AS570系列變頻器在熱泵與采暖機(jī)中的應(yīng)用

上海新時(shí)達(dá)STEP

摘要：研究顯示，北京PM2.5有6個(gè)重要來源，分別是土壤塵、燃煤、生物質(zhì)燃燒、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染和二次無機(jī)氣溶膠，其中燃煤占比約為18%。燃煤污染對霧霾天氣的形成產(chǎn)生了巨大的影響。為了減少冬季燃煤污染、改善空氣質(zhì)量，我國北方許多城市開始推廣“煤改電”一系列政策補(bǔ)貼也相應(yīng)出爐。AS570系列熱泵控制器是專門為熱泵采暖機(jī)（煤改電）開發(fā)的電控總成產(chǎn)品。

關(guān)鍵字：煤改電；霧霾；采暖機(jī)；熱泵；AS570；

概述：

AS570系列熱泵控制器總成為新時(shí)達(dá)公司專門為熱泵應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的控制產(chǎn)品，適用于采暖機(jī)、熱水機(jī)、泳池機(jī)、烘干機(jī)等機(jī)組應(yīng)用。

主機(jī)控制器采用一體化設(shè)計(jì)，控制方案有利于設(shè)計(jì)成本和控制可靠性。驅(qū)動(dòng)器采用單元化設(shè)計(jì)理念，整套驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)板、濾波電容板、直流電抗器組成。除了外機(jī)主控、變頻驅(qū)動(dòng)器，我司同時(shí)提供線控器、GPRS遠(yuǎn)程智能監(jiān)控等全套控制系統(tǒng)產(chǎn)品。

圖1.0 電控總成系統(tǒng)框圖

1.     方案介紹

AS570系列采暖機(jī)電控整體解決方案是上海辛格林納新時(shí)達(dá)電機(jī)有限公司針對熱泵領(lǐng)域開發(fā)的一款產(chǎn)品，適用于采暖機(jī)、熱水機(jī)、泳池機(jī)、烘干機(jī)等熱泵產(chǎn)品。

主機(jī)控制器采用一體化設(shè)計(jì)，控制方案有利于設(shè)計(jì)成本和控制可靠性。采用大容量32位智能處理器，提供13路感溫包、3路高低壓傳感器、8路開關(guān)量保護(hù)等輸入接口；2路電子膨脹閥、1路四通閥、1路水泵、1路加熱罐、交流和直流風(fēng)機(jī)等輸出接口；以及兩路RS485通訊接口，滿足整機(jī)設(shè)備多樣化需求。

驅(qū)動(dòng)器采用單元化設(shè)計(jì)理念，整套驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)板、濾波電容板、直流電抗器組成；軟件采用空間矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效驅(qū)動(dòng)直流變頻器壓縮機(jī)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)板預(yù)留兩路直流風(fēng)機(jī)接口。

除了外機(jī)主控、變頻驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)提供線控器、GPRS遠(yuǎn)程智能監(jiān)控等全套控制系統(tǒng)產(chǎn)品。

圖1.0.1 主控板

圖1.0.2驅(qū)動(dòng)板

圖1.0.3 濾波電容板

1.1.電控總成系統(tǒng)框圖

本產(chǎn)品由主控板、驅(qū)動(dòng)板、濾波電容板、電抗器、線控器、GPRS模塊以及遠(yuǎn)程監(jiān)控套件（PC機(jī)或手機(jī)APP）組成，系統(tǒng)拓?fù)鋮⒖枷聢D：

1.2.驅(qū)動(dòng)器框圖

驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品由驅(qū)動(dòng)板、濾波電容板、電抗器3部分組成，電氣拓?fù)鋮⒖枷聢D：

圖1.2.1 驅(qū)動(dòng)器原理拓?fù)鋱D

1.3.功能特點(diǎn)

