热泵型变频空调控制器的开发研究

摘要：本文介绍了清华同方股份有限公司开发的热泵型变频空调控制器的软、硬件结构原理和应用效果。该控制器设计中在变频压缩机驱动控制上采用了修正型SPWM算法；在室内、外机通讯中应用了隔离型市电调制技术；在室内风扇的驱动方面开发出无位置传感器直流无刷电动机的驱动算法和电路。
1.前言
空调的目的是为了给人们的生活、工作和娱乐等活动提供一个健康、舒适的人工环境。在世界空调器行业中，90年代中期以前，60％的市场被日本所占有，并且在制造技术、控制技术上日本都处于世界最前沿。现以日本空调器的发展为例来说明其变迁过程。空调器的发展过程，大致可以分为摇篮期（40年代中期开始）、品种扩大期（50年代中期-70年代初期）、电子进展期（70年代初期-80年代初期）、高度电子成熟期（80年代初期-80年代中后期）和AI进展期（80年代中后期以后）五个阶段[1，2]。在其发展过程中，变频技术和现代控制理论在房间空调器上的应用，具有划时代的意义，它不仅为创造舒适环境、实现空调器的高效节能运行提供了技术保证。
我国房间空调业起步较晚，现已经历了从进口散件组装、设计生产窗式空调器到设计生产分体空调器、柜机三个阶段。自80年代初起步，现已跃居家电消费品榜首，1997年和1998年产量均约为800万台[3]。90年代初期，国际上（特别是日本）诞生了新一代智能型变频空调器，给我国空调业提出了严峻的挑战。日本现已有三菱、三洋、东芝、大金、日立、松下、夏普、富士通等厂家生产智能型变频空调器，使变频空调器的市场占有率上升至80%以上。面临国际新产品的挑战，我国空调业已经从激烈的低档次的空调大战中醒悟过来，研制和生产适合我国购买力的、性能优越的节能型、舒适型空调产品，以推进我国民族产业的发展。本文将介绍清华同方股份有限公司开发的热泵型变频空调控制器的软、硬件结构原理和应用效果。
2.变频空调器的制冷系统
图1为变频空调器制冷系统原理图，空调器分为室外机和室内机两部分，其中室外机由变频压缩机、热交换器、四通阀、除霜电磁阀、毛细管组、单向阀、过滤器及室外机控制器等构成；室内机由热交换器、室内机控制器及用来调节风量、风向的电动机等构成；室内机与室外机之间通过制冷剂连接管路和用于供电、通讯的电缆连接。在系统管路能够反映制冷剂状态的关键部位设置了温度传感器，用以检测其温 度，并作为被控对象，以控制制冷剂的状态。该空调器的压缩机采用了日本三洋电机公司生产的C-6RV73HOW型双转子变频压缩机（型号：80870080），频率运行范围为12～150Hz；室内换热器风扇电动机为无位置传感器直流无刷电动机；室外换热器风扇由3速电动机驱动；为防止制热时因除霜导致室内舒适性下降，采用了热气旁通不间断制热除霜方式。
3.变频空调控制器的结构与功能
3.1 控制器硬件