3.6.4變頻空調(diào)應(yīng)用中DIPIPM™的健康管理
上節(jié)回顧：
DIPIPM™幾乎是伴隨著變頻空調(diào)的發(fā)明而誕生。變頻空調(diào)是很久很久以前，為了解決日本東西部的供電頻率差異，人們想出來的一個辦法。因為東日本的供電頻率是50赫茲，而在包括名古屋、京都和大阪在內(nèi)西日本的供電頻率是60赫茲。那么在非變頻機(jī)型里，就會涉及到兩套完全不同部件清單。對于部件采購和銷售都會有很大的麻煩。為了解決這個問題，工程師們想到了變頻，以交直交的形式來統(tǒng)一電路設(shè)計。而我們目前經(jīng)常提到的節(jié)能，靜音等效果并不是最初的目的。
在相當(dāng)長的時間里，變頻空調(diào)里只有壓縮機(jī)采用了變頻技術(shù)。而目前最新的高能效空調(diào)都至少擁有3個變頻“電機(jī)”，包括1個變頻壓縮機(jī)，1個室外風(fēng)機(jī)和1個室內(nèi)風(fēng)機(jī)。如圖15所示。
圖15 變頻空調(diào)的結(jié)構(gòu)
接下來我們就以驅(qū)動壓縮機(jī)的主DIPIPM™為例，看看怎么在實際應(yīng)用中評價器件的運(yùn)行壽命。
首先我們需要了解變頻空調(diào)在不同工況下的運(yùn)行狀況。根據(jù)空調(diào)的不同運(yùn)行條件，選擇若干組比較典型的運(yùn)行工況，像表6這樣。
表6 空調(diào)惡劣工況舉例
接下來，我們就要像3.2節(jié)中介紹的那樣對每一種工況進(jìn)行功耗仿真，以確定每種工況下實際產(chǎn)生的溫升ΔTj。
假設(shè)測試條件如下：
SLIMDIP-L, Vcc=300V, fc=5kHz, Ic=7.5Arms, fo=60Hz, PF=0.8, M=1.0, Ts=90℃
圖16 空調(diào)仿真數(shù)據(jù)
所以在這次運(yùn)行中，Tc從Ta=50℃開始上升，直到90℃；而Tj從Ta=50℃開始上升，直到119.7℃。
ΔTj = 119.7℃ - 50℃ ≈ 69.7℃
結(jié)合圖5，完成30000個周期后，DIPIPM™故障率約為1%，記為Ln。
我們可以利用表7和表8進(jìn)行統(tǒng)計和計算。
表7 氣溫→運(yùn)行次數(shù)示例
表8 運(yùn)行次數(shù)→壽命示例
雖然之前的分析看起來都很有道理，但是我們并沒有足夠多壞品來證明這套理論的正確性。截止發(fā)稿時，三菱電機(jī)DIPIPM™的發(fā)貨量已經(jīng)超過10億片了。但是明確定性為功率循環(huán)壽命問題的損壞，實際上只有個位數(shù)。而在三菱電機(jī)收到各種“高齡”DIPIPM™壞品中，更多的也只是各種過壓，過流和過熱。
其實，仔細(xì)想想也可以理解這里面的道理。
首先，如果一臺空調(diào)能運(yùn)行10年以上出現(xiàn)了損壞，大多數(shù)用戶的選擇會是買一臺新的。如果運(yùn)氣比較好，驅(qū)動器能回到空調(diào)原廠�？照{(diào)廠是否會將DIPIPM™返回三菱電機(jī)也是一個概率問題。這就導(dǎo)致返回到三菱電機(jī)的“高齡”DIPIPM™數(shù)量及其稀少。
其次，空調(diào)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，里面有機(jī)械部件，有電氣部件。每一個器件都會有自己對應(yīng)的壽命極限。而空調(diào)的壽命取決于其中最短的那個器件。另一方面高齡的空調(diào)更像一個高齡的老人，各種特性的劣化導(dǎo)致最終一個普通工況就成了壓死駱駝的最后一根稻草。熱疲勞損壞的前提是器件能扛過各種過壓過流過熱，但是很多時候它抗不過。