A.      產(chǎn)品完全由獨(dú)立自主開發(fā)，并結(jié)合多年暖通行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，能在7個(gè)工作日內(nèi)完成新開發(fā)壓縮機(jī)匹配要求。

B.       超寬電壓運(yùn)行范圍，可在電源175V~265V 的電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

C.       驅(qū)動(dòng)器方案實(shí)現(xiàn)了高能效、小型化、集成度高的特點(diǎn)，方便生產(chǎn)、測試、維護(hù)。

D.      壓縮機(jī)啟動(dòng)采用閉環(huán)啟動(dòng)控制方案，可以保證壓縮機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)，減小壓縮機(jī)的啟動(dòng)電流，減小對電網(wǎng)的沖擊。

E.       驅(qū)動(dòng)采用無傳感器SVPWM 正弦波控制，可以有效減小高次諧波成分、電機(jī)振動(dòng)、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)及噪音；控制策略使用雙閉環(huán)反饋方案，確保機(jī)組頻率穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)時(shí)輸出精確的轉(zhuǎn)矩。

F.       弱磁控制 & MTPA 控制方案，可以提高壓縮機(jī)運(yùn)行頻率范圍。

G.      具有PFC功率因數(shù)校正功能，諧波成份極少，且能按需要提高直流母線電壓，從而提高壓縮機(jī)運(yùn)行頻率范圍。

H.      具備多種保護(hù)功能（欠壓、過壓、過流、高溫等），且使用快速的DSP芯片，讓所有保護(hù)功能得到快速響應(yīng)，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

I.         壓縮機(jī)控制和PFC控制都為同一單芯片控制，可提高控制同步性和可靠性。

1.4.功能描述

1）待機(jī)

當(dāng)上位機(jī)發(fā)過來的設(shè)定頻率等于0或小于最小運(yùn)行頻率時(shí)，驅(qū)動(dòng)板處理待機(jī)狀態(tài)。此時(shí)綠燈閃爍（每接收到上位機(jī)發(fā)過來數(shù)據(jù)就閃爍一次）。

2）壓縮機(jī)運(yùn)行

當(dāng)上位機(jī)發(fā)過來的設(shè)定頻率大于最小運(yùn)行頻率（15Hz）時(shí)，驅(qū)動(dòng)板會(huì)控制壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行至設(shè)定頻率。在不同的頻段升頻加速度按如下：

升頻過程中，

0~10Hz 頻段，升頻速度3Hz/s

10~60Hz 頻段，升頻速度2Hz/ s

60~75Hz 頻段，升頻速度2Hz/ s

75~100Hz 頻段，升頻速度1Hz/ s

降頻控制：

降頻過程，若目標(biāo)能力不為0的降頻，降頻速度2Hz/S

若目標(biāo)能力為0的降頻，降頻速度8Hz/S

3）停機(jī)

接收到上位關(guān)機(jī)指令后，停止壓縮機(jī)運(yùn)行。切換為待機(jī)模式。

4）限頻控制

當(dāng)壓縮機(jī)電流達(dá)到25A時(shí)限制頻率升高。

當(dāng)輸入電流達(dá)到32A時(shí)限制頻率升高。

當(dāng)散熱片溫度在[88,91）范圍時(shí)，限制頻率升高；當(dāng)散熱片溫度在[91,94)，每20S降頻1Hz

（最低降到35Hz）。當(dāng)散熱片溫度高于95度時(shí)，則故障停機(jī)（見散熱片溫度保護(hù)）。

5）故障保護(hù)

A.      壓縮機(jī)電流保護(hù)：U，V，W 瞬間電流大于50A時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

B.       IPM模塊保護(hù)：出現(xiàn)模塊的Fo輸出時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

C.       IPM模塊感溫內(nèi)部電路異常：當(dāng)檢測到模塊內(nèi)部溫度感溫包異常時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)。故障保護(hù)停機(jī)60S。

