Содержание
Новички задают вопрос, что такое инверторный кондиционер, зачем нужен. Углубимся слегка в теорию. Это поможет понять, для чего инженеры бьются годами над новыми техническими решениями. Голые слова, что инверторный двигатель работает тише и экономит энергию, уже не прельщают потребителя. Хочется знать, на что способны кондиционеры, оснащенные по последнему слову техники. Беря за основу курс лекций известного питерского учебного заведения, изложим знания, отсутствующие пока даже в Википедии. Оцените!
Зачем нужны вентильные двигатели
Особенности инверторной системы
Ошибочно утверждать, что про вентильные двигатели никто не слышал. В учебниках пятидесятилетней давности упоминается, что метод тиристорного формирователя импульсов для коммутации обмоток перспективен. Указанный электронный блок занят формированием фаз для коммутации вентилей. Датчик положения ротора указывает мозгу кондиционера, куда подавать импульсы.
Напряжение переменного тока выпрямляется и нарезается затем импульсами, от частоты которых напрямую зависит скорость вращения вала. Пришли к открытию постепенно. Читатели заметили, безусловно, что в электрических инструментах часто применяются коллекторные двигатели, а в промышленности чаще встречаются асинхронные. Раскроем причины.
Преимущества коллекторных и асинхронных двигателей
Коллекторные двигатели самостоятельно, без дополнительных модификаций, обладают значительным пусковым крутящим моментом. Это природное качество, позволяющее страгивать с места груз даже на низких оборотах. С ростом частоты момент крутящий падает, что считается нормальным. Причем зависимость от оборотов линейная. Коллекторные двигатели нравятся изготовителям бытовой техники за простоту регулирования.
Простым изменением амплитуды питающего напряжения варьируете скорость в широких пределах. Зависимость линейная, что сильно упрощает конструирование. Вдобавок имеются тиристорные схемы автоматической стабилизации оборотов в зависимости от величины искрения, что используется на практике. Причины избирательного применения коллекторных двигателей:
Комплект инверторного кондиционера
- У коллекторных двигателей большая потребность во внимании человека. Придется часто вести обслуживание щеток. Графит хрупок. В результате для кондиционера, призванного работать день и ночь, подобное решение не является эффективным.
- Окончательно лишает возможности использовать коллекторный двигатель высокий уровень шума устройств. Просто невозможно работать, читать, жить рядом с ревущим внешним блоком кондиционера. Тарахтит как трактор, помимо тяжелой физической атмосферы, нарушая законы о тишине и спокойствии граждан. Вслушайтесь, современный кондиционер шумит гораздо слабее пылесоса, где стоит коллекторный двигатель.
- Коллекторные двигатели не терпят агрессивных сред. В нашей природе с кислотными дождями последнее актуально.
- По конструкции коллекторные двигатели неспособны обеспечить высокое число оборотов. Предел – видимое в центробежных соковыжималках. Максимум 40 тыс. оборотов в минуту.
С другой стороны, асинхронные двигатели в первоначальном виде обладают слабой пусковой характеристикой. Это высокий ток в первые доли секунды и малый крутящий момент на старте. Характеристики даже ниже номинальных. В компрессоре кондиционера, где старт уже сложный, применение подобных устройств попросту нерационально. Указанные недостатки пытались исправить.
Кондиционер бытовой
К примеру, внедряется конструкция двойной беличьей клетки, когда на старте полем захватываются оба слоя проводников за счет низкой частоты вращения, в дальнейшем индукционные токи выталкиваются на поверхность. Имеются методики повышения активного сопротивления проводников статора, за счет чего там выделяется больше мощности. Получается, характеристика нагрузочная выпрямляется, зато ухудшаются эксплуатационные свойства: растут потери, требуется интенсивное охлаждение. Об экономии нет речи.
Получается, асинхронные двигатели тихие, неприхотливые в эксплуатации, требуется лишь смазка подшипников. Хорошо выдерживает механизм высокие частоты вращения, но для использования во внешних блоках кондиционеров попросту не годятся. Вдобавок повышение активного сопротивления ротора резко ухудшает регулировочную характеристику. Ситуация тупиковая, нужна совершенно новая технология, чтобы преодолеть ограничения старых типов двигателей. Это инверторные двигатели – попытка и рыбку съесть, и косточкой не подавиться.
Инверторные двигатели кондиционеров
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. Дано описание инверторной технологии. Приводили уже схему работы с электрической точки зрения, сегодня окунули читателей в механику.
Примечание. Напомним, синхронным называется двигатель, где напряжение просто подается на обмотку в первоначальном виде, а ротор отрабатывает частоту поступающего тока. Это простой и доступный для понимания тип моторов.
Единственным обозримым недостатком такой конструкции называют срыв оборотов вплоть до полного останова при неконтролируемом повышении нагрузки. Впрочем, внутри инверторного кондиционера ситуацию рассматривали как нештатную, нельзя принимать режим в качестве ограничивающего фактора для применения указанного типа двигателей. Синхронность подачи напряжения на нужную обмотку регулируется датчиком положения ротора. Уровень, определяющий скорость вращения, задается частотой следования импульсов. С уменьшением скважности растет постоянная составляющая. Вкратце описан инверторный кондиционер.
Описанная методика называется широтно-импульсной модуляцией. Суть: длительность пиков варьируют согласно необходимости. Чем шире импульсы (период сохраняется прежним), тем больше постоянная составляющая спектра, тем выше количество оборотов ротора.
Коммутация при помощи щеток не лучший вариант, потому что механически трущиеся детали всегда считаются слабым звеном и одновременно повышают уровень шума и вибраций, вызывают искрение. Перечисленных факторов стремятся избежать. Кроме того, нужна схема, призванная формировать в инверторном кондиционере управляющие импульсы. Для результата создан электронный блок.
Инвертор – лучший выбор
Двигатель мало отличается от синхронного, обмотки коммутируются электроникой. Это ключевые элементы, наподобие:
- транзисторов;
- тиристоров;
- симисторов.
Импульсы нарезаются пачками непрерывно под действием тактового генератора, но на какой из выходов (читай – номер обмотки статора двигателя) поступит сигнал, решает умная схема коммутации, руководствующаяся показаниями датчика положения ротора. Заметьте, при наличии интеллектуального модуля управления исчезают сложности с пуском оборудования. В синхронных двигателях существует некое положение ротора, где поле не захватывает магнитный момент вала. При наличии множества обмоток на статоре (вместо одной либо двух пар) и датчика положения ситуация коренным образом изменяется. За счет изложенного пропадают трудности с пуском компрессора инверторного кондиционера.
Показано, что такие двигатели обладают рядом преимуществ: хорошие условия охлаждения, низкие потери, отсутствие лишних движущихся частей, простота и дешевизна изготовления. Инверторный кондиционер стоит дорого – нужно модуль управления к двигателю приложить. Электроника и набирает разницу в цене в сравнении с предыдущим поколением.
Полагаем, что теперь читателям понятно, что такое инверторный кондиционер, зачем нужен. Подчеркиваем, что уже публиковали расширенный обзор на тему климатической техники Мицубиши, где объясняли эволюцию технологии. Там видно, как прогрессировали и менялись конструкция, форма, эффективность управляющего напряжения. Побочным продуктом явились множественные интересные функции, обеспечивающие немалый спрос указанного типа продукции.
Выражаем благодарность питерским преподавателям за качественный курс лекций, полагаем, что информация интересна кругу читателей.
