第4章　空調(diào)器電控原理

4.1　空調(diào)器電控系統(tǒng)

空調(diào)器的電控系統(tǒng)是指與電路有關(guān)的所有電子元器件，包括基礎(chǔ)電子元器件、電氣部件、各種接插線、連接引線等。

定頻空調(diào)器和變頻空調(diào)器的電控系統(tǒng)有所不同。圖4-1為典型分體式定頻空調(diào)器的電路方框圖。

圖4-1 典型分體式定頻空調(diào)器的電路方框圖

可以看到，定頻空調(diào)器的電控系統(tǒng)主要由室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)和室外機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成。其中，室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)包括控制電路板和外圍的變壓器、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、繼電器、保護(hù)器、壓敏電阻等器件構(gòu)成；室外機(jī)電控系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、啟動(dòng)電容、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、過(guò)熱繼電器等電氣部件構(gòu)成。

圖4-2為典型分體式變頻空調(diào)器的整機(jī)電路結(jié)構(gòu)圖。

圖4-2 典型分體式變頻空調(diào)器整機(jī)電路結(jié)構(gòu)圖

可以看到，變頻空調(diào)器的電控系統(tǒng)也由室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)和室外機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)成。其中，室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)主要由控制電路板1、供電電路板以及外接室內(nèi)管道溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器、遙控信號(hào)接收電路、指示燈電路、貫流風(fēng)扇電機(jī)、變壓器和步進(jìn)電機(jī)等部分構(gòu)成。室外機(jī)電控系統(tǒng)主要是由控制電路板2、IPM功率模塊以及外接的室外管道溫度傳感器、室外環(huán)境溫度傳感器、壓縮機(jī)溫度傳感器、軸流風(fēng)扇電機(jī)、變頻壓縮機(jī)、電磁四通換向閥和換氣電機(jī)等部分構(gòu)成。

4.1.1　空調(diào)器室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)

空調(diào)器室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)機(jī)電路控制和與室外機(jī)電控系統(tǒng)完成電路通信的電路部分。

圖4-3為定頻空調(diào)器和變頻空調(diào)器室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)的特點(diǎn)。定頻空調(diào)器室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)是整個(gè)電控系統(tǒng)的控制核心，用于對(duì)整機(jī)進(jìn)行控制，室外機(jī)不設(shè)置電路板，僅由壓縮機(jī)、啟動(dòng)電容、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)等電氣部件構(gòu)成。變頻空調(diào)器的室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)是整機(jī)電控系統(tǒng)中的一部分，用于控制室內(nèi)機(jī)電氣部件動(dòng)作，并與室外機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行通信。

圖4-3 定頻空調(diào)器和變頻空調(diào)器室內(nèi)機(jī)電控系統(tǒng)的特點(diǎn)

為了便于理解，可以把電路板從空調(diào)器電路固定模塊中取出來(lái)，然后將拔下的外接元器件連接好，圖4-4為典型定頻空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的電控系統(tǒng)。從圖中可看出，與電源電路板相連的是一個(gè)交流220V降壓變壓器。220V高壓經(jīng)變壓器變成交流低壓后送到電路板上。在電路板上經(jīng)過(guò)橋式整流、濾波后形成+12V和+5V的直流電壓，主要為控制電路板供電。遙控接收電路接收遙控器發(fā)射的控制信號(hào)，并將信號(hào)傳送給控制電路板的微處理器，同時(shí)室內(nèi)溫度傳感器及室內(nèi)管道溫度傳感器將相應(yīng)的溫度信息發(fā)送給微處理器，微處理器根據(jù)接收的遙控信號(hào)及各溫度信號(hào)進(jìn)行分析、處理，然后輸出各種控制信號(hào)，控制各電機(jī)及壓縮機(jī)等部件進(jìn)行工作。

圖4-4 典型定頻空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的電控系統(tǒng)

4.1.2　空調(diào)器室外機(jī)電控系統(tǒng)

空調(diào)器室外機(jī)電控系統(tǒng)是指位于室外機(jī)中的所有與電路相關(guān)的元器件。定頻空調(diào)器與變頻空調(diào)器最大的不同也在于室外機(jī)電控系統(tǒng)。

圖4-5為室外機(jī)電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖4-5 室外機(jī)電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

4.2　空調(diào)器微處理器控制原理

如圖4-6所示，空調(diào)器電路板上的微處理器是整個(gè)控制電路的核心部件，它可以接收從遙控器發(fā)出的人工指令，對(duì)空調(diào)器各部分進(jìn)行控制。

圖4-6 空調(diào)器中的微處理器

圖4-7為典型空調(diào)器微處理器的內(nèi)部功能框圖與外部電路連接關(guān)系。

圖4-7 典型空調(diào)器微處理器的內(nèi)部功能框圖與外部電路連接關(guān)系

微處理器的核心電路是運(yùn)算器和控制器。電源供電是為微處理器內(nèi)部的半導(dǎo)體期間提供工作電壓；復(fù)位電路在加電時(shí)為微處理器提供復(fù)位信號(hào)，使微處理器被復(fù)位，從初始狀態(tài)開始運(yùn)行。時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路的諧振元器件安裝在微處理器集成電路的內(nèi)部，該電路產(chǎn)生微處理器需要的時(shí)鐘信號(hào)。這幾方面是微處理器正常工作的基本條件。

