Кое пречи на инверторите да работят на ниски обороти

[Board_Man]

Защо повечето компресори не могат да работят под 200-300W? Отговора на този въпрос вече е ясен и не се крие в компресора а в управлението му или по-скоро в принципа за управление. Тъй като двигателите в съвременните инверторни климатици са безчеткови BLDC, те се управляват с изкуственно създадено въртящо магнитно поле в статора а ротора е с постоянни магнити. Следенето на позицията на ротора при BLDC е важно за правилната работа на управлението и може да бъде изпълнено по следните два начина:
1) Поставяне на допълнителни датчици на "хол", които да връщат информация за позицията (обикновенно са 3 бр). Като цяло този метод не се използва при компресорите на климатични инверторни системи, може би заради нуждата от повече свързващи проводници или оскъпяване на компресора.
2) Използване на сканиране на индуктираното електродвижещо напрежение в собственните намотки на компресора. Този метод е известен като "BEFM Detection" и се използва в почети всички PWM/PAM управления.

Накратко, методът се състои в това, че винаги една от намотките в даден момент от време остава висяща, докато другите две са активно захранени. Именно свободната се сканира, като контролер измерва индуктираното напрежение, като преминаването през нула е признак за синхронизация на позицията. Ако не може да бъде открит този преход се получава грешка в синхронизацията в следствие на което ротора се блокира и не може да бъде развъртян. Тъй като индуктирането на такова напрежение е възможно само в работен режим, то ако ротора зацепи по някаква причина, неговото възстановяване в работен режим е възможно само при рестарт. За сравнение, при първия метод дори и в статичен режим се знае позицията на ротора и схемата за управление може да вземе решение в какво състояние да постави изходите на инвертора.

Какви проблеми съществуват при втория метод:
1) При ниски скорости на въртене на ротора, индуктираното напрежение е с много ниска стойност. На практика шумове по веригите граничат с нивото на полезния сигнал. Колкото по-бавно се върти ротора, толкова по-трудно ще е синхронизирането.
2) Наличието на защитни диоди в изходните вериги на силовите транзистори способстват за нелинейно изместване на нулевата точка, което много зависи и от стойността на индуктираното обратно напрежение. Получава се грешен сигнал за синхронизация, който в повечето случаи блокира ротора.

За избягване на всички тези проблеми се слагат допълнителни схеми в сканиращите вериги, които обаче не са задължителни. В повечето схемни решения се пропускат. Това обяснява и защо не може да се падне под определени обороти на компресора.

Problems
(a). As mentioned before, the voltage drop on the diode will affect the Back EMF significantly when the Back EMF is low. Theoretically, zero-crossing is evenly distributed each 60 electric degree. But because of the diode voltage drops, this will cause the zero-crossing to be unsymmetrically distributed. The wrong zero detection will cause wrong commutation which probably will stall the motor. Also bad zero-crossing will cause bad speed regulation.
(b). At low voltage or low speed, the zero-crossing slope is very flat. The offset and the hysteresis loop of the comparator will cause the bad zero-crossing detection. Meanwhile, because of the low Back EMF, it is very susceptible to the noise.

В добрите модели (явно в повечето японски) добавят схема, която решава горните проблеми и позволява стабилна работа на компресора при ниски обороти:

The preconditioning circuit not only eliminates the effect of the diode forward voltage drop, but also sharpens the slope of the Back EMF during the zero crossing period.
This circuit can greatly improve the performance of sensorless BLDC drive in low voltage applications, especially automotive. With this technique, the sensorless driver can be used with a much wider speed range. For example, using the original detection method, the speed range can only be 30-150 rpm. Using the improved method, the speed range can be 3-150rpm.

П.С: Като ми остане малко временце ще допълня със снимков материал и допълнителна полезна информация за инверторите използвани в климатичните системи.

[valen1]

Този текст ни разширява знанията, но от него не разбрах да има някакви големи технически трудности, които да пречат на инверторните компресори да работят на ниски обороти. Аргумент, че с добавянето на тази допълнителна електронна схема в модула управляващ компресора ще се оскъпи цената също е неиздържан, защото японските климатици продавани в Япония за една и съща мощност са по-евтини и с по-добри характеристики от европейските.

Например производителя Daikin произвежда климатици както за европейския така и за японския пазар. При моделите за европейския пазар минималната отдавана мощност на всичките им модели 9-ки и 12-ки не пада под 1 300 W. При моделите за японския пазар за същите 9-ки и 12-ки минималната отдавана мощност при някой модели е 700 W при други 900 W.

Няма технически трудности да се накара мотор да работи на ниски обороти стига производителят да го иска. От примерите, които ни дават всички произвеждащи климатици за японския пазар виждаме, че е възможно да се произведе климатик с компресор работещ на ниски обороти при по-високо качество на крайния продукт и при това на по-ниска цена от еквивалентните модели за Европа.

