Устройство инверторных кондиционеров.

Структурная схема инверторного кондиционера




Основное отличие инверторного кондиционера - его электронная схема, рассмотрим её структурную схему:

Функциональные блоки схемы


Входной фильтр
Подавляет и существенно уменьшает уровень помех из сети, которые возникают при переходных процессах от других потребителей, атмосферного электричества. Ещё одна функция - защита самой сети от высокочастотных импульсов силового преобразователя.
Выпрямитель
Осуществляет преобразование переменного тока в постоянный для питания инверторного модуля
ККМ - корректор коэффициента мощности.
Приводит форму тока к синусоидальной форме, а коэффициент мощности к норме - около 0,97 - 0,98 % В англоязычной документации обозначается как PSC или PFC - power factor correction
Инверторный модуль Из постоянного напряжения получает трёхфазное переменное для питания компрессора. Частота, переменного напряжения задаётся блоком управления в зависимости от тепловой нагрузки. Частота переключения силовых ключей при этом около 20 кГц.
На схемах обозначается - IPM - intelligent power module, то есть интеллектуальный силовой модуль.
Источник вторичного питания
Обеспечивает выходное напряжение для питания схемы управления, индикаторов, реле, драйверов для инвертора, электродвигателя вентилятора и других исполнительных механизмов.
Типовые значения постоянного напряжения:
+5 В - питание микропроцессора и микросхем
+12 В - питание реле, драйверных микросхем
+15 В - питание двигателей постоянного тока (BLDC)
Блок управления
Управление всеми блоками и механизмами кондиционера, получение информации с датчиков и её анализ, а также обмен данными с внутренним блоком.
Основные функции схемы управления:
• сбор данных с датчиков (температурных, давления)
• получение данных с внутреннего блока
• управление инверторным модулем и компрессором
• управление двигателем вентилятора
• управление электронным ТРВ
• коммутация четырёхходового клапана
• осуществление самодиагностики
• индикация ошибок
• передача данных внутреннему блоку
Двигатель вентилятора
Охлаждение конденсатора и поддержание заданного давления в системе.
Для BLDC-моторов:
Получает питание +310 В с выпрямителя для питания обмоток двигателя
+15 В с источника ВП для питания схемы управления
Передаёт данные с датчика Холла о частоте вращения вентилятора на схему управления, а с неё получает сигналы управления, для обеспечения оптимального давления в системе.
Электронный ТРВ
Управляет количеством хладагента поступающего в испаритель.
Представляет из себя канал с иглой, положение которой изменяет сечение канала.
Сама игла управляется шаговым двигателем. Это позволяет очень точно регулировать поток хладагента.
По английски EEV - electronic expansion valve, то есть электронный расширительный клапан.
Четырёхходовой клапан
Обеспечивает реверс хладагента.
Управление стандартное - с помощью реле.
На схемах обозначается как 4WAY или подписывается Reversing Valve.
Блок датчиков
Назван так условно, на самом деле они располагаются по всему контуру:
• датчик температуры воздуха на улице
• датчик температуры конденсатора
• датчик температуры нагнетания - устанавливается на нагнетающую трубку компрессора
• термореле компрессора
• датчик низкого давления
• датчик высокого давления
• датчик уровня масла в компрессоре
• датчик скорости вращения вентилятора
• в некоторых сериях инверторов - датчик частоты вращения ротора компрессора
Во внутреннем блоке также установлены датчики информация о состоянии которых передаётся платой управления:
• датчик комнатной температуры
• датчик температуры на входе в испаритель, в средней точке, на выходе (обычно установлены 1 или 2 датчика)
• датчик влажности
• датчик скорости вращения вентилятора
Некоторые серии инверторных кондиционеров также оснащаются линией перепуска хладагента, системами инжекции (впрыска) в компрессор, системами сбора и возврата масла и прочими, в этой схеме обозначены лишь основные узлы.
Мы рассмотрели структурную схему инвертора с двойным преобразованием, существуют также инверторы постоянного тока (DC Inverter).
Схема фильтра инверторного кондиционера
В предыдущей статье была рассмотрена базовая функциональная схема инверторного кондиционера. Теперь мы по очереди разберём каждый блок - его принципиальную электронную схему и назначение всех его деталей.
Входной фильтр