D.      IPM模塊溫度過高保護(hù)：當(dāng)散熱片溫度高于95度時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

E.       PFC模塊保護(hù)：瞬間輸入電流大于60A出現(xiàn)此保護(hù).故障保護(hù)停機(jī)60S。

F.       PFC模塊高溫保護(hù)：當(dāng)PFC溫度高于95度時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

G.      輸入電源異常故障：輸入電源缺波,缺波10MS以上，故障保護(hù)停機(jī)60S。

H.      VDC電壓過高保護(hù)：當(dāng)檢測到VDC電壓高于400V時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

I.         VDC電壓過低保護(hù)：當(dāng)檢測到VDC電壓低于200V時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

J.        通迅故障：連續(xù)30S內(nèi)沒有收到上位機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

K.       電流檢測電路故障：當(dāng)檢測到電流檢測電路異常時(shí)出現(xiàn)此保護(hù)，故障保護(hù)停機(jī)60S。

L.        啟動(dòng)失敗：啟動(dòng)壓縮機(jī)前如果吸排氣壓力過高，會(huì)出現(xiàn)此故障。

M.     欠相故障：壓縮機(jī)U/V/W其中一相沒有聯(lián)好。

1.5.產(chǎn)品接線

1.5.1.     電控總成系統(tǒng)接線圖：

圖1.5.1 電控總成接線示意圖

2.     調(diào)試案例及測試數(shù)據(jù)

江蘇常州新科空調(diào)有限公司、浙江溫州正理生能科技有限公司等客戶調(diào)試現(xiàn)場。該機(jī)型使用我司主控板、變頻驅(qū)動(dòng)器、線控器等全套電控解決方案。

2.1.    測試條件

模擬采暖機(jī)組的應(yīng)用工況，要求控制器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)在各頻率運(yùn)行，測試條件如下表：

測試數(shù)據(jù)：

各種工況下電壓、電流波形數(shù)據(jù)：

輸出	電壓電流波形
輸出頻率30Hz波形（壓縮機(jī)15Hz）
輸出頻率60Hz波形（壓縮機(jī)30Hz）
輸出頻率220Hz波形（壓縮機(jī)110Hz）

3.    結(jié)論

上海新時(shí)達(dá)AS570系列控制器適用整機(jī)機(jī)型：采暖機(jī)（煤改電）、暖風(fēng)機(jī)、熱水機(jī)、泳池機(jī)、烘干機(jī)等；

產(chǎn)品供貨范圍：

A. 主控：上述整機(jī)機(jī)型全套主控成熟產(chǎn)品

B. 驅(qū)動(dòng)：單相1P-7P（單壓縮機(jī)）；三相3P-30P（單壓縮機(jī)）

產(chǎn)品亮點(diǎn)具備以下亮點(diǎn)：

A. 行業(yè)最穩(wěn)定，最可靠：以采暖機(jī)5/6HP驅(qū)動(dòng)器為例，具備更大的設(shè)計(jì)裕量，輸入側(cè)可在36A工況下正常運(yùn)行，高于行業(yè)絕大部分產(chǎn)品4A左右。該亮點(diǎn)體現(xiàn)我司產(chǎn)品在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境中更穩(wěn)定、可靠。

B. 行業(yè)領(lǐng)先的驅(qū)動(dòng)核心算法，更優(yōu)秀的輸出效率，更低噪音：以采暖機(jī)5/6HP驅(qū)動(dòng)器為例，行業(yè)普遍使用50A模塊，我司變頻器最大輸出電功率7.4Kw，高于行業(yè)絕大部分產(chǎn)品250W以上。該亮點(diǎn)證明我司變頻驅(qū)動(dòng)器核心算法效率領(lǐng)先于行業(yè)；對用戶的直接價(jià)值是整機(jī)能效更高、噪音更低。

C. 專業(yè)的主控開發(fā)能力：提供高可靠性硬件、專業(yè)而完善的控制算法等完整的電控解決方案、調(diào)試支持和服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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