空调系统的电气控制(详).ppt

第7章制冷与空调系统的控制 7 1小型制冷装置的控制7 2典型活塞式制冷机组的控制7 3溴化锂吸收式机组的控制7 4螺杆式制冷机组的控制7 5离心式制冷机组的控制7 6空气调节系统的自动控制 7 1小型制冷装置的控制7 1 1家用房间空调器的控制1 电气控制系统的基本组成1 基本组成空调器的电气控制系统主要由电源 信号输入 微电脑 输出控制 即室温给定 运转控制 和LED显示等部分组成 如图7 1所示 图7 1空调器的电气控制系统基本组成框图 2 各部分功能电源部分为整个控制系统提供电能 220V交流电压经变压器降压输出15V交流电压 再由桥式整流电路转变成直流电压 然后通过三段稳压7805和7812芯片输出稳定的5V及12V直流电压供给各集成电路及继电器 信号输入部分的作用是采集各个时间的温度 接收用户设定的温度 风速 定时等控制内容 微电脑是电气控制系统中的运算和控制部分 它处理各种输入信号 发出指令控制各个元器件的工作 输出控制部分是电气控制系统的执行部分 它根据微电脑发出的控制指令 通过继电器或光耦来控制压缩机 风扇电动机 电磁换向阀 步进电动机等部件的工作 LED显示部分的作用是显示空调器的工作状态 2 电气元器件介绍1 风扇电动机风扇电动机有单相和三相两种 主要由定子 转子和输出轴等组成 其外形如图7 2所示 对风扇电动机的要求是噪音低 振动小 运转平稳 重量轻 体积小 转速能调节 窗式空调器的风扇电动机带有离心风扇和轴流风扇两个风扇 分体式空调器室内机组和室外机组各有一只风扇电动机 分别带动离心风扇和轴流风扇 其中 室内机组多采用单相多速电动机 而室外机组一般采用单相单速电动机 为了保护电动机 一般在其内部或外部设置热保护器 大部分分体式空调器室内机组的电动机都采用外置式热保护器 热保护器串联在主电源回路中 一旦电动机温升过高 热保护器就动作切断整个电路 而分体式空调器室外机组的电动机一般采用内置式热保护器 当热保护器动作时只有电动机停止工作 不会影响到其他元器件 图7 2风扇电动机的外形 图7 3风扇电动机的接线 a 单相单速电动机 b 单相双速电动机 c 单相三速电动机 测量各绕组的阻值 如果阻值为无穷大或者零 说明绕组断路或者短路 检修采用内置式热保护器的电动机时 要先确定保护器是可复性的还是一次性的 图7 4 a 所示为可复性保护器 图7 4 b 所示为一次性保护器 对于带有可复性保护器的电动机 应在保护器回复后测量绕组阻值 对于带有一次性保护器的电动机 其维修过程与采用外置式热保护器的电动机相同 图7 4外置式热保护器 a 可复性保护器 b 一次性保护器 2 电容器在风扇电动机和压缩机电动机电路中都有电容器 它为电动机提供启动力矩并减小运行电流和提高电动机的功率因数 这些电容器一般为薄膜电容 常见故障为无容量 击穿或漏电 检测时可用万用表的R 100或R 1K挡 如图7 5所示 图7 5电容器的检测 测量前 先将电容器断开电源并用导线或其他导电物体将电容器两端短路放电 然后将表棒分别接到电容器两端 电容器良好时 指针会偏转一个角度 然后慢慢回到原处 偏转角度的大小取决于电容器的容量 如指针不动 说明电容器无容量 内部断路 如阻值接近零 说明电容器已击穿 内部短路 如指针有偏转但不能回到原位 说明电容器漏电 3 选择开关选择开关用于空调器的功能选择 常见的旋转式选择开关的外形如图7 6所示 选择开关一般有3种控制功能 制冷 制热和送风 选择开关的功能切换要快 特别是弱冷 强冷之间的转换 否则会因转换时间过长而引起瞬间断电 使压缩机电动机处于堵转状态而引起故障 选择开关的常见故障有该通不通 该断不断和接触不良等 检查时可用万用表的R 1挡 对照原理图检测触点的通断来确定其是否正常 通时阻值应为零 断时阻值应为无穷大 选择开关的电气原理图如图7 7所示 图7 6旋转式选择开关 图7 7选择开关的电气原理图 4 温控器空调器上使用的温控器有机械式和电子式两种 电子式温控器具有温控精度高 反应灵敏 使用方便等优点 因而广泛用于微电脑控制的空调器电路中 目前空调器中使用的电子式温控器一般采用全密闭封装的热敏电阻 当温度升高时 热敏电阻的阻值降低 当温度降低时 阻值升高 电子式温控器的常见故障是断路 如温度探头断落 压碎等 这时微电脑检测到的温度为无穷低 从而影响空调器的正常工作 机械式温控器的温控精度比电子式温控器差 一般温度调节范围为18 32 机械式温控器的外形 动作原理及图形符号如图7 8所示 温控器上有3个触点C L H C是公共端 制冷时与L接通 制热时与H接通 维修时可用万用表R 1挡来检测 通时阻值应为零 断时阻值应为无穷大 机械式温控器的常见故障是感温包内感温剂泄漏 导致温控器不能正常工作 图7 8机械式温控器 a 外形 b 动作原理图 c 图形符号 5 步进电动机步进电动机一般用于分体壁挂式空调器的风向调节 在脉冲信号控制下 其各相绕组加上驱动电压后电动机可正反向转动 步进电动机的标准驱动电路如图7 9所示 步进电动机的电源电压为12V 励磁方式为1 2相励磁 当脉冲信号按图7 10所示的步序输入时 步进电动机的4个绕组依次得到驱动电压 从而带动步进齿轮转动 步进电动机不同 其减数比和步进角度也不同 步进电动机的常见故障是绕组损坏或传动机构工作不正常 