AS570系列變頻器在熱泵與采暖機中的應用

上海新時達STEP

摘要：研究顯示，北京PM2.5有6個重要來源，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”一系列政策補貼也相應出爐。AS570系列熱泵控制器是專門為熱泵采暖機（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；熱泵；AS570；

概述：

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

主機控制器采用一體化設(shè)計，控制方案有利于設(shè)計成本和控制可靠性。驅(qū)動器采用單元化設(shè)計理念，整套驅(qū)動器由驅(qū)動板、濾波電容板、直流電抗器組成。除了外機主控、變頻驅(qū)動器，我司同時提供線控器、GPRS遠程智能監(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系列采暖機電控整體解決方案是上海辛格林納新時達電機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、熱水機、泳池機、烘干機等熱泵產(chǎn)品。

主機控制器采用一體化設(shè)計，控制方案有利于設(shè)計成本和控制可靠性。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、交流和直流風機等輸出接口；以及兩路RS485通訊接口，滿足整機設(shè)備多樣化需求。

驅(qū)動器采用單元化設(shè)計理念，整套驅(qū)動器由驅(qū)動板、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)，實現(xiàn)精準、高效驅(qū)動直流變頻器壓縮機。同時，驅(qū)動板預留兩路直流風機接口。

除了外機主控、變頻驅(qū)動器，同時提供線控器、GPRS遠程智能監(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)動板、濾波電容板、電抗器、線控器、GPRS模塊以及遠程監(jiān)控套件（PC機或手機APP）組成，系統(tǒng)拓撲參考下圖：

1.2.驅(qū)動器框圖

驅(qū)動器產(chǎn)品由驅(qū)動板、濾波電容板、電抗器3部分組成，電氣拓撲參考下圖：

圖1.2.1 驅(qū)動器原理拓撲圖

1.3.功能特點

A.      產(chǎn)品完全由獨立自主開發(fā)，并結(jié)合多年暖通行業(yè)應用經(jīng)驗，能在7個工作日內(nèi)完成新開發(fā)壓縮機匹配要求。

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

C.       驅(qū)動器方案實現(xiàn)了高能效、小型化、集成度高的特點，方便生產(chǎn)、測試、維護。

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

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

F.       弱磁控制 & MTPA 控制方案，可以提高壓縮機運行頻率范圍。

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，從而提高壓縮機運行頻率范圍。

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

I.         壓縮機控制和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

當上位機發(fā)過來的設(shè)定頻率等于0或小于最小運行頻率時，驅(qū)動板處理待機狀態(tài)。此時綠燈閃爍（每接收到上位機發(fā)過來數(shù)據(jù)就閃爍一次）。

2）壓縮機運行

當上位機發(fā)過來的設(shè)定頻率大于最小運行頻率（15Hz）時，驅(qū)動板會控制壓縮機啟動運行至設(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，若目標能力不為0的降頻，降頻速度2Hz/S

若目標能力為0的降頻，降頻速度8Hz/S

3）停機

接收到上位關(guān)機指令后，停止壓縮機運行。切換為待機模式。

4）限頻控制

當壓縮機電流達到25A時限制頻率升高。

當輸入電流達到32A時限制頻率升高。

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

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

5）故障保護

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

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

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

D.      IPM模塊溫度過高保護：當散熱片溫度高于95度時出現(xiàn)此保護，故障保護停機60S。

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

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

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

H.      VDC電壓過高保護：當檢測到VDC電壓高于400V時出現(xiàn)此保護，故障保護停機60S。

I.         VDC電壓過低保護：當檢測到VDC電壓低于200V時出現(xiàn)此保護，故障保護停機60S。

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

K.       電流檢測電路故障：當檢測到電流檢測電路異常時出現(xiàn)此保護，故障保護停機60S。

L.        啟動失敗：啟動壓縮機前如果吸排氣壓力過高，會出現(xiàn)此故障。

M.     欠相故障：壓縮機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。該機型使用我司主控板、變頻驅(qū)動器、線控器等全套電控解決方案。

2.1.    測試條件

模擬采暖機組的應用工況，要求控制器驅(qū)動壓縮機在各頻率運行，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15Hz）
輸出頻率60Hz波形（壓縮機30Hz）
輸出頻率220Hz波形（壓縮機110Hz）

3.    結(jié)論

上海新時達AS570系列控制器適用整機機型：采暖機（煤改電）、暖風機、熱水機、泳池機、烘干機等；

產(chǎn)品供貨范圍：

A. 主控：上述整機機型全套主控成熟產(chǎn)品

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

產(chǎn)品亮點具備以下亮點：

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

B. 行業(yè)領(lǐng)先的驅(qū)動核心算法，更優(yōu)秀的輸出效率，更低噪音：以采暖機5/6HP驅(qū)動器為例，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。該亮點證明我司變頻驅(qū)動器核心算法效率領(lǐng)先于行業(yè)；對用戶的直接價值是整機能效更高、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。

參考文獻

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