基于台达PLC嵌入型变频器的汽车空调设计

［编辑简介］：台达E系列变频器内嵌简易PLC功能，PLC容量可达500steps，本文提供了一种使用该产品在汽车空调压缩机的解决方案。给出了电控设计原理图与PLC控制流程图，可供该领域系统开发人员参考。
［摘要］：本文主要介绍台达E 系列变频器在汽车空调压缩机上的应用。E 系列变频器通过内建PLC编程检测汽车蓄电池电压高低，决定所要运行的压缩机频率，同时根据温度进行自动调节温度。
［关键词］：空调压缩机 台达E系列变频器 内建PLC
　
1  引言
　　汽车市场的飞速发展，势必带动相关产业的发展。汽车空调作为汽车必备的舒适功能，也遇到了前所未有的发展机遇。汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的舒适性装备。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。空调装置已成为衡量汽车功能是否完善的标志。
2  汽车空调工作原理
2.1 车载制冷系统
　　汽车空调最基本和复杂的是车载制冷系统。现代车载制冷系统的压缩机动力由电机驱动。制冷系统由压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等组成，如图 1所示。车载制冷系统各部件之间采用铜管（或铝管）和高压橡胶管连接成一个密闭系统。制冷系统工作时，制冷剂以压缩和膨胀的的2种物态在这个密闭系统内循环流动。
2.2 冷媒循环制冷过程
　　制冷系统的制冷剂（冷媒）循环分为四个基本过程：
  （1）压缩过程：压缩机吸入蒸发器出口处的低温低压的制冷剂气体，把它压缩成高温高压的气体排除压缩机。
  （2）散热过程：高温高压的过热制冷剂气体进入冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并排出大量的热量。
  （3）节流过程：温度和压力较高的制冷剂液体通过膨胀装置后体积变大，压力和温度急剧下降，以雾状（细小液滴）排出膨胀装置。
  （4）吸热过程：雾状制冷剂液体进入蒸发器，因此时制冷剂沸点远低于蒸发器内温度，故制冷剂液体蒸发成气体。在蒸发过程中大量吸收周围的热量，而后低温低压的制冷剂蒸气又进入压缩机。
　　冷媒膨胀压缩过程周而复始的进行下去，便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的。


　　汽车空调技术的不断发展，压缩机蒸发机的技术也在不断的进步，而且随着节能环保的呼声越来越高，台达机电在此大环境下，凭借其在电机驱动领域的技术领先优势，提供了其在汽车空调行业的变频驱动解决方案。嵌入简易型PLC的台达E系列智能化变频器对于车载经凑型和经济型驱动控制要求，具有很好的适用性。
2.1 变频制冷系统


        
　　变频制冷系统控制如图2所示。系统采用台达E 系列 15KW变频器驱动压缩机，7.5KW变频器驱动蒸发机。变频器蓄电池共线母线检测供电电压值，由内部PLC程序进行运算，决定此时压缩机和蒸发机应该工作在那种状态，来得出变频器的输出频率值。同时外部PLC通过温度传感器检测回来的模拟量，及控制器设定的温度值，来计算出变频器应该工作的频率，使变频器加速或减速，以调节车内的温度变化，达到车内温度自动调节的目的。
2.2 电控系统设计
　　由于汽车电气属于直流供电系统，所以变频器应该可以直接使用直流供电。台达E 系列变频器可以直流母线共线使用，所以也是可以直接由直流供电的，但考虑到只是单纯的使用直流供电，所以还是建议客户将正负接在E系列变频器power input的R T端子，这样既可以做到防呆作用，还能防止变频器母线电压回灌。
　　另外，如果变频器的供电过高或过低都会造成故障报警，而汽车的电源系统电压一般都比较低，所以为了使系统能够正常工作，在为汽车空调设计的专用变频器的低电压报警准位就会比标准的变频器要低一些。汽车空调电控系统如图3所示。汽车空调电控系统工程实物如图4 所示。



3  输出频率流程图
　　空调系统工作时，首先要检测电压系统的电压，判断是否在正常工作范围之内，正常启动后变频器内部PLC检测的DCBUS（直流母线）值，然后根据设定好的V/F曲线计算所要输出的频率，控制根据空调控制器设定的温度值转化后送到控制PLC，PLC再将其转换为0~10V的模拟量信号送到变频器的AVI，即变频器的频率命令来源，变频器比较两种频率命令值的大小，然后根据较小的频率指令进行输出。变频制冷PLC控制流程如图5所示。


4 结束语
　　台达E 系列变频器内部PLC容量可到500steps，因此对于小系统的顺序控制或简单的检测，能完全满足要求，所以就省去了外挂PLC的成本，同时，由于PLC是内嵌在变频器里面，就没有兼容性和通讯等问题的存在，因此使用起来非常方便。