微處理器!4腳外部的遙控信號(hào)接收電路，用于接收用戶通過(guò)遙控器發(fā)出的控制信號(hào)。該信號(hào)作為微處理器工作的依據(jù)。此外!5腳外接應(yīng)急開關(guān)，也可以直接接收用戶強(qiáng)行啟動(dòng)的開關(guān)信號(hào)。微處理器接收到這些信號(hào)后，根據(jù)內(nèi)部程序輸出各種控制指令。

?～?腳為微處理器的顯示驅(qū)動(dòng)接口，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示工作狀態(tài)。

?～?腳為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口，輸出導(dǎo)風(fēng)板電動(dòng)機(jī)（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)脈沖。控制導(dǎo)風(fēng)板電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和方式。

⑧腳為室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口，該接口輸出的信號(hào)經(jīng)繼電器控制貫流式風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

⑦腳為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)端，該信號(hào)經(jīng)放大器后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。

⑩腳為主繼電器驅(qū)動(dòng)接口。在開機(jī)時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)繼電器控制交流220V輸入電源。

微處理器的①、②、③腳為傳感器接口。外部傳感器的信號(hào)由這些引腳送入微處理器，為微處理器工作時(shí)提供參考。①腳為過(guò)零檢測(cè)，主要是通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路得到與交流220V電源同步的脈沖信號(hào)。②腳為室溫檢測(cè)端，外接室內(nèi)環(huán)境溫度床拿起，如果室內(nèi)溫度已達(dá)到制冷的要求，微處理器則需控制相關(guān)的部分停止制冷。③腳為管路溫度檢測(cè)輸入端，使微處理器了解工作過(guò)程中管路的溫度是否正常。

?、?腳為室內(nèi)微處理器與室外微處理器進(jìn)行通信的接口，室內(nèi)機(jī)的微處理器可以向室外機(jī)發(fā)送控制信號(hào)。室外機(jī)微處理器也可以向室內(nèi)機(jī)回傳控制信號(hào)，即將室外機(jī)的工作狀態(tài)回傳，以便由室內(nèi)機(jī)根據(jù)這些信息判別系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。

4.3　空調(diào)器溫度控制原理

空調(diào)器室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)的熱交換部件處都安裝有溫度傳感器，用以對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的溫度變化情況轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給微處理器。這樣微處理器便可自動(dòng)控制壓縮機(jī)和風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而達(dá)到溫度控制的目的。

圖4-8為空調(diào)器室內(nèi)溫度傳感器與電路板的連接關(guān)系。其中室內(nèi)蒸發(fā)器管道溫度傳感器的感溫頭安裝在蒸發(fā)器管道處，直接與管路接觸，主要用以檢測(cè)制冷管路的溫度，室內(nèi)溫度傳感器的感溫頭安裝在蒸發(fā)器的表面，用以檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度。傳感器的連接引線通過(guò)插件與主電路板相連，隨時(shí)將檢測(cè)的溫度信息傳送給微處理器。

圖4-8 空調(diào)器溫度傳感器與電路板的連接關(guān)系

圖4-9為典型空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的溫度檢測(cè)控制電路。檢測(cè)室內(nèi)溫度的傳感器設(shè)在蒸發(fā)器的表面，檢測(cè)盤管溫度的傳感器設(shè)在蒸發(fā)器的盤管上。傳感器接在電路中，與固定電阻構(gòu)成分壓電路，將溫度的變化變成直流電壓的變化，并將電壓值送入微處理器（CPU）的!9、@0腳。

圖4-9 典型空調(diào)器室內(nèi)機(jī)的溫度檢測(cè)控制電路

4.4　空調(diào)器室內(nèi)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理

圖4-10為典型空調(diào)器室內(nèi)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇電機(jī)由交流220V供電。在交流輸入電路的L端將TLP361接到電動(dòng)機(jī)的公共端，交流220V輸入的零線（N）加到電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行繞組，再經(jīng)啟動(dòng)電容C加到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)繞組上。當(dāng)TLP361中的晶閘管導(dǎo)通時(shí)才能有電壓加到電動(dòng)機(jī)繞組，TLP361中的晶閘管受發(fā)光二極管的控制，當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)光時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，有電流通過(guò)。

圖4-10 典型空調(diào)器室內(nèi)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要由微處理器控制，由微處理器⑧腳輸出控制信號(hào)，經(jīng)光耦TLP361中的晶閘管，為室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)提供電流。室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)由霍爾IC檢測(cè)其風(fēng)速，并將檢測(cè)信號(hào)送入微處理器的⑨腳。

由于固態(tài)繼電器中雙向晶閘管上所加的是交流220V電源，電流方向是交替變化的，因而每半個(gè)周期要對(duì)晶閘管觸發(fā)一次才能維持連續(xù)供電。改變觸發(fā)脈沖的相位關(guān)系，可以控制供給電動(dòng)機(jī)的能量，從而改變速度。圖4-11為交流供電和觸發(fā)脈沖的相位關(guān)系。

圖4-11 交流供電和觸發(fā)脈沖的相位關(guān)系

室內(nèi)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是由設(shè)在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的霍爾元件進(jìn)行檢測(cè)的，霍爾元件是一種磁感應(yīng)元件，受到磁場(chǎng)的作用會(huì)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。在轉(zhuǎn)子上會(huì)裝有小磁體，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁體會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾元件輸出的信號(hào)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，該信號(hào)被送到CPU的⑨腳，為CPU提供風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參考信號(hào)。

4.5　空調(diào)器通信控制原理

空調(diào)器通信電路主要用于室內(nèi)機(jī)/室外