變頻空調器的特有器件主要是變頻壓縮機、智能功率模塊和電子膨脹閥3種。
變頻壓縮機
變頻壓縮機是變頻空調器的核心部件，按機械結構的不同，可分為渦旋式壓縮機和雙轉子旋轉式壓縮機兩種;按電氣結構，可分為交流變頻壓縮機和直流供電變頻壓縮機兩種。關於渦旋式壓縮機和雙轉子旋轉式壓縮機的工作原理在《空調器維修從入門到精通(第2版)》一書中已作介紹，下面介紹它們的電氣性能。
1.交流變頻壓縮機
交流變頻壓縮機電機和普通櫃式空調器採用的三相交流電機的構成基本相同，不同的是它的輸入電壓是脈衝電壓。
2.直流變頻壓縮機
直流變頻空調器的壓縮機採用的是直流變頻壓縮機。直流變頻壓縮機電機採用了三相四極直流無刷電機，該電機定子結構與普通三相異步電機相同，但轉子結構則截然不同，其轉子採用四極永久磁鐵。
(1)工作原理
正常運行時變頻模塊向直流電機定子側提供直流電流形成磁場，該磁場和轉子磁鐵相互作用產生電磁轉矩。因為轉子不需二次電流，所以損耗小，功率因數高，但由於轉子採用了永久磁鐵，所以成本比交流變頻壓縮機高。由於無刷電機有互為120°的三個繞組U、V、W (國內習慣用 A、B、C 表示)，所以為了使每個繞組都有電流流過，功率放大器採用了三相半橋式放大器，如圖1-3所示。
圖1-3 三相導通星形三相六狀態直流電動機原理圖
提示
圖1-3中，功率管VT1、VT3、VT5是高端放大器(也稱為上橋臂)，功率管VT2、VT4、VT6是低端放大器(也稱為下橋臂)。自20世紀60年代末開始，功率管從使用晶閘管(SCR)、門極可關斷晶閘管(GTO)、雙極型功率晶體管(BJT)、金屬氧化物場效應管(MOSFET)、靜電感應晶體管(SIT)、靜電感應晶閘管(SITH)、MOS 控制晶體管(MGT)、MOS 控制晶閘管(MCT)逐漸發展到現在使用的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管(HVIGBT)。
當VT1、VT4導通時，VCC(300V電壓)通過VT1、繞組U和V、VT4構成迴路，導通電流從繞組U流過繞組V，流過繞組U、V的電流使它們產生磁場驅動轉子旋轉;當VT1、VT6導通時，VCC通過VT1、繞組U和W、VT6構成迴路，導通電流從繞組U流過繞組W，流過繞組U、W的電流使它們產生磁場驅動轉子旋轉;當VT3、VT6導通時，VCC通過VT3、繞組V和W、VT6構成迴路，導通電流從繞組V流過繞組W，流過繞組V、W的電流使它們產生磁場驅動轉子旋轉;當VT3、VT2導通時，VCC通過VT3、繞組V和U、VT2構成迴路，導通電流從繞組V流過繞組U，流過繞組V、U的電流使它們產生磁場驅動轉子旋轉;當VT5、VT2導通時，VCC通過VT5、繞組W和U、VT2構成迴路，導通電流從繞組W流過繞組 U，流過繞組 W、U 的電流使它們產生磁場驅動轉子旋轉;VT5、VT4 導通時，VCC通過VT5、繞組W和V、VT4構成迴路，流過繞組W、V的電流使它們產生磁場驅動轉子旋轉。
注意
一個半橋的兩個功率管(如VT1、VT2)不能同時導通，否則會導致電源短路。
(2)電子換向(相)
為了保證直流無刷電機的平穩運行，需要對轉子的磁極位置進行精確檢測，並用電子開關(功率管)切換不同繞組的供電方式以獲得持續向前的動力。早期，位置檢測是在電機內部設置霍爾元件型位置傳感器，利用它產生的相位信號來實現的。近年來，位置檢測是通過檢測直流無刷電機中未通電繞組產生的感應電壓來實現的。因為這種檢測方法取消了位置傳感器，所以不僅結構簡單，而且提高了電機使用壽命。因此，變頻空調器的壓縮機電機幾乎都採用後一種方法進行換向(相)。
(3)無級調速