检修时可用万用表的R 10挡测量电动机各个绕组的阻值 正常时4个绕组的阻值都是相同的 图7 9步进电动机的标准驱动电路 图7 10步进电动机的接线及步序 6 交流接触器和继电器交流接触器是一种常用的低压控制继电器 它由主触点 动铁芯 静铁芯和吸引线圈等部分组成 如图7 11所示 当吸引线圈通电时 动铁芯带动主触点闭合 电路接通 吸引线圈断电时 主触点分断 电路切断 交流接触器主要用于频繁启动及三相交流电动机的控制电路中 以实现远距离控制的目的 图7 11交流接触器的外形与结构 继电器由吸引线圈 触点 复位弹簧等组成 它常用在电气控制电路中 实现既定的控制程序 或提供一定的保护 除了结构及适用范围不同 继电器与交流接触器的工作原理是类似的 在释放状态时 吸引线圈断电 在复位弹簧的作用下所有常开触点断开 常闭触点闭合 在工作状态时 吸引线圈通电 所有常开触点闭合 常闭触点断开 应注意的是 加到吸引线圈上的电压应符合要求 否则会吸合不好甚至烧毁线圈 测量线圈阻值时可用万用表的R 100挡 阻值偏小说明线圈局部短路 阻值无穷大说明线圈断路 另外 用万用表的R 1挡还可测量触点的接触电阻 触点闭合时阻值应为零 断开时阻值应为无穷大 交流接触器和继电器的常见故障是线圈烧毁 内部卡死以及触点烧蚀 粘连等 7 热继电器和过载保护器热继电器由发热元件和常闭触点组成 其外形如图7 12所示 发热元件由双金属片和电阻丝组成当电流超过额定值时 双金属片因过热而弯曲 推动滑杆使触点动作 切断控制电路使压缩机停止工作 起到保护压缩机的作用 在压缩机停机后 双金属片经一段时间冷却又可恢复到原来的位置 热继电器复位有手动和自动两种方法 整定热继电器工作电流时 应使其稍大于压缩机的额定工作电流 约1 5倍 若电流调得太大 压缩机过热时热继电器不动作 就容易损坏压缩机 若调得太小 会使压缩机频繁启停而不能正常工作 图7 12热继电器的外形 过载保护器也是用来保护压缩机的 它由双金属圆盘 触点 发热丝等组成 常见的圆顶框架式过载保护器如图7 13所示 双金属圆盘的两个触点串联在压缩机电路中 当压缩机过流或过热时 双金属圆盘发热变形使触点断开 切断电路 从而保护压缩机 检查时可用万用表的R 1挡 因两个接线柱正常情况下是导通的 所以阻值应接近于零 若阻值为无穷大 则应检查压缩机的通风是否良好 制冷剂是否过多或泄漏 工作电流是否偏大等 如果空调器长期工作在通风不良的环境中 过载保护器会经常动作而使触点烧蚀 粘连 起不到保护压缩机的作用 图7 13圆顶框架式过载保护器 a 外形 b 结构 8 主控电路板主控电路板是空调器的核心部分 它接收各种信号 经微电脑处理后发出各种指令 控制空调器工作 空调器微电脑的控制流程如图7 14所示 图7 14微电脑控制流程 3 微电脑控制空调器1 空调器微电脑控制电路的构成空调器微电脑控制电路由单片机和外围电路构成 单片机是一种超大规模集成电路 内部结构相当复杂 但非常可靠 很少出现故障 单从应用的角度来看 可以简单地把它看成一个器件 只需要了解其基本控制和运行功能即可 其控制功能分外部和内部两大部分 外部功能主要包括显示和按键 红外接收与编程 机型设置 蜂鸣 风向板控制 室内风机控制 电加热 换新风 通信 模拟实时数据采集功能等 内部功能主要指不同运行模式的控制 包括制动 制冷 制热 除湿 送风 定时 睡眠 自检 除霜 各种保护 延时等功能 外围电路的组成如下 1 传感与信号转换电路 采集非电量信号或电量信号 并将其转换为模拟电压量 如温度传感器采集温度信号并转换成电压信号 过流保护装置采集电流信号并转换为电压信号等 2 指令接收电路 接收按键指令或遥控指令 并对这些指令进行处理 转换为电压信号后 送到单片机 3 放大驱动电路 单片机将接收到的外界各种信号进行运算处理后 再发出各种控制信号 直接驱动小功率执行元件 如发光二极管 或通过放大驱动电路 如压缩机驱动电路 去驱动继电器 如风机继电器 或执行元件 如蜂鸣器 4 单片机工作辅助电路 这些电路主要是为了单片机正常工作而设置的 包括电源电路 晶振电路 复位电路等 图7 15所示是根据科龙KFR 35GW EQF分体热泵强力除湿空调微电脑控制电路绘制的控制系统结构框图 图7 15微电脑控制电路的控制系统结构框图 2 空调器微电脑控制分立电路的种类与功能空调器微电脑控制分立电路主要指外围电路 所有家用空调无论是单冷 冷暖 或是定频 变频 还是分体 窗机和柜机 其微电脑控制电路都由许多个分立电路所组成 而80 左右的分立电路是相同或相似的 这里以某典型热泵辅助电加热强力除湿分体空调器的微电脑控制电路为例进行介绍 1 直流电源电路 为单片机和各分立电路提供5V和12V两种直流电源 2 过零检测电路 为室内风机提供与电源同步的过零触发信号 3 遥控接收电路 接收遥控器所发射的各种控制指令 4 显示电路 显示空调器的运行状态 5 室外风机继电器驱动电路 控制室外风机的启停 制冷 制热时与压缩机同步 6 四通阀继电器驱动电路 控制四通阀的转换 即制冷与制热转换 7 电加热继电器驱动电路 当冬季制热能力下降时 控制电加热通断 进行辅助制热 8 晶振电路 产生高速振荡频率 为单片机提供标准时钟和运算速度 9 复位电路 也叫清零电路 用于提高空调器控制部分的稳定性和可靠性 10 室内环境温度检测电路 