空调风机用驱动电机调速方法综述

　　空调风机用驱动电机调速方法综述吴筱辉吴伟权程小华。华南理工大学电力学院，广州510640；2.司特力汽车电器有限公司，广东开平市529328同。可以把空调风机调速方法分为直流调速和交流调速两种本文综述了各种调速方法。

　　尤其是无刷直流电机调速方法和交流电机变频调速方法综述是就调速方法的原理实现和优缺点等方面进行的。

　　i引言随着科技的进步和人民生活水平的提高，空调无论是在，农业生产还是在人的1常生沾中都以到了广泛的应用。为了舒适和节能，空调需要调速运行。因此，提出了各种调速方法。根据空调风机驱动电机的不同，可以把空调风机调速方法分为直流调速和交流调速两种。在直流调速中，又有有刷直流电动机调速和无刷直流电动机810调速之分；而在交流调速方法中，比较常用的有变极调速串级调速及变频调速种。1面我们针对以种调速方法特别是无刷直流电机调速和交流电机变频调速的原理实现优缺点等进行综述。2直流调速2.1有刷直流电动机调速0 2.1.1调速原理及实现作由永磁刷直流电动机职动的空调风机调速系统中，宁调风机圮直接山台带电1和换器等机械换装聊的有驯直流电动机拖动的。由于直流电动机的机械特性硬，调速特性近似条直线，其调速性能非常好，所以在早期的空调风机调速系统中，绝大部分是采用有刷直流电动机来实现调速的。

　　2.1.2优缺点山文献1指出，由公刷直流屯动机是依靠由换器电刷组成的机械结构实现换以的，结构复杂；存在电刷磨损。寿命短成木高；而且受到国内原材料和制造工艺的限制，换向器电刷的质量和可靠性也得不到严格保证，故障多，维护困难；电刷的存在也是产生火灾等事故的严重隐患；换向器的换向能力限制了电动机的容量电。33.

　　压和调速范锾接触式的电流传输又限制了使用场合电枢在转子上，电动机效率低，散热条件差，冷却费用高，为改善换向能力，转子设计得短粗，002增大，影响了系统的动态性能。

　　凶此。随着经济的发展和科技的进步，这凋空调风机永磁刷直流电动机调速法渐渐波代他调速泞法所取代。

　　2.2无刷直流电动机⑴船调速3 2.2.1调速原理及实现无刷1流电动机调速系统中。其电机木体类似干永磁同步电动机结构，其定子是电枢，转子是永磁木去掉了由换向器和电刷组成的机械接触机构，采用电子开关换向装置。它借助反映电机转子位置的输出信号，来控制与电机定子绕组连接的功率开关元什的通断，使定子绕组依次馈电。产生跳跃式的定子旋转磁场。拖动永磁转广旋转，随转广的较动，转子位置检测装置不断输出信号，控制功率开关元件的通断，以改变定子绕组的通电状态，使得在某磁极1导体中的电流方向始终保持不变。通过改变定子绕组导通的时间和加在定子绕组两端的电压，即可以实现无刷直流电动机的调速汽车空调风机中的应用。其驱动电路1.

　　在这种调速系统中，驱动电路采用相星形非桥式线路，功率饩选用1柬上1符，双符并联。1联屯路为缓冲电路，叫来保护功率1柬管；转，位置信号由霍尔式位置传感器获得，3个霍尔元件沿圆周均布。位置传感器的旋转部分山磁体和1磁体组成圆环，并与电机本体主转子同轴连接，当位置传感器转子的扇形片非磁体对准霍尔元件时，霍尔元件由于感应不到磁场而输出高电平，使由其控制的功率管导通，电源给相应的相电枢绕组馈电，其它两相电枢绕组由于霍尔元件输出低电平而无法和电源接1这样，随着电机转子的转动，位置传感器转子阳形片也跟着转动。屯枢绕纟1.便相相地依次馈电，从而实现各相绕组的换流。通过改变电枢绕组通电的时间和加在其上的电压，即可实现屯动机的调速，从而控制汽车空调风机的运行。