由於使用直流電源，電機的速度得依靠調節加在電機兩端的電壓來調整，較簡單的辦法是使用 PWM 脈衝來調節加到電機兩端的電壓。PWM 脈衝的佔空比達到最大時，加到電機兩端的電壓最大，電機轉速最高，而PWM脈衝的佔空比由CPU輸出的調速信號控制。CPU輸出的調速信號又受溫度調節信號和溫度傳感器產生的溫度檢測信號的控制。
3.典型故障與檢測
(1)典型故障
壓縮機異常後產生的典型故障：一是壓縮機不運轉，顯示壓縮機過流/過熱故障代碼;二是壓縮機不運轉，顯示智能功率模塊(IPM)異常故障代碼;三是壓縮機不運轉，顯示負載電流大故障代碼;四是噪聲大;五是產生製冷效果差。
(2)故障檢測
變頻壓縮機的檢測和普通空調器採用的壓縮機檢測方法基本相同，但在測量壓縮機電機繞組阻值時需要注意它的3個繞組的阻值是完全相同的。
智能功率模塊(IPM)
IPM 是英文 Intelligent Power Module 的縮寫，譯為智能功率模塊。典型 IPM 以 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)為功率管，結合驅動電路、保護電路等構成，如圖1-4(a)所示。當然，不同型號的IPM，其內部具有的功能會有所不同。圖1-4(b)是 80DC01SPDU 模塊的實物圖，該模塊上不僅有功率管及其驅動電路，而且還設置了低壓電源電路，不僅可以滿足IPM模塊驅動電路供電需要，而且通過連接器為室外機電路板提供12V和5V直流工作電壓。
圖1-4 典型的IPM
1.IPM的特點
變頻空調器採用的IPM一般具有以下特點。
① 集成度高。IPM作為功率集成電路產品，使用表面貼裝技術將三相橋臂的6個IGBT型功率管及其控制電路、保護電路集成在一個模塊內，具有體積小、功能多、可靠性高、價格便宜等優點。
② 保護功能完善。目前，變頻空調器採用的IPM都具有過流(OC)保護、短路(SC)保護、驅動電路供電欠壓(UV)保護、過熱(OH)保護功能。過熱保護功能是為了防止IGBT、續流二極管過熱損壞。
③ 內含故障保護信號輸出(ALM)電路。ALM電路是向外部輸出故障報警的一種功能電路，當IPM過熱、下橋臂過流以及驅動電路的供電欠壓保護電路動作時，通過向室外微處理器輸出異常信號，使室外微處理器能及時停止系統，實現保護，以免故障擴大。
2.IPM的主要參數
為了保證 IPM 長期安全、可靠地工作，選擇和使用 IPM 時，應當根據系統實際情況選擇參數正確的IPM。
(1)IGBT的最大耐壓值VCES
最大耐壓值應按略大於直流電壓的2倍選擇，如直流電壓為300V，則要求IPM的IGBT耐壓值為600V以上。
(2)IGBT的額定電流值IC及集電極(c極)峰值電流IcP
IcP應根據電機的峰值電流而定，而電機的峰值電流與電機的額定功率、效率、線電壓以及功率因數有關。
(3)IGBT的開關頻率fPWM
儘可能選擇開關頻率高一些的IGBT。
(4)IPM的最小死區時間tdead
激勵信號的死區時間不能小於模塊的最小死區時間tdead。
除了上述主要參數以外，還有其他一些參數也需要考慮，如IGBT的最大結溫tj等。為了確保IGBT能夠長時間正常工作，必須通過散熱片或風扇為IPM散熱。
3.IPM輸出電壓的調整方式
近年來，為了進一步提高變頻模塊的工作效率，變頻空調器逐步從單純的PWM控制改為PWM+PAM混合控制方式，即較低速時採用PWM控制，保持電壓/頻率(V/f)為一定值;當轉速大於一定值後，將調製度固定在最大值附近，通過改變直流斬波器的導通佔空比的大小，提高變頻模塊的輸入直流電壓值，從而保持變頻模塊輸出電壓和轉速成比例，這一區域稱為 PAM 區。採用混合控制方式後，變頻模塊的輸入功率因數、電機效率、裝置綜合效率都比單獨採用PWM技術的空調器有較大幅度的提高。
4.典型故障與檢測
(1)典型故障
IPM異常後產生的主要典型故障：一是壓縮機不運轉，顯示IPM異常故障代碼;二是壓縮機不運轉，顯示負載電流大故障代碼;三是壓縮機不運轉，顯示無電路或無負載的故障代碼。