通过采集室内环境温度的变化 控制压缩机的运转和自动状态下的室内风机转速 11 蒸发器管温度检测电路 通过检测蒸发器管温 决定在制热时是否进行防过热或防冷风保护 同时在制冷或除霜状态下进行防冻结保护 12 冷凝器管温度检测电路 通过检测冷凝器管温 决定制热状态下的除霜 13 存储器电路 辅助单片机进行数据储存 可以对空调器运转进行计时 并可以决定空调器的开机运行模式 实现关机或掉电功能记忆等 14 反向驱动器驱动压缩机继电器电路 通过控制继电器开合 实现弱电对强电的控制 控制压缩机的启停 15 反向驱动器驱动步进电机电路 当需要风向摆动时 控制步进电机顺 逆转动 室内风摆在0 70 范围内摇摆 16 开关电路 应急开关作用 遥控器丢失或损坏情况的强制启动 17 室内风机驱动电路 控制室内风机的启停 并实现速度的自动调节 18 蜂鸣器电路 发射遥控指令或出现故障时 发出蜂鸣声 19 霍尔元件检测电路 检测室内风机的运转速度 从而对风机进行有效控制 20 3min延时电路 保证两次开机之间时间间隔在3min以上 使空调器轻负荷启动 21 压缩机过流检测电路 检测压缩机的运行电流 进行过载保护 3 家用空调器的主要控制功能家用空调器的主要控制功能概括为以下几个方面 1 制冷 制热恒温自动控制功能 该功能通过温度传感器和微电脑单片机的相互配合 实现室内温度的自动控制 同时还可实现制冷或制热 2 电源过压 欠压以及过电流保护功能 空调器压缩机正常工作电压在198 242V之间 若电压超出此范围 单片机可采取保护措施 使压缩机和风扇电机停止 压缩机过电流保护由电流互感器检测 并通过单片机内部控制使压缩机自动停机 3 压缩机3min延时启动保护功能 当压缩机停机以后 单片机会使压缩机再次启动时自动延时3min 以防止突然停电后再次突然来电而导致压缩机损坏 由于压缩机停机后 系统内压力不会很快平衡 如停机后马上又开机很容易损坏压缩机 4 制冷系统压力过高或过低保护功能 在室外主机管路上有系统高压和低压检测开关 当系统管道压力高于或低于其设定压力时 压力控制开关触点会断开或接通 并通过单片机控制系统使其能很快断开电源从而保护压缩机 5 曲轴箱预热功能 在压缩机曲轴箱外部固定有一个由微电脑自动控制 当室外温度在0 以下时 压缩机中的冷冻油黏度增大 使压缩机启动困难 的电加热器 它在冬天时能对压缩机曲轴箱提前加热 当室外机初次接通电源时 该加热器自动通电加热 压缩机正常工作后加热器断电停止工作 压缩机停机后 该加热器并不立即通电 只有在停机超过30min后 才启动加热 停机不足30min该加热器不工作 在软件设计上 该功能不是通过检测压缩机温度来实现的 而是通过检测压缩机停机时间以及室外环境温度来实现的 6 风扇调速自动控制功能 在制热或制冷时 该功能是由室内管温传感器检测温度 并通过单片机控制室内或室外风机转速来实现的 自动调节室内外风扇电机转速 以提供最合适的运动状态 7 辅助电加热功能 在采用热泵制热模式时 当室外温度低于 5 时 热泵型空调器制热量将明显下降 因此需在室内机上安装辅助电加热器 当室内温度为15 时 单片机会自动接通辅助电加热器 当室内与设定温度相差8 以上时 单片机会使电加热器自动接通电源 这样就使室内温度能尽快上升 当室内温度与设定温度相差4 空调器出风口达到50 时 单片机会自动切断电加热器的电源 8 干燥除湿功能 当室内处于高温 高湿 即室温高于设定温度5 以上 时可进行除湿 运行时空调器压缩机开开停停 室内风扇电机以低速运行 使房间的湿度下降 9 制热停机时热量排除功能 当制热时 由于有辅助电加热器 因此空调器停机后室内机热量会排不出去 这样很容易使空调器的塑料部件受热变形 所以要求空调器停机时 室内风机能自动延时2min以上 使热量排出 该功能由单片机内部自动控制 10 自动调试功能 该功能用于在空调器安装或维修时使用 即通过调试开关使微电脑由自动控制变成手动控制 而且空调器工作在制冷状态 此功能由微电脑内部决定 11 过温升防止功能 在制热运转时 当室内管道温度在60 以上时 室内管温电阻将此信号送入微电脑中 然后使空调器压缩机停止运转 12 制热时室内防冷风功能 在冬季制热运行时 初次开机或在除霜时 室内风机会吹出冷风使人感到不适 所以利用微电脑软件设计的特点就能很容易达到防冷风功能 即初次开机或除霜时 室内风机不转 当室内机管道温度升至一定值时 室内风机才开始运行 13 自动除霜功能 在制热运行时 可通过微电脑控制实现自动除霜功能 除霜时四通换向阀线圈断电 室内 外风扇电机停止运转 但压缩机仍继续运转 当除去室外机散热器上的霜以后 四通换向阀线圈通电 空调器继续制热运行 在软件设计上 当室外机管温低于 4 压缩机连续运行50min以上时除霜开始 当室外管温上升到12 或除霜10min以上时 空调器除霜结束 14 自动运行与睡眠功能 自动运行是指单片机按照室内温度自动决定空调器运行状态的功能 如夏季自动制冷 冬季自动制热 控制温度在15 30 之间 由于人体新陈代谢在白天和夜晚不同 因此感到舒适的温度也不相同 空调器在人入睡以后可自动调节设定温度 制冷运转时使室温比设定温度提高3 冬季制热可使温度比设定温度降低5 这样可防止入睡以后有过冷或过热的感觉 15 定时运转功能 根据人们生活和工作的需要 