На входе электронной платы инверторного кондиционера всегда установлен фильтр помех.
Его цель - защитить плату от помех в сети, от импульсов напряжения и саму сеть от попадания в неё высокочастотных импульсов от преобразователя напряжения.
Элементы фильтра помех:
FU - предохранитель, при превышении тока срабатывает, попросту говоря перегорает, основное назначение - защита от перегрева и возгорания платы при коротком замыкании.
V - варистор, пороговый полупроводниковый прибор (также обозначается VA)
Защищает плату от превышения напряжения. При кратковременных импульсах высокого напряжения он гасит их , резко уменьшая своё сопротивление. При длительной подаче высокого напряжения (например 380 В при обрыве нейтрали) обычно сгорает вместе с предохранителем, успевая защитить элементы идущие после него.
SA - газоразрядник, керамическая, или стеклянная колба, заполненная инертными газами.
Также предназначен для защиты от перенапряжений, но уже атмосферного происхождения, поэтому он соединён не с заземлением от сети E2, а с заземлением корпуса кондиционера E1 .
C - конденсаторы, фильтруют помехи, путём снижения частоты паразитных колебаний
L1 - дроссель, то есть катушка с обмотками, намотанными на сердечник (обычно ферритовый) для снижения помех
Для лучшей фильтрации в некоторых схемах ставят два дросселя последовательно, один с обмотками намотанными встречно, другой намотанными согласно. В этом случае фильтруются дифференциальные и синфазные помехи.
В мощных инверторных кондиционерах и VRV, VRF системах фильтр питания выносят на отдельную плату, так как она получается довольно громоздкой - из-за большей мощности возрастает ток и соответственно необходимо увеличивать сечение провода катушек и размер магнитопровода (сердечника) дросселя.
И конечно, увеличивается число деталей для лучшей фильтрации помех.
Ещё один распространённый способ борьбы с помехами - ферритовые кольца. На них наматывают несколько витков питающего провода.
Это очень эффективный способ борьбы с помехами, сейчас большинство электронных устройств оснащаются ими - их устанавливают на питающем проводе. В английской терминологии Noise Filter
Выпрямитель и ККМ инверторного кондиционера
После входного помехоподавляющего фильтра идёт выпрямитель, обычно совмещённый с корректором коэффициента мощности.
Для питания инверторного модуля необходим постоянный ток. Для выпрямления переменного тока в постоянный используются полупроводниковые диоды включённые по мостовой схеме (иногда другой). Также используются готовые диодные мосты, выполненные в едином корпусе.
Коэффициент мощности - характеристика потребителя электроэнергии, которая показывает насколько больше мощность потребления от сети по сравнению с активной мощностью самого прибора. Для активной нагрузки (например, лампа накаливания, тепловые электроприборы) коэффициент равен 1.
Электрическая нагрузка в кондиционере имеет ёмкостный (конденсаторы) и индуктивный (компрессор) характер, что снижает КМ. По регламентам различных стран КМ должен быть не ниже определённого значения для потребителей различной мощности.
Поэтому во всех инверторных кондиционерах применяют корректоры КМ, рассмотрим наиболее часто применяемые схемы.
Схема пассивного ККМ:

После выпрямительного моста установлен дроссель L1, который корректирует КМ.

Такая схема обеспечивает невысокий коэффициент - 0,7 - 0,85 , в зависимости от нагрузки и имеет существенный недостаток - выбросы напряжения при изменении нагрузки, поэтому конденсаторы должны быть с увеличенным рабочим напряжением. Пассивные корректоры использовались в очень старых моделях кондиционеров (теперь они не соответствуют ни европейским, ни японским стандартам), также используются и сейчас в дешёвых китайских инверторах.
Схемы активных ККМ

Активные корректоры имеют в своей схеме активные компоненты - транзисторы, работающие в ключевом режиме, управляемые специализированными микросхемами.
Кстати, данная схема в немного видоизменённом виде наиболее часто используется в кондиционерах Daikin малой и средней мощности.


В разных сериях кондиционеров, и у разных производителей используются различные схемы и элементы. Например, транзистор может быть полевым или биполярным с изолированным затвором (IGBT).
Встречаются также схемы с двумя дросселями.
Трёхфазные выпрямители
Выше мы рассмотрели схемы с однофазным питанием, более мощные установки питаются трёхфазным напряжением.

Трёхфазное напряжение выпрямляется и сглаживается конденсаторами и далее схема не отличается от однофазной.
Очень часто используют модули в которых расположены сразу все силовые детали - выпрямитель, ККМ и IPM.