　　2.2.2优缺点无刷直流电动机除了保持有刷直流电动机固有的优越的起动性能和调速性能外，其大的特点就是用电子换向装置取代了由电刷与换向器组成。维沪方仙等优点；无刷直流电动机的转速不受机械换向的限制，几宽广的调速范围；无刷直流电动机与同等容量的有刷直流电动机比较，由于无刷直流电动机定子为电枢，其转子外作人大缩小，从而减小屯机的转动惯量，提高屯机的快速响应能力。

　　3交流调速3.1变极调速141 3.1.1调速原理及实现文蚵4提出1种1下型外旋转子变极多速相异步电动机的设计方法，并简要陈述了其在空调风机中的应叫，它是把电动机设计成以86极Jt1I1=Il记广供屯频率；S转差率。

　　通过改变1的大小，就可以得到不同的转速从而使电动机，以分别在低速中速和高违下运，实现对空调风机的拧制。

　　法在空调风机中的应用，通过设计相应的控制屯路来控制变极多速相异步电动机在不同负载情况厂分别在低速中速和高速个速度段下运行，从而起到调速并节能的作用。它包括主电路和控制电路两大部分，其中主电路主要由空气开关互感器接触器主触点及热继屯器和卫系列变极多速相异步电动机组成；控制电路主要由电源及运行状态指，风机低速段中速段和高速段运行个控制部分组成，另外在回路中还有保护电路和测量电路。

　　3.1.2优缺点利用了变极多速相异步电动机所具有的随负载的不同要求而有级地变化功率和转速的特性，从而使风机在不同转速下达到功率的合理匹配，解决了，速电动机在任何条件都以同等转速旋转因为这种控制方式是从低速段中速段高速段逐级提升的所对应的功率也圮从小到大变化的，故采用这种驱动方式。尤，使叫耦降压起动篦它不能象变频调速样实现平滑调速；就电机本体而言，与普通恒速异步电动机比较，变极多速异步电动机设计繁杂，制造工艺要求很高，难度较大，成本较高，但就整个调速系统而言，贝电路比较简取可靠性较高，维护也比较容易，成本较变频调，竖低，3.2串级调，1 3.2.1调速原理及实现动机的转子回路中串接附加电阻调速的基础上发展起来的，它；泣线式异步电动机转子回路小与转子电势同频率的附加电势，通过改变这个电势的幅值大小和相位，从而实现异步电动机调速的。

　　串级调速系统来控制空调风机的方法。面以这种法为例。说叫小级调，系统作驱动空调风机的应用，机触发电路。

　　轴通过机械啮合并同减速机械相联接构成个随动系统。当伺服电机31带动自整角机83的转子改变机械位移角时，在囹的转子绕组侧输出相位对应付几械位移角的相正弦电压，该相电压经同步变压器12送至6只型号为乙3的固体整形陡化触发输出器，整形成为脉冲前沿很陡的宽脉冲去触发逆变器1中的品体管。拧制屯动机的调违，似过电流继电器L电抗器11逆变变压器，固体整形陡化触发输出器BS自整角机Sl.i=t.

　　№3自整角机触发电路因上述相电压保持120相移，幅值不变，并且是相位随68机械角位移而可调的相正弦电压，故调节硌的机械位移角，即可改变逆变角3的大小，控制异步电动机接入或者退出串级装置，实现电动机的调速，从而控制空调风机运行。

　　3.2.2优缺点山厂旧机械位移角的大小能连续调节。即，角大小在3090范围内能连续调节，所以这种调速系统可实现平滑的无级调速；结构简单元件少效率可靠性高；对合理选择串调装置的容量和设计好控制屯路要求较只适用于绕线式异步电动机，而对应用广泛3.3交流屯机变频调速！161 3.3.1调速原理及实现由电机学可知。交流异步屯动机转速公式为其中。定子供电频率；P极付数S转坌率，由上可酵若均匀地改变定子供电频率则可以平滑地改变电机的同步转速。为了保持在调速时电机的大转矩不变，需要维持磁通的恒定。这就要求定子供电电压也要作相应调节。文献勾指出，变频调速就是通过改变定子供电频率以改变同步转速来实现调违的方法随着电力电子技术自动控制技术和微屯产技术的飞速发展。变频技术，得了长足进步，变频器的种类也越来越多；1般怙况下，我们把变频器分为交交变频器交直交变频器两种，在直流供电的特殊场合，也存在直交变频；！i变频器机逆变器足其上耍的装道根据变频器应用场合的不同，逆变器的控制策略也多种多样，特别是随着计算机技术的发展，单片机在逆变器控制中的应用越来越广泛制忭能也越趋完系人1此变频器调速的忡能也越来越好。