单片机可定时控制空调器开停机 控制时间为1 16小时 控制功能为定时开机或定时关机 16 室内风速自动控制功能 根据室内温度与设定温度之差 室内风机速度可自动变化 当室温与设定温度相差大时 风机速度变快 当温差小时 风扇速度变低 也可通过遥控器控制室内风扇速度 17 液晶显示功能 该功能通过发光二极管或液晶显示器 可显示空调器风速 运转模式 时间 温度 风向 故障代码等 18 故障检测功能 通过软件设计 单片机可对空调器常见故障进行判断 然后以故障代码形式显示在操作显示器上 或通过电脑板上发光二极管显示空调器故障 19 多机控制功能 该功能利用一块电脑板可同时控制几台空调器的运行 20 机型选择功能 微电脑芯片可以通过电路板上的插针 跳线 短接或开关通断达到一机多能的作用 即一块电路板可用于单冷型 热泵型 窗式 分体式 柜式等一大类之中 或作改变风速用 21 换新风功能 窗式空调由于是一体机 因此本身有换新风装置 分体式空调要实现换新风功能 则需要另外加设风扇和风管 有些空调的换新风具有智能功能 可以自动检测房间内CO2的浓度 并自动开停换新风系统 22 除尘杀菌功能 臭氧可以杀菌 负离子可以除尘 根据电压的高低可以分别产生臭氧或负离子 一些空调器加装负离子发生器 具备除尘杀菌作用 有些厂家的空调器还利用光波发生装置杀菌 23 加湿功能 冬季制热时 房间的湿度非常小 需要加湿补充水分 具有加湿功能的空调器可以自动检测房间空气的湿度 实现加湿功能 以上功能 由于各厂家设计参数不同 功能多少也不完全相同 随着科学技术的不断发展 单片机在空调器上的应用将更加完善 更加先进 更加可靠 4 家用空调器控制电路1 直流电源电路直流电源电路原理如图7 16所示 由保险管TH1 抗干扰电容C103 防过电压压敏电阻TH2 超温保护热敏电阻TH3等组成前端电源保护及抗干扰电路 由变压器T1将220V电压降至15V 经过VD101 VD104四个二极管整流 电容C109 C110滤波 由三端稳压集成块7812稳压输出12V直流电源 电容C111 C112滤波 由三端稳压集成块7805稳压输出5V直流电源 12V 5V两种直流电分别供应给电路板相应的分立电路和芯片使用 图7 16直流电流电路原理图 2 过零检测电路过零检测电路控制原理如图7 17所示 T1为变压器 将220V市电的电压降到15V VD105 VD106为整流二极管 将交流整流为脉动的直流电 R107为下拉电阻 起分压作用 保证进入三极管基极的电压小于0 7V 电阻R108起限流作用 使进入三极管的电流IB控制在较小范围 电阻R103起分压限流作用 在二极管导通时 保证11点的电位基本在0 3V 三极管V107起到开关作用 图7 17过零检测电路控制原理图 该电路与直流电源电路共用变压器T1 通过变压器降压 再由两个二极管整流 然后通过电阻的分压和限流 得到100Hz的脉动信号 经过三极管开关元件的作用 在11点得到100Hz的脉冲矩形波 此信号经过单片机内部控制后 再去控制室内风机驱动电路 使室内风机以不同的速度运转 3 遥控接收电路遥控接收电路控制原理如图7 18所示 N301为遥控接收集成电路 俗称接收头 有三只引脚 分别是VDD接电源 OUT接收信号输出 到单片机 GND接公共端 俗称弱电的接地 电阻R301起逐流作用 将微弱的接收信号逐一送到单片机 电阻R302起到分压限流作用 电容C301接在电源与公共端之间 用于消除杂波干扰 从遥控器接收来的信号经过调制解调 通过逐流电阻R301 将信号送入单片机的8脚 即P70脚 以达到不同的控制功能 图7 18遥控接收电路控制原理图 4 显示电路显示电路控制原理如图7 19所示 电阻R303的作用为限流和分压 保证发光二极管的电压和电流在一定的范围内 E301 E302和E303为发光二极管 分别代表运行 定时和加热 根据运行的状态 由单片机的12 10和11脚输出低电平 0V电压 形成回路 从而使对应的灯发光 图7 19显示电路控制原理图 5 室外风机继电器驱动电路室外风机驱动电路控制原理如图7 20所示 电阻R125起限流分压作用 三极管V121起开关作用 继电器K102控制风机电路的通断 其内部由线圈和开关触点组成 续流二极管VD 118 断电时可以避免因继电器线圈产生的感应电动势而冲击损坏三极管 电机M带动风扇运转 图7 20室外风机继电器驱动电路控制原理图 当空调器接收到运行指令后 从单片机3脚 P75 发出控制信号 触发三极管导通 12V直流电源经过继电器K102和三极管V121回到公共端 形成回路 继电器线圈因此得电产生吸力 使其中的触点闭合 220V交流电通过风机 使风机运转 一般的驱动电路基本上都是通过继电器 将单片机的弱电信号转化为强电信号 去驱动执行元件 如风机 四通阀等 以实现弱电控制强电的目的 6 四通阀继电器驱动电路四通阀继电器驱动电路结构 与室外风机继电器驱动电路结构基本相同 如图7 21所示 图7 21四通阀继电器驱动电路控制原理图 7 电加热继电器驱动电路 图7 22电加热继电器驱动电路控制原理图 8 晶振电路图7 23所示是晶振电路控制原理图 晶振电路较为简单 主要是石英晶振B102 其晶体结构为六角形柱体 按一定尺寸切割的石英晶体夹在一对金属片中间 在晶片两极通上电压 就具备了压电效应 即施加电压产生变形 