提示
有的IPM還產生12V等電壓，所以此類模塊損壞後，會導致室外機CPU電路因沒有供電而不工作，從而會產生空調器不工作故障，並且顯示通信異常故障代碼。
(2)故障檢測
IPM檢測的主要方法有直觀檢查法、電壓測量法、電阻測量法和代換法4種。若採用示波器測量它的輸出端信號波形效果會更好。因IPM最常見的故障現象是功率管損壞，下面以80DC01SPDU模塊為例介紹功率管的檢測方法，測量方法與步驟如圖1-5所示。
首先，將數字萬用表置於二極管擋(PN結壓降測量擋)，測量300V供電端子與地間的正向導通壓降為0.403V，反向導通壓降為無窮大(顯示的數字為1)，如圖1-5(a)所示。
然後，將數字萬用表置於二極管擋，測量U、V、W 3個輸出端子與300V供電端子P+間的正向導通壓降為0.448V，反向導通壓降為無窮大(顯示的數字為1)，如圖1-5(b)所示。
接下來，將數字萬用表置於二極管擋，測量 U、V、W 3 個輸出端子與接地端子 P−間的正向導通壓降為0.448V，反向導通壓降為無窮大(顯示的數字為1)，如圖1-5(c)所示。
若以上測量的導通壓降為0或過小，說明功率管擊穿或漏電;若正、反向都為無窮大，說明功率管開路或內部線路開路。
圖1-5 IPM 模塊的檢測
電子膨脹閥
1.構成與工作原理
電子膨脹閥主要由步進電機和針形閥組成。針形閥由閥杆、閥針和節流孔組成。電子膨脹閥的內部構成和實物外形如圖1-6所示。步進電機運轉後改變針形閥開啟度，使製冷劑流量根據空調器工作狀態自動調節，提高了蒸發器的工作效率，保證空調器實現最佳的製冷效果。
圖1-6 電子膨脹閥的構成與實物圖
圖1-7所示是電子膨脹閥的自動控制電路。傳感器(負溫度係數熱敏電阻)對蒸發器出口管溫度進行檢測，產生的檢測信號被微處理器(單片機)識別後，輸出相應序列的運轉指令，通過驅動電路放大後，為電子膨脹閥上步進電機的定子線圈供電，使線圈產生磁場驅動轉子正轉或反轉。而電機轉速由微處理器輸出脈衝頻率來決定，頻率越高轉速越快。當蒸發器出口管的溫度升高，被傳感器檢測後提供給微處理器，微處理器控制電機反轉，帶動閥杆和閥針向上移動，節流孔增大，製冷劑的流量按比例增加;當蒸發器出口管的溫度降低，被傳感器檢測後提供給微處理器，微處理器控制電機正轉，帶動閥杆和閥針向下移動，節流孔變小，製冷劑的流量按比例減小。這樣，根據空調器製冷(熱)效果來調節制冷劑的流量，進而調節冷凝器和蒸發器壓差比，提高了蒸發器的工作效率，實現製冷(熱)最佳效果的自動控制。
2.常見故障與檢測
(1)常見故障
電子膨脹閥異常後引起製冷劑洩漏或堵塞，造成不製冷或製冷效果差的故障。
(2)故障原因及檢測
檢修電子膨脹閥異常引起製冷效果差的故障時，先檢查傳感器是否正常，若不正常，維修或更換即可;若正常，再檢修膨脹閥。此時，聽膨脹閥能否發出“咔咔”的聲音，若能，說明膨脹閥的閥芯被雜物卡住，清理雜物或更換膨脹閥即可;若沒有“咔咔”聲，用萬用表電阻擋測電子膨脹閥驅動電機的線圈阻值，判斷線圈是否正常，比如，海爾 KFR-25GW× 2/BFP變頻空調器的電子膨脹閥的紅-橙、紅-白、棕-藍、棕-黃線間的阻值為56Ω，而橙-白、藍-黃線間的阻值為 112Ω，若阻值異常，則說明電機的線圈異常，需要更換膨脹閥電機或膨脹閥。若電機線圈的阻值正常，則檢查驅動電路和微處理器電路。當然，也可以通過測量膨脹閥驅動電機的供電電壓來確認故障部位，若電壓正常，需要更換膨脹閥電機或膨脹閥;若電壓不正常，檢查驅動電路和微處理器電路。
圖1-7 電子膨脹閥的自動控制電路
提示
電子膨脹閥進氣口的過濾網髒或雜物過多引起堵塞時，可用酒精將它清洗乾淨後繼續使用。
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