　　为了实现泔调速和节省电力资源。变频调速在空调风机中的应用也非常广泛。根据空调风机使用场合的不同。用于驰动的变频调速系统也多种多样，在此只介绍其中两种比较特殊的变频调速系统。

　　3.3.2低卡数字式变频调速系统系统，它属于直交形式的变频装置。这种变频装置般应用于汽车或火车空调器中。在汽车和火车上都是直流低压源，而用电设备如空调等都需要变频变压的交流源，这就需要种低压的有源逆变装置文献十的低压数字变频调速系统就是针付这种情况提出的。它是由控制电源逆变器和笼型油异少电动机部分组成，虑到自行设十频，卞可调电源，所以将正常运行时的额定频率选为100取在这个频率下，通过优化设计，保证其它性能不变，同等容量的电机体积和重量可比工频下减小20左右；另外普通工业用电机的电压般为220或380，这里设计的汽车空调风机电压只有24.

　　逆变器圮变频装置的核心，它七要1振，屯路3波生成电路及驱动电路组成。振荡电路主要由555力些外围电阻电容兀件组成，作为调节频率所月14波的形成，其硬件屯路是由27，4输入数，后，送到74174六触发器，在经输出微分后送到1413驱动电路，经驱动电路输出，再接3个货压器的次线圈，代中个变压器负责对场效应管的通断信号。其软件电路采用计算平均值的办法，由于本电路属于相逆变，每相输出相位相差1200在计算时只要先编写相的计算程序，然后再对另两相进行移相编程即可。驱动电路主要是功率输出器件，我们运用了6个河03呢1场效应管完成相输出，供给后边的相笼型异步电动机信号，使电机运转起来，控制空调风机的运行。

　　控制电源采用两块7805，控制电源由24直流电源供电，7805输出电压为5，块7805与稳压电源串联供给变压器原边中心抽头15，电压；另块7805输出的5电压直接给到抓555和27，64741忙174等集成块。

　　这种调速系统采取了软硬件结合的方式其硬件电路简取软件编程采用了正弦波平均值计算完厂直接将数据入爪的方法，省去汇编过程；这种用数字方法产生的3波，波形失真小，相对称性好，另可通过调节脉冲宽度调节相电压幅值的大小，电机启动时电压从零逐渐上升到额定值，从而控制启动电流不超过定的数值；根据空调风机的运行情况，我们通过控制3，波的产生，调节相交流屯机的速度。从而控制空调风机的运行；这种空调风机调速系统具有结构简单性能可靠输出稳定调速效采明显和范闱较宽的优，几有很好的应用前景。

　　3.3.3温控吧货频调速系统随着经济的发展和人民生活水平的提高，中央空调系统获以迅，发展，而货风1如丛，1空调系统又因其自身的优点日渐成为中央空调的发展方向。变风量空调是以调节风机的送风量来实现室内温度控制的，为了适应楼宇智能化控制的要采并提高舒适度及节能，变频调速技术正在取代挡风板多速屯机等传统方法但通用变频器统的要求，致使其许多功能得不到充分利用，而使用中往往还，要进行次开发鉴于此。文献13 16提出了种用于变风量空调系统风机带温度控制器的专1型变频器。即温控型变频器该变频器采用交直交电压型结构。主回路由极管整流器滤波器及逆变电路组成。其中逆变电路采用内迓驭动和保护电路的智能功率模块。控制电路以800196单片机为核心，外围电路主要包括键盘显电路死区时间形成及脉冲输出电路温度检测电路故障检测及保护电路等，此外，为了实现与上位机通讯，还扩展了防485接口芯片河，485，显电路采用，公司的串行接口显驱动器54489，原可枢阁如阁4变频器采用电压空间矢量调制，相，信号由800196的速输出口直接产生，经反相器和死区时间形成电路得到六路，添驱动信号，再经光电隔离电路去模块各犯的驱动输入端，实现电动机的调速，控制空调风机的运行。