变形受力又产生电压 从而不断振荡 石英晶振有三只脚 一只脚接单片机输入脚19 一只脚接单片机输出脚20 另一只脚接公共端 石英晶振通过与单片机内部的电路作用 产生4 1MHz的振荡频率 为单片机提供工作标准时钟 图7 23晶振电路控制原理图 9 复位电路如图7 24所示 二极管VD122起到隔离作用 作为断电时电解 极性 电容C123放电之用 当空调器上电时 单片机通过18脚送出5V直流电源 上电初期 电容相当于短路 于是公共端的0V电位被送入单片机 单片机收到0电位信号后 即刻开机运行 与此同时 电容很快充满5V电压并保持 复位电路的主要作用是提高空调器电控部分的稳定性和可靠性 防止单片机初次上电或受到强干扰信号出现死机 图7 24复位电路控制原理图 10 室外换热器温控电路室外换热器温控电路控制原理如图7 25所示 电阻R131起分压作用 热敏电阻TH3也称感温探头 感受温度的变化 转化为电阻的变化 进而转化为电压的变化 电阻R128起限流作用 使进入单片机的电流不会过大 电容C126起抗干扰作用 保证单片机不受偶然电压变化的影响而造成误判断 感温探头是一个负温度系数的热敏电阻 即温度越高 电阻越小 温度越低 电阻越大 热敏电阻将感知的温度变化转化为电阻的大小变化 再进一步转化为电压的变化 送入单片机 单片机将接收到的电压值通过内部程序进行运算比较 以决定是否进行除霜 图7 25室外换热器温控电路控制原理图 11 室内环境温度控制电路该电路将采集的室内环境温度与遥控器设定的温度进行比较 决定室外机是否停止或继续运转 但室内机仍然运转 自动风速控制情况下 根据室内温度与设定温度的差值 自动调整风机的速度 温度越接近 风速越慢 温差越大 风速越快 室内环境温度控制电路控制原理如图7 26所示 图7 26室内环境温度控制电路控制原理图 12 室内管温控制电路室内蒸发器管温度控制电路控制原理如图7 27所示 该电路将采集的管温与单片机内设定的防冷风和防热风温度进行比较 制热时 当蒸发器的管温低于25 时 风机不运转 因为这个温度吹到人身上还是觉得冷 当管温超过53 时 室外机停止运转 以防止高温危险 此时室内机继续吹风降低蒸发器温度 图7 27室内蒸发器管温度控制电路控制原理图 13 存储电路存储电路控制原理如图7 28所示 由于单片机的内部存储量不够 因此该控制电路外加EEPROM存储器93C46 可以对空调器的运转进行计时 并可以决定空调器的开机运行模式 关机和记忆等 由单片机对93C46进行读写操作 不读写时70为高电平 67 68 69为低电平 图7 28存储电路控制原理图 14 反向驱动器驱动电路反相驱动器驱动电路控制原理如图7 29所示 电路板所用的反相驱动器为N103 由7个反相驱动器封装而成 分别为1 7脚对应16 10脚 其作用是将由单片机发出的微弱信号反相并放大 以带动较大电流 功率 的继电器 蜂鸣器以及步进电机等 B101为蜂鸣器 遥控接收信号时会发出响声 M为步进电机 带动室内风摆摆动 K101为压缩机继电器 控制压缩机的开停 图7 29反向驱动器驱动电路控制原理图 当遥控器发出开机指令时 单片机P73 5脚 发出高电平信号 经过N103反相后 在16脚反相为低电平 因此与12V直流电源构成回路 继电器线圈导通 触点闭合 压缩机交流220V电源接通运转 同理 当发出风摆遥控指令后 单片机P12 P15 33 36脚 周期性地依次发出高电平 通过反相驱动器的14 11脚 驱动步进电机上下摆动 当接收遥控信号时 单片机P72 6脚 发出一组脉冲信号 触发蜂鸣器鸣叫 空调机故障现象 本分立电路的反相驱动器损坏 压缩机不能运转 遥控风摆不能摆动 蜂鸣器不能鸣叫 15 开关电路开关电路控制原理如图7 30所示 按键开关起应急作用 电阻R110为负载电阻 图7 30开关电路控制原理图 在无遥控器情况下 按动S101可以直接启动空调器 此时空调器按自动状态工作 根据室内环境温度 或制冷或制热 平时S101悬空 单片机40脚为低电平 电控系统处于遥控状态 16 室内风机驱动电路室内风机驱动电路控制原理如图7 31所示 图7 31室内风机驱动电路控制原理图 该电路由三部分组成 1 整流滤波稳压电路 电阻R101起限流分压作用 二极管VD108起整流作用 极性电容C106起滤波作用 稳压二极管VD109起稳压作用 2 触发电路 电阻R105 R104 R109起限流分压作用 光电藕合器E101起信号传递作用 电容C107起抗干扰作用 3 主电路 双向晶闸管VD110起控制开关作用 电机M带动室内风扇运转 电阻R102与电容C105构成阻容保护电路 保护双向晶闸管 又称双向可控硅 VD110不受损坏 电容C104起风机分相作用 电感L101起抗干扰作用 220V交流工频电压经过半波整流 滤波及稳压之后 得到12V直流电源 供触发电路用 单片机将过零信号发送至光电耦合器中 通过光耦合 在18点产生过零触发信号供给双向晶闸管 使之受控导通 一旦双向晶闸管导通 则220V交流工频电源通过电机 电机运转带动风扇吹风 单片机根据遥控指令发出占空比不同的脉冲信号 就可以控制双向晶闸管导通与关闭的时间比例不同 因而通过电机的电压有效值也不同 从而得到高 中 弱 微四种风速 图7 32风速检测电路控制原理图 17 