[vclima]

Въпроса за крайната цена за потребителя няма нищо общо с производствената цена, просто пазара в Япония е много голям, развит и по-висококонкурентен. В Япония се продават повече климатици от цяла Европа. Пазара в Европа е по-разкъсан и дистрибуторските вериги са по-дълги. По същата причина колите в Щатите са по-евтини от Европа.

[Julian]

Има нещо което го пропускате. Компресора има ниско КПД при ниски обороти. Същото се отнася и за двигателите на компресорите. Това е причината КОП при минимална мощност да е по-нисък от номиналния.

[Board_Man]

Има нещо което го пропускате. Компресора има ниско КПД при ниски обороти. Същото се отнася и за двигателите на компресорите. Това е причината КОП при минимална мощност да е по-нисък от номиналния.

BLDC motors are often more efficient at converting electricity into mechanical power than brushed DC motors. This improvement is largely due to the absence of electrical and friction losses due to brushes. The enhanced efficiency is greatest in the no-load and low-load region of the motor's performance curve. Under high mechanical loads, BLDC motors and high-quality brushed motors are comparable in efficiency.

[Julian]

BLDC motors are often more efficient at converting electricity into mechanical power than brushed DC motors. This improvement is largely due to the absence of electrical and friction losses due to brushes. The enhanced efficiency is greatest in the no-load and low-load region of the motor's performance curve. Under high mechanical loads, BLDC motors and high-quality brushed motors are comparable in efficiency.

Тук се сравняват двата типа двигатели. Няма нищо общо с това което съм написал.

[Board_Man]

Съгласен съм, но ето примерна графика на параметрите на BLDC мотор:

Горе долу най-високата ефективност на мотора се получава при 25% от натоварването, след което стръмно спада (но и при 10% натоварване, КПД-то му е толкова колкото и при пълно натоварване). Тук не става въпрос да пада до нула а до някаква приемлива граница (примерно 100-130W). Според мен може да се допусне такава работа на климатика, при полужение че и в този режим не консумира много. @Valen1 спомена дайкините с по 1300W отдаване - това си е една сериозна цифра. Един от факторите заради които от дайкин са го направили вероятно е за да държат икономичност. Ако мотора работи с 10% по-ниско КПД няма да е голяма загуба на енергия заради малката мощност на която ще работи а спечеления комфорт ще е значителен.

П.С: А загубата в ефективност на мотора при ниски натоварвания се компенсира от по-ниските загуби в силовите ключови елементи на инверторната схема. По-малките токове, които се комутират способстват за по-малко отделена загубна топлинна мощност в силовата схема.

[blue1]

http://tkkankyo.eng.niigata-u.ac.jp/...ympo4/sato.pdf

Интересно четиво за любознателните, имам проблем с превода му така, че очаквам някой друг да свърши работата.

[gnf]

Има нещо което го пропускате. Компресора има ниско КПД при ниски обороти. Същото се отнася и за двигателите на компресорите. Това е причината КОП при минимална мощност да е по-нисък от номиналния.

A защо при почти всички модели от високя клас на Национал/Панасоник, КОП при минимална мощност е по-висок от номиналния?

[Julian]

То точно така трябва да бъде. КОП-а е по-голям не заради по-голямо КПД на компресора.

[geozap]

[img width=411 height=600]http://img697.imageshack.us/img697/9976/bmcop.jpg[/img]

[liubodinkov]

По темата: Все пак при ниски обороти на компресора дебитът на фреона е нисък, а в случай че климатика е с капиляра ( при фреон-дозатор този случай зависи от софтуера) и степента на компресия е по-ниска, оттам делта Т е малка, т.е. идват му малко големички питите, т.е. СОР-а логично се качва. А, външният вентилатор също се ограничава като обороти (и разход на ток). Обаче при минимални обороти сумарните загуби стават твърде големи за минималния осъществяван термопренос. On-Off за по 5 минути през 5 минути на номинал, а дори и на максимал е по-икономично като разход, а и смазването на компресор, разработен да си бачка на 3000 об. е малко проблемно, като го кюташ на 300 об.

[stobi]

Абе това с оборотите на компресора и смазването е интересно!
Моя Carrier XPower Gold 18ка имам чувството че работи през по-голямата част на минимум под 300 об., но след като софтуера го позволява ме съмнява това да е проблем?
Тези които пишат софтуера сигурно са на ясно с това!

[edi1]

На ТОШКО нищо не му пречи, той и така си работи на минимални обороти, да не говорим за новия двуцилиндров компресор.

[geozap]

Къде е проблема с мазането на ниски обороти, при положение че "компресора" е в долната част на компресора/цилиндъда/, където е и маслото...