空调电气控制系统的改进设想探究

空调电气控制系统的改进设想探究 摘 要：空调作为一种人工空气调节手段，在各个领域都得到广泛应用，空调可以对封闭环境内空气的湿度、温度、洁净度等参数进行调节和控制，由能源设备、冷热介质输配系统、末端装置等组成，其中，电气控制系统是空调设备的重要组成部分。以家用空调器为例，其电气控制系统由电源、信号输入、微电脑、输出控制等组件构成，各个组件相互协调配合来完成用户设定的温度、风速、定时控制等任务。近年来，空调电气控制系统的改进成为电气研究领域的重要议题，本文将结合以往实践经验提出空调电气控制系统的改进思路。 关键词：空调；电气控制系统；改进 随着人们对舒适生活要求的提高，制冷和制暖成为热点话题，在空调设计领域，设计师需更加重视空调对环境的影响和节能技术应用。工业革命开启了科学技术发展的新篇章，同时也加速了环境破坏，空气恶化正在威胁着人们的身体健康，因此，空调也要不断向着绿色环保方向发展，通过改进电力控制系统来达到节能制冷、制暖、调节空气的目的。电子电力技术的发展为空调技术改进奠定了基础，微电脑和变频技术的应用使得空调系统更加节能环保，噪音也更小。下面文本将以着重分析如何应用变频技术来改进空调电气控制系统。 一、变频空调电气控制系统概述 变频技术是一种将直流电逆变为不同频率交流电的全新技术，在直流电和交流电的变化中只是频率发生了变化。根据逆变过程性质可以将变频技术分为直-直、直-交、交-直、交-交四种变频类型，家用变频空调一般是采用交流变频压缩机，经过两次电压转换，电路损耗明显降低，可达到节约用电的目的1。 变频器可以通过空调运行负荷来自动调节压缩机运转速度，当室内负荷加大时，压缩机运转速度就会提高，反之，压缩机运转速度就会降低，从而保持室内温度恒定。变频技术在电气控制系统改进中的应用需要在原有定频空调的基础上换装变频压缩机，同时加装变频控制器系统，用电子膨胀阀代替原有的毛细管，从而保证膨胀阀能够控制空气流量，实现阀门自动更改和制冷剂流量控制的目的。此外，电子膨胀阀还可以根据传感器收集的温度信息控制阀门开合，确保制冷剂的循环量。变频空调与改进之前的定频空调相比，不仅启动电压小，而且在低温环境下也可以正常运行。 改进之后的变频空调电气控制系统由于采用新的元件，其控制电路容易出现新的问题，因此需要注意改进之后的维护管理，日常使用中需注意以下几个方面：（1）由于变频器安装在室外，长期暴露在潮湿空气中会导致印刷电路板损坏，因此，如果室外机经常出现停机问题需要检查外机是否存在故障，在安装室外机时应当选择干燥通风处，以免受到外界不良环境的影响2。（2）使用时温度设置过低会导致空调长期处于高速运转状态，因此应当尽量设置在自动挡，确保电气控制系统可以根据室内温度自动调节运转速度。 二、基于模糊控制理论的变频空调电气控制系统改进 （一）模糊控制理论概述 传统温度控制空调通过温度传感器达到电气控制的目的，但是这种控制模式下的风扇运行速度是一定的，容易导致环境温度变化明显，使人们感受到明显的冷热变化。由于压缩机控制方式存在一定的滞后性，其制冷、制热量对室内温度的影响较大，必然会影响室内温度调节的精确度。模糊控制概念最早由美国加利福尼亚大学的扎德教授提出，之后模糊控制概念被广泛应用于与人类主观意识和感觉有关的控制问题3。变频模糊控制正是在模糊控制理论基础上发展起来的一种全新控制方式，这种空调器能够将传感器采集的环境信息和空气参数与人类期望值进行比较，通过模糊逻辑控制来得出动态控制参数。 （二）变频模糊电气控制系统硬件设计 变频模糊电气控制系统的运转部件由室内风机和室外风机两部分组成，共同完成电气控制任务，温度设定指令由红外线遥感器和接收器传递到控制板上的单片机，室内机根据汇编的指令和温度传感器参数控制风扇运行，并与室外机上的单片进行通讯联络。变频模糊式空调电气控制系统结构如图1所示。 控制系统采用日本三菱智能功率模块，供电电压为450V，为直流供电，额定值为15A，驱动电源隔离。电机控制采用富士通8位单片机设备，可产生三相互不影响的同步波形，可达到简化控制软件编制，降低硬件电路设计难度的目的。 图1 变频模糊式空调电气控制系统 室内机组包括红外遥感信号接收装置和风扇电机调速装置组成。红外遥感信号接收装置由控制器和信号接收器组成，发射器的电路核心是集成电路IC1，其结构如图2所示。遥控接收器由光敏二极管接收专用电路组成，当红外线被接收器接收之后，光敏管可以将光信号转换为电信号。室内风扇电机为交流单相电机，热敏电阻将采集到得室内温度参数传送至A/D转换通道后，调速控制器内的耦合驱动器可驱动双向可控硅，从而改变脉冲输出宽度，进而调节主电路电压。室内风扇电机调速原理见图3。从图中可以看出，单片机左侧是同步电路，可由同步变压器得到同步电压，经整流后被加在三极管的基极，当正弦电压穿过零点时就会产生信号，单片机接收信号后根据脉冲周期调节风扇转速。 图2 红外遥控发射器结构图 图3 室内风扇电机调速原理 室外机组包括风扇电机控制电路和辅助电源组成。风扇电机控制电路调速方式为变绕组调速，分为低、中、高三档转速，速度档位控制由冷凝器与室外温度之间的温度差决定，当冷凝器温度与室外温度相同时，室外机风扇电机就会停止运行。辅助电源为AC/DC稳压电源，控制器为UC3842，是一种电流型脉宽调制集成电路。 （三）变频模糊电气控制系统软件设计 变频模糊电气控制系统的软件设计包括室内机程序和室外机程序设计两部分，室内机程序包括A/D转换程序、模糊控制程序、红外遥感器接收程序等，软件定时器中断程序执行过程如图4所示。 图4 软件定时器中断程序执行过程 室外机程序流程由主程序、控制程序和波形发生器等组成，主程序的任务是完成初始化工作，与室内机联络后获得运转频率指令，软启动则通过调用定时器完成启动控制功能，并修改波形发生器的寄存器。波形发生器可计算正弦波形的实时动态数据。 （四）模糊控制器设计 模糊控制器一般有多维之分，在控制温度的过程中，模糊控制器对误差变化的敏感度较高，因此常将其作为模糊控制器的输入。本次电气系统改进设计所采用的模糊控制器为二维制式，温度控制器的控制流程包括模糊化、模糊逻辑推理和反模糊化三个阶段。模糊化可将输入变量温差转换成相应域上的模糊集，便于模糊推理，模糊逻辑推理可以根据人的思维特征决定控制量，反模糊化则可将控制量转化为精确量从而作用于温度控制。 三、结语 本文根据变频技术提出了一种空调电气控制系统的改进思路，并在模糊控制理论的基础上提出如何进行电气控制系统硬件、软件改进设计。基于模糊控制理论的变频空调电气控制系统具有自调整功能，与常规控制系统相比具有更加优良的控制性能。变频空调将是未来空调的发展方向，基于模糊控制理论的电气控制系统将在未来空调系统中发挥更加重要的作用。 参考文献 1江静，张雪松. 基于模糊PID