什么都没说！
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