风速检测电路风速检测电路只有一个霍尔元件 并且被置入室内风机的内部 电路板是看不到的 霍尔元件是一个半导体薄片 随着风机的运转会产生脉冲信号输出 风机转速越快 脉冲频率越高 霍尔元件有三个管脚 接公共端 接5V电源以及输出端 去单片机7脚P71 脉冲信号送入单片机后 单片机内部程序判断室内风机的当前运转速度 并根据遥控指令进行速度控制调整 风速检测电路控制原理如图7 32所示 18 3min延时电路3min延时电路控制原理如图7 33所示 充电电阻R115和放电电阻R116起限流作用 二极管VD111起隔离作用 极性电容C118起充放电作用 上电时 5V直流电源经过充电电阻R115和正向二极管给电容充电 很快充至5V电压 当空调器断电停机之后 不到3min又开机时 由于在断电期间电容通过放电电阻R116的放电比较慢 因为放电电阻值比较大 为2 2M 3min之内的放电不能将电容的电压降低到1V以下 故空调器拒绝开机 此时采用单片机计时3min以上 或单片机通过27脚采集到电容的电压降到1V以下时 才能进行下一次开机 图7 333min延时电路控制原理图 19 压缩机过流检测电路图7 34是过流检测电路控制原理图 T101为电流互感器 感应压缩机的运行电流 负载电阻R117起分流作用 二极管VD112起整流作用 电容C119起滤波作用 电阻R118 R119起限流分压作用 图7 34过流检测电路控制原理图 5 典型电路分析1 窗式空调器的电路目前市场上出售的窗式空调器按其控制方式可以分为强电控制和弱电控制两种 强电控制是指控制线路的电源为220V或380V交流电压 其特点是控制线路比较简单 查找故障方便 图7 35所示是KC系列单冷型窗式空调器的控制线路 图中X1为电源插头 S为选择开关 M1为风扇电动机 T为温控器 M2为压缩机 Q为过载保护器 C1 C2分别为风机和压缩机的电容器 图7 35单冷型窗式空调器的控制线路 当插上电源并将选择开关打至强风挡时 1 2通 M1的高速挡被接通 风扇电动机高速运转 由于M2未接通 因此压缩机不工作 当选择开关打至强冷挡时 1 2 1 4通 M1的高速挡被接通 M2也被接通 空调器作强冷运行 当选择开关打至弱冷挡时 1 3 1 4通 M1的低速挡及M2被接通 空调器作弱冷运行 当选择开关打至弱风挡时 1 3通 M1的低速挡被接通 风扇电动机低速运转 在制冷运行时 温控器应打在常冷挡 即C Low通 KCD系列电热型窗式空调器的控制线路如图7 36所示 图中X1为电源插头 M1为风扇电动机 M2为压缩机 S1为选择开关 T为温控器 F为温度熔断器 E为电加热器 Q为过载保护器 S2为可复性保护器 C1 C2分别为风机和压缩机的电容器 图7 36电热型窗式空调器的控制线路 当选择开关打在送风挡时 1 2通而其余断开 M1被接通 空调器作送风运行 当选择开关打在强冷或弱冷挡时 1 3与1 5通或者1 2与1 5通 而且温控器打在常冷挡 C与Low通 此时风机与压缩机都被接通 空调器作制冷运行 当选择开关打在强热或弱热挡时 1 3与1 4通或者1 2与1 4通 而且温控器打在常热挡 C与Hi通 此时风机与电加热器同时工作 但压缩机不工作 空调器作制热运行 强电控制的窗式空调器的控制线路比较简单 故障也容易发现 一般检查顺序为电源插头 机械式温控器 选择开关和保护器 如果上述元器件都正常 再检查风扇电动机 压缩机 电加热器等 弱电控制的窗式空调器控制线路主要由微电脑 驱动电路 显示器 继电器 电源及各种传感器组成 如图7 37所示 弱电控制的窗式空调器遥控器电路如图7 38所示 S1 S8为功能键 当用户按键时 遥控器主芯片会得到脉冲电压 经处理后发出红外线发射代码给主控电路板上的接收电路 再由微电脑来控制空调器工作 图7 37弱电控制的窗式空调器控制线路 图7 38弱电控制的窗式空调器遥控器电路 2 分体壁挂式空调器的电路分体壁挂式空调器的控制线路由室内外机组控制电路和遥控器电路组成 遥控器发射控制命令 微电脑处理各种信息并发出指令控制室内机组与室外机组工作 图7 39所示是液晶显示遥控器的电路 其中 遥控器主芯片的1 25脚 62 64脚用来驱动LCD 液晶显示 28 43脚为I O接口 用于按键扫描 控制信息由这里输入 45脚用于控制红外线发射 该脚输出的是调制波 液晶显示屏有两个电极 由于加固定电平易损坏液晶 因此两极间加的是脉冲信号 图7 39液晶显示遥控器电路 遥控器有三种工作状态 一是正常工作状态 这时电路的主 副时钟同时工作 电流为毫安级 二是休眠状态 这时电路仅主时钟工作 电流不到1mA 三是停止状态 这时电路仅副时钟工作 电流小于8 A 带液晶显示 遥控器信号采用红外线发射 其波形为长短码 如图7 40所示 不同厂家的发射代码的位数略有不同 图7 40红外线发射代码 长短码 示意图 图7 41单冷型分体壁挂式空调器控制线路 图7 42热泵型分体壁挂式空调器控制线路 其具体工作过程如下 1 制冷运行 制冷运行的温度设定范围为20 30 当室内温度高于设定温度时 微电脑发出指令 压缩机继电器吸合 通过室内外机组的信号连线送出信号 于是压缩机 室外风机运转 制冷运行时室内风机始终运转 可选择高 中 低任意一挡风速 当室内温度低于设定温度时 压缩机 室外风机停止运转 2 抽湿运行 选择抽湿工作方式后 