基于臺達PLC嵌入型變頻器的汽車空調應用

分類：技術教程日期：2011-08-19 00:00:00 來源：西部工控網

1. 引言

　　汽車市場的飛速發展，勢必帶動相關產業的發展。汽車空調作為汽車必備的舒適功能，也遇到了前所未有的發展機遇。汽車空調系統是實現對車廂內空氣進行制冷、加熱、換氣和空氣凈化的舒適性裝備。它可以為乘車人員提供舒適的乘車環境，降低駕駛員的疲勞強度，提高行車安全。空調裝置已成為衡量汽車功能是否完善的標志。

2. 汽車空調工作原理

2.1 車載制冷系統

　　汽車空調最基本和復雜的是車載制冷系統。現代車載制冷系統的壓縮機動力由電機驅動。制冷系統由壓縮機、冷凝器、貯液干燥器、膨脹閥、蒸發器和鼓風機等組成，如圖 1所示。車載制冷系統各部件之間采用銅管（或鋁管）和高壓橡膠管連接成一個密閉系統。制冷系統工作時，制冷劑以壓縮和膨脹的的2種物態在這個密閉系統內循環流動。

2.2 冷媒循環制冷過程

　　制冷系統的制冷劑（冷媒）循環分為四個基本過程：

　　（1）壓縮過程：壓縮機吸入蒸發器出口處的低溫低壓的制冷劑氣體，把它壓縮成高溫高壓的氣體排除壓縮機。

　　（2）散熱過程：高溫高壓的過熱制冷劑氣體進入冷凝器，由于壓力及溫度的降低，制冷劑氣體冷凝成液體，并排出大量的熱量。

　　（3）節流過程：溫度和壓力較高的制冷劑液體通過膨脹裝置后體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀（細小液滴）排出膨脹裝置。

　　（4）吸熱過程：霧狀制冷劑液體進入蒸發器，因此時制冷劑沸點遠低于蒸發器內溫度，故制冷劑液體蒸發成氣體。在蒸發過程中大量吸收周圍的熱量，而后低溫低壓的制冷劑蒸氣又進入壓縮機。

　　冷媒膨脹壓縮過程周而復始的進行下去，便可達到降低蒸發器周圍空氣溫度的目的。

圖1 制冷系統原理圖

3.臺達E系列變頻器汽車空調系統解決方案

　　汽車空調技術的不斷發展，壓縮機蒸發機的技術也在不斷的進步，而且隨著節能環保的呼聲越來越高，臺達機電在此大環境下，憑借其在電機驅動領域的技術領先優勢，提供了其在汽車空調行業的變頻驅動解決方案。嵌入簡易型PLC的臺達E系列智能化變頻器對于車載經湊型和經濟型驅動控制要求，具有很好的適用性。

3.1變頻制冷系統

圖2 系統控制圖

　　變頻制冷系統控制如圖2所示。系統采用臺達E 系列 15KW變頻器驅動壓縮機，7.5KW變頻器驅動蒸發機。變頻器蓄電池共線母線檢測供電電壓值，，由內部PLC程序進行運算，決定此時壓縮機和蒸發機應該工作在那種狀態，來得出變頻器的輸出頻率值。同時外部PLC通過溫度傳感器檢測回來的模擬量，及控制器設定的溫度值，來計算出變頻器應該工作的頻率，使變頻器加速或減速，以調節車內的溫度變化，達到車內溫度自動調節的目的。

3.2電控系統設計

　　由于汽車電氣屬于直流供電系統，所以變頻器應該可以直接使用直流供電。臺達E 系列變頻器可以直流母線共線使用，所以也是可以直接由直流供電的，但考慮到只是單純的使用直流供電，所以還是建議客戶將正負接在E系列變頻器power input的R T端子，這樣既可以做到防呆作用，還能防止變頻器母線電壓回灌。

　　另外，如果變頻器的供電過高或過低都會造成故障報警，而汽車的電源系統電壓一般都比較低，所以為了使系統能夠正常工作，在為汽車空調設計的專用變頻器的低電壓報警準位就會比標準的變頻器要低一些。汽車空調電控系統如圖3所示。汽車空調電控系統工程實物如圖4所示。

圖3 汽車空調電控系統原理

圖4 汽車空調實際系統圖

3.3輸出頻率流程圖

　　空調系統工作時，首先要檢測電壓系統的電壓，判斷是否在正常工作范圍之內，正常啟動后變頻器內部PLC檢測的DCBUS（直流母線）值，然后根據設定好的V/F曲線計算所要輸出的頻率，控制根據空調控制器設定的溫度值轉化后送到控制PLC，PLC再將其轉換為0~10V的模擬量信號送到變頻器的AVI，即變頻器的頻率命令來源，變頻器比較兩種頻率命令值的大小，然后根據較小的頻率指令進行輸出。變頻制冷PLC控制流程如圖5所示。

圖5 變頻制冷PLC控制流程