Информация о том, что такое инверторный кондиционер и его особенностях

У многих возникает вопрос, что такое инверторный кондиционер, зачем он нужен. Вот и мы решили сегодня чуть углубиться в теорию. Это поможет нам понять, для чего инженеры бьются годами над все новыми техническими решениями. Голые слова о том, что инверторный двигатель работает тише и экономит энергию, уже никого не прельщают. Хочется знать, почему это так, и на что способны кондиционеры, оснащенные по последнему слову техники. Беря за основу курс лекций одного питерского учебного заведения, мы изложим по своим силам знания, которых пока нет даже в Википедии. Оцените!

Зачем нужны вентильные двигатели

Особенности инверторной системы

Особенности инверторной системы

Было бы ошибкой сказать, что про вентильные двигатели никто не слышал. Еще в учебниках пятидесятилетней давности упоминается, что метод тиристорного формирователя импульсов для коммутации обмоток весьма перспективен. Но открываешь Вики и понимаешь, что там ничего нет насчет того, что речь идет о технологии инверторов. Именно этот электронный блок занимается формированием фаз для коммутации вентилей. А датчик положения ротора указывает мозгу кондиционера, куда именно подавать свои импульсы.

Суть в том, что напряжение переменного тока выпрямляется и нарезается затем импульсами, от частоты которых напрямую зависит скорость вращения вала. Но пришли к этому не сразу. Вы заметили, наверное, что в электрических инструментах часто применяются коллекторные двигатели, между тем как в промышленности чаще встречаются асинхронные. Почему? Отвечаем! (См. также: Инверторный компрессор в холодильнике)

Преимущества коллекторных и асинхронных двигателей

Коллекторный двигатели сами по себе, без всяких модификаций обладают хорошим пусковым моментом. Это их природное качество, которое позволяет страгивать с места что-либо даже на низких оборотах. С ростом частоты момент крутящий падает, но это считается нормальным. Причем зависимость от оборотов линейная. Но за что коллекторные двигатели особенно нравятся изготовителям бытовой техники, так это простота регулирования.

Простым изменением амплитуды питающего напряжения можно варьировать скорость в широких пределах. Зависимость также линейная, что во многом сильно упрощает конструирование. К тому же имеются тиристорные схемы автоматической стабилизации оборотов в зависимости от величины искрения, что активно и используется на практике. Но почему же тогда коллекторные двигатели не применять всюду?

Комплект инверторного кондиционера

Комплект инверторного кондиционера

  1. У коллекторных двигателей большая потребность во внимании человека. Это значит, что придется часто вести обслуживание щеток. А они хрупки, к тому же. В результате для кондиционера, который призван работать день и ночь, подобное решение не являлось бы самым эффективным. Это мягко говоря.
  2. Но напрочь лишает нас возможности использовать коллекторный двигатель высокий уровень шума этих устройств. Просто невозможно было бы находиться рядом с работающим внешним блоком кондиционера. Он тарахтел бы, как трактор. А это к тому же, помимо тяжелой физической атмосферы, будет нарушать и законы о тишине и спокойствии граждан. Вслушайтесь, современный кондиционер шумит не так сильно, гораздо слабее пылесоса, где стоит коллекторный двигатель.
  3. Коллекторные двигатели не терпят агрессивных сред. В нашей природе с ее кислотными дождями это очень актуально. Не сказать, чтобы именно этот вопрос волновал именно производителей кондиционеров, но мы сейчас обсуждаем вопрос, зачем вообще понадобилась инверторная технология.
  4. По своей конструкции коллекторные двигатели не способны обеспечить высокое число оборотов. Их предел это то, что мы видим в центробежных соковыжималках. Максимум 40 тыс. оборотов. Да и то это уже много.

С другой стороны, асинхронные двигатели в их первоначальном виде обладают никакой пусковой характеристикой. Это не только высокий ток в первые доли секунды, но и малый крутящий момент на старте. Характеристики даже ниже номинальных. Понятно, что в компрессоре кондиционера, где старт и так сложный, применение подобных устройств попросту не является рациональным. Да, эти недостатки пытались исправить.

Кондиционер бытовой

Кондиционер бытовой

Например, внедряется конструкция двойной беличьей клетки, когда на старте полем захватываются оба слоя проводников за счет низкой частоты вращения, а в дальнейшем индукционные токи выталкиваются на поверхность. Имеются и методики повышения активного сопротивления проводников статора, за счет чего там выделяется больше мощности. Получается, что характеристика нагрузочная выпрямляется, но зато ухудшаются эксплуатационные свойства: растут потери, требуется интенсивное охлаждение. Понятно, что ни о какой экономии здесь не может идти и речи.