空调器先制冷使室内温度达到遥控器指定的温度 然后转入抽湿工作方式 抽湿时 室内风机 室外风机和压缩机先同时运转 当室内温度降至设定温度后 室外风机和压缩机停止运转 室内风机继续运转30s后停止 5 5min后再同时开启室内外机组 如此循环进行 在抽湿运行时 室内风机自动设定为低速挡 而且睡眠 温度设定等功能键均有效 如果遥控器发出变换风速的信号 空调器可接收信号 但并不执行 3 送风运行 送风运行时 可选择室内风机自动 高 中 低任意一挡风速 但室外机组不工作 4 制热运行 空调器进入制热运行后 可在14 30 的范围内以1 为单位设定室内温度 当室内温度低于设定温度时 压缩机继电器 四通阀继电器 室外风机继电器吸合 空调器开始制热运行 在制热运行中 当盘管温度小于等于20 时 室内风机停转 当盘管温度大于等于28 时 室内风机运转 此外 为了提高制热效率 微电脑会根据室外侧铜管的温度及压缩机的运转情况来判断空调器是否需要除霜 在除霜时 压缩机运转 室外风机 室内风机停止工作 待除霜结束后再恢复工作 5 自动运行 进入自动运行工作方式后 室内风机按自动风速运转 微电脑根据接收到的外界信息自动选择制冷 制热或送风运行 3 分体立柜式空调器的电路分体立柜式空调器的控制线路如图7 43所示 图中 M1 M2为室内风机 M3为摆叶电动机 M4 M5为室外风机 C1 C2 C4 C5为风机电容器 AP1为显示面板 AP2为主控电路板 J1 J2为继电器 K1为交流接触器 FR为热继电器 P为高压控制器 SW为除霜温控器 V为四通阀 M6为压缩机 此外 L1 L2 L3代表三相交流电源 380V 50Hz N代表零线 G代表接地线 C是压缩机的控制线 V是四通阀的控制线 S是信号线 当空调器正常制冷时 L1 L2 L3 N为电源输入 C线即压缩机控制线为220V V线为0V 这时 交流接触器K1的线圈得电 K 1的常闭触点断开 切断压缩机的预加热 而常开触点闭合 压缩机工作 室外风机运转 此时S线为220V 当空调器正常制热时 C线为220V V线也为220V 四通阀吸合 压缩机 室外风机运转 此时S线也为220V 因此 在正常的制冷 制热运行时 S线总为220V 这也是判断空调器工作是否正常的依据 当经过热继电器FR的电流超过规定值时 FR的常闭触点跳开 常开触点吸合 而当系统压力过高时 高压控制器P的触点跳开 只要出现上述任意一种情况 就可使继电器J1的线圈通电 J2动作使S线电压为零 这时空调器不能正常工作 显示面板上就会出现故障提示 图7 43分体立柜式空调器控制线路 分体立柜式空调器在制热运行时也需要不定时地除霜来提高制热效果 要使空调器除霜运行 必须具备如下两个条件 1 室外热交换器管路温度低于 10 这时除霜控制器动作 继电器J1的线圈接在V 220V 和L 220V 之间 使J1线圈不通电 2 制热运行50分钟以上 当这两个条件同时满足时 主控电路板发出指令使室内风机停转 四通阀断电 则V线电压变为零 因而J1的线圈通电 J1的常闭触点断开 使室外风机也停止运转 此时 只有压缩机工作 空调器进入除霜运行 当室外热交换器管路温度回升使除霜控制器复位或者除霜运行时间在10分钟以上时 主控电路板发出指令 室内风机运转 四通阀通电 室外风机也运转 空调器开始制热运行 7 1 2家用电冰箱和冷柜的控制一台合格的 功能齐全的电冰箱应具有的四大功能是 制冷 保温 温控和化霜 电气控制系统的任务就是要保证压缩机的正常启动和保护 实现对箱内温度的控制 实现化霜和照明 1 压缩机电机的启动与保护1 压缩机电机 1 电压与功率 目前家用电冰箱的压缩机电机均采用单相鼠笼式异步电动机 供电电压为220V 10 15 即运行在187 242V之间 匹和瓦对应的功率见表7 1 表7 1匹和瓦对应关系表 2 结构特点 在结构上 压缩机电机与压缩机构成一个整体 全密封在一个壳体中 单相压缩机电机有两个绕组 在空间互成90 的空间角 均匀地嵌放在定子铁芯槽中 如图7 44所示 其中一个绕组命名为运行绕组 或工作绕组 用CM表示 另一个命名为启动绕组 或辅助绕组 用CS表示 C为公共端 M为运行端 S为启动端 在室温下不同容量电机绕组的阻值范围大约为RCM 8 22 RCS 24 45 可见启动绕组的阻值RCS要大于运行绕组的阻值RCM 在接线操作时 首先必须判别压缩机电机的三个接线端 对普通压缩机电机 其判别的依据就是RCS RCM 且RSM RCS RCM 实际操作时 只要用万用表的欧姆R 1挡 在两两之间测量电阻 共测三次 就可判别出C S M三个端子 图7 44压缩机绕组 3 绝缘性能测试 电冰箱的四大安全性能是指绝缘电阻 泄漏电流 电气强度和接地电阻 前三项主要由压缩机电机的定子绕组所决定 因此必须对压缩机电机的定子进行绝缘性能指标的测试 具体测试方法如下 绝缘电阻的测量 用500型或1000型兆欧表 在施加500V的基准电压1分钟后 绕组的引出端 即导电部分 与壳体 即绝缘部分 之间的绝缘电阻必须大于2M 该值越大 绝缘性能越好 如有电热元件 应先将它断开 泄漏电流的测量 用泄漏电流仪 测量电源的任一极与易触及到的金属部件之间的泄漏电流 应小于1 5mA 电气强度 在高压击穿装置上进行 在带电体与壳体之间施加频率为50Hz的基本正弦波电压 