　　该变频器设置了变频和温控两种工作方式，在变频运行方式，其工作情况与通用变频器相同。在温控方式下40显器与小键盘配合可完成温度际温度进行采样，根据设定温度对室温进行闭环控制，温度控制采用混合型而巧，控制器。

　　研制的基沪奶呢虹中片机的央宁调风机温控型专用变频调速系统，硬件电路简单实用，工作可靠，功能设置操作使用方法等针对空调风机的实际工况进行了专门化设计，温度控制采用混合型只，1控制，具有较高的性价比；电压空间矢量的800196实现方法，对于空调风机用温控型变频器，经精心设计，在较高开关频率可达4 5册2下，仍可保证，霸1波形的精度。

　　3.3.4优缺点⑴变频调速在调速过程中从高速到低速都可以保持有不大的转差寒因而具有高效率宽范围高精度的调速性能；因为变频电动机具有机械特性硬，调速性能好，异步电动机本身具有体积小重量轻成本低惯性小效率高和工作可靠等1系列优点。所以它在国民经济的各个部门获得了广泛的应用，特别是在长期，耍以较低转违运转和工作在环境恶劣的设备以及要多台电机共叫1贷变频屯源或多台屯机需要协调运转等场合，异步电动机变频调速更是应当优先选用的方案；交流变频调速的缺点也很多，主要有谐波染严屯，然成为公害电机噪音大，效韦低；系统成本高，屯路复杂。运于可靠性较低等，4结论木文综述了空调风机驱动用电动机各种调违方法的原理实现及优缺点。由于自动控制技术电力屯子技术微屯广技术和汁算机技术的飞违发展，无刷直流电动机调速和交流电机变频调速技术越趋成熟，调速性能越趋稳性价比也越来越高，因此它们必将作为调速技术发展的主流方在国民经济的各个部门获得越来越广泛的应用。

　　夏长亮，薛向党。汽车空调无刷直流电动机设计研究。微电夏长亮史婷娜。汽车空调用非桥式无刷直流电机仿真研，樊贵勇，马锦珍。型外旋转子变极多速相异步电动机设计及其在空调风机中的应用。中小型电机，19955泛巧。

　　阮明旺。多速电动机在拖动空调风机设备中的应用。山东纺基于08的无刷直流电动机高性能实用数字控制系统刘志强，谢卫，汤天浩，李海量上海海运学院电气自动化系，上海2，135与相关模拟电路的组合，成功地实现了对电机控制的数字化处理。文中详细讨论了系统软硬件设计，经过实验明控制系统满足了无刷直流电动机高性能伺服控制所需参数的准确性与实时性要求。

　　1引言永磁尤直流电动机01适随着电机校制技术电力屯了技水和微电子技术的发展而出现的种新型电机。它是在，驯立流电动机的基础发展起来的。由于无刷直流电动机既具备交流电动机的结构简单运行可靠维护方便等系列优点，又具备宣流电动机的运行效率高无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，故在诸如医疗器械仪器仪及家用电器冷血的应用曰益普及，因此成为研宄热点的尤刷直流电动机控制系统要山模拟器件构成的模拟控制系统，这种系统然成木低，使系统易于实现，但存在着器件易于老化。器件随温度变LbJ刘，成。流调，洛免版。泡上海交。姐学版社。

　　7张深基。采用自整角机触发电路的串级调速系统。电气传S杨兴瑶。电动机调速的原理及系统第版。北京水利电力出9刘伟。低压数字式变频装置的研制4.工矿自动化，2，025iq邸敏艳姚勇。汽车空调蒸发风机与专用逆变器系统的研制邸敏艳，姚勇。汽车空调蒸发风机逆变器的研制。微特电姚勇，邸敏艳。基于1服技术的汽车空调蒸发风机逆变器的3六828灿芯片及其在空调风机变频器中的应用。山东14王建民，李永斌。随机脉冲位置电压空间矢量调制及其实现15王建民，张端桥。用于变风量空调风机的温控型变频器。微特电机，20013沿26下转第38页。

　　16王建明，李永斌。基于80，196此单片机的空调风机温控型专