Вот и получается, что асинхронные двигатели тихие, неприхотливые в эксплуатации, потому как требуется только смазка подшипников, хорошо выдерживают высокие частоты вращения, но для использования во внешних блоках кондиционеров попросту не годятся. Не говоря уже о том, что повышение активного сопротивления ротора резко ухудшает регулировочную характеристику. Вы видите, что ситуация тупиковая, и нужна была совершенно новая технология, чтобы преодолеть ограничения старых типов двигателей. Ну, а теперь кто скажет, как она называется? Правильно! Это инверторные двигатели – попытка и рыбку съесть, и косточкой не подавиться.

Инверторные двигатели кондиционеров

Не будем томить читателей долгим ожиданием, скажем, что многие ученые умы пришли к выводу о необходимости совмещения преимуществ простоты регулировки и высокого пускового момента коллекторного двигателя с малыми потерями, отличными условиями теплоотвода, отсутствием хрупких и лишних движущихся частей синхронных двигателей с ротором из постоянного магнита. А это и есть описание инверторной технологии. Мы приводили уже схему работы с электрической точки зрения, а сегодня окунули читателей в механику. (См. также: Почему не греет кондиционер)

Примечание. Напомним, что синхронным называется двигатель, где напряжение просто подается на обмотку в том виде, в котором есть, а ротор отрабатывает частоту поступающего тока. Это самый простой и доступный для понимания тип моторов. Быть может, именно поэтому так мало об этом пишут в интернете.

Единственным обозримым недостатком такой конструкции является срыв оборотов вплоть до полного останова при неконтролируемом повышении нагрузки. Впрочем, внутри инверторного кондиционера такая ситуация рассматривалась бы как нештатная, поэтому ее просто нельзя принимать в качестве ограничивающего фактора для применения указанного типа двигателей. Как уже было указано, синхронность подачи напряжения на нужную обмотку регулируется датчиком положения ротора. Уровень же, от которого зависит скорость вращения, задается частотой следования импульсов. С уменьшением скважности растет постоянная составляющая. Вот что такое инверторный кондиционер (вкратце).

Описанная методика называется широтно-импульсной модуляцией. Суть в том, что длительность пиков варьирует в соответствии с необходимостью. Чем шире импульсы (а период сохраняется прежним), тем больше постоянная составляющая спектра, тем выше количество оборотов ротора.

Как мы уже сказали, коммутация при помощи щеток не является лучшим вариантом, потому что механически трущиеся детали не только всегда будут слабым звеном, но и одновременно повышают уровень шума и вибраций, вызывают искрение. А именно перечисленных факторов мы и стремимся избежать. Кроме того нужна схема, которая будет формировать в инверторном кондиционере управляющие импульсы. Вот для этого и создан электронный блок.

Инвертор - лучший выбор

Инвертор — лучший выбор

Сам двигатель мало отличается от синхронного, а его обмотки коммутируются электроникой. Это ключевые элементы, наподобие:

  • транзисторов;
  • тиристоров;
  • симисторов.

И все в том же духе. Импульсы нарезаются пачками непрерывно под действием тактового генератора, но на какой из выходов (читай номер обмотки статора двигателя) они поступят, решает умная схема коммутации, руководствующаяся показаниями датчика положения ротора. Заметьте, что при наличии интеллектуального модуля управления исчезают проблемы с пуском оборудования. Дело в том, что в синхронных двигателях имеется некое положение ротора, где поле не может захватить магнитный момент вала. При наличии множества обмоток на статоре (вместо одной или двух пар) и датчика положения ситуация коренным образом изменяется. За счет этого пропадают какие-либо проблемы с пуском компрессора инверторного кондиционера.

Ну, и выше было показано, что такие двигатели обладают целым рядом преимуществ. В частности, это хорошие условия охлаждения, низкие потери, отсутствие лишних движущихся частей, простота и дешевизна изготовления. А почему же инверторный кондиционер стоит так дорого? Так ведь нужно еще модуль управления к двигателю приложить. А вот электроника как раз и набирает ту разницу в цене в сравнении с предыдущим поколением.


Мы полагаем, что теперь нашим читателям понятно, что такое инверторный кондиционер, и зачем он нужен. Мы подчеркиваем, что ранее уже публиковали расширенный обзор на тему климатической техники Мицубиши, где объясняли эволюцию технологии. Там видно, как прогрессировали и менялись конструкция, форма управляющего напряжения, а также и эффективность. В результате то, что предлагается нам сейчас, сделано с одной целью – сбережение энергии. А побочным продуктом являются множественные интересные функции, обеспечивающие немалый спрос этого типа продукции.

На этом наш обзор заканчивается, надеемся, что он был полезным, выражаем благодарность питерским преподавателям за качественный курс лекций, полагаем, что информация была весьма интересна нашему кругу читателей.