空调系统的电气控制(详)

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,(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,(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