开始时电压为750V 然后迅速升至1500V 历时1分钟 不应出现击穿和闪烁现象 接地电阻 用接地电阻仪测量电冰箱压缩机接线柱与易触及人体的较远的上或中部之间的电阻 应不大于0 1 接地螺钉必须是铜制的 2 压缩机电机的启动方式 1 电阻分相启动式 RSIR方式 目前家用冰箱大都采用此方式启动 启动时要求能自动接通启动开关K 当电机转速达到80 时 开关K应能自动断开 以断开启动绕组 该电机启动绕组线径细 匝数少 即电阻大 电感小 而运行绕组线径粗 匝数多 即电阻小 电感大 由此可得出如图7 45所示的相量图 即在单相交流电压的作用下 电感量较大的运行绕组中的电流ICM便滞后于电压U一个较大的相位差角 而流过启动绕组的电流ICS滞后于电压U一个较小的相位差角 这两路电流分别流入两个在空间互成90 的绕组 也能形成一个椭圆形的旋转磁场 从而形成电磁转矩 使电机得以启动 电机的启动电流IQ较大 约为额定值的6 8倍 而启动转矩MQ较小 一般为额定转矩MN的1 4 2 0倍 由于这种启动方式有简单 成本低 工作可靠等优点 因而在200升以下的家用电冰箱中获得了广泛的采用 一般只用于输出功率在130W以下的全封闭式制冷压缩机上 图7 45电阻分相启动式电路接线及相量图 2 电容分相启动式 CSIR方式 电容分相启动式电路接线及相量图如图7 46所示 在启动绕组支路中串接一个大容量的启动电容器CS 只要选用合适的电容量 使启动支路呈现为容性支路 且使流过两绕组的电流在相位上相差90 就会在定 转子空气隙中形成一个圆形的旋转磁场 作用在转子上会产生一个较大的启动转矩使电机启动 当电机启动完毕后 CS连同启动绕组一起从电路中断开 加CS的目的显然是为了增大压缩机电机的启动转矩和减小启动电流 根据不同的要求 所配置的电容器容量为30 100 F 耐压为DC450V以上的无极性油浸式电容器 如CBB61 采用CSIR方式启动时 IQ 5 6 IN MQ 2 3 5 MN 故此启动方式常用于对启动转矩要求较大的冰箱 冷水箱 商用冷藏冷冻箱压缩机电机的启动 输出功率约为100 300W 图7 46电容分相启动式电路接线及相量图 3 电容启动电容运行式 CSR方式 电容启动电容运行式电路接线及相量图如图7 47所示 这种方式除了在启动绕组中串接一只受启动开关K控制的启动电容器CS外 还固定接有一只小容量的运行电容器CR CR 2 3 F 450V 加CR的目的是为了改善电路的功率因数 减小线路电流 降低电能的损耗 并使电机的运行能力 过载能力均有所改善 这种启动方式常用于180 1500W大型商用冰箱 冷水器 制冷机压缩机电机的启动 图7 47电容启动电容运行式电路接线及相量图 4 电容运行式 PSC方式 电容运行式电路接线如图7 48所示 这种启动方式常用于家用房间空调器压缩机电机和风扇电机的启动 在启动支路中串有一个固定的电容器CR 无需启动开关 在启动时 启动与运行两个绕组均工作 使电机有较好的运行性能 5 人工启动式 人工启动式电路接线如图7 49所示 先断开电源开关K 从压缩机电机接线柱的S端引出一根护套电线 在操作电源开关K闭合瞬间 手拿此导线的另一端碰一下压缩机电机接线柱的M端 就可使电机启动 图7 48电容运行式电路接线 图7 49人工启动式电路接线 3 启动器前述的RSIR CSIR和CSR三种启动方式中 都必须在启动绕组支路中接入一个启动开关K 当电机启动时将其闭合 启动完毕后应及时将其断开 以切除电机的启动绕组或启动电容器 显然这一开关无法用人工来操作 而必须用一种名为启动器的自动开关来实现 最初的电冰箱采用簧片拍合式启动器 而今已淘汰 目前常用的启动器有两种 一是重锤式电流启动继电器 二是PTC启动器 1 重锤式电流启动继电器 重锤式电流启动继电器的结构 符号 接线及启动过程曲线如图7 50所示 图7 50重锤式电流启动继电器的结构 符号 接线及启动过程曲线 该启动器由一个电流励磁线圈1和一副动合 常开 触点2构成 电流线圈应与压缩机的运行绕组CM串接 动合触点应与压缩机电机的启动绕组CS串接 表征该启动器工作特性的两个指标是最小吸合电流IA和最大释放电流IB 且IA IB 对于RSIR方式启动 启动过程分析如下 一旦接通220V交流电源 则有很大的启动电流IQ IQ 6 8IN 流过压缩机电机的运行绕组和启动器的电流线圈 当电流上升到电流启动继电器的最小吸合电流IA时 触点吸合 接通启动绕组 在电机定 转子之间形成旋转磁场 并产生启动转矩使电机启动 随电机转速的上升 运行绕组中的电流很快下降 当转速达到额定值的80 左右 流过运行绕组的电流下降到继电器最大释放电流IB时 继电器的吸力不足以克服重锤本身的重量 使重锤自由跌落 断开触点 从而切断了启动绕组 使压缩机电机运行在正常的额定工作电流IN状态 启动完毕 整个启动过程时间为1 3秒 这种启动器实际上是一个电磁开关 其最大的缺点是有触点 触点吸合时发生噪声 触点断开时在触点的断开处要产生火花 时间一长会使触点烧毛而造成接触不良或触点脱落 在触点断开瞬间还会对无线电通信设备产生干扰 2 PTC启动器 PTC是英文PositiveTemperatureCoefficient 正温度系数 的缩写 PTC启动器是以酞酸钡为主要原料 掺以微量的稀土元素 采用陶瓷工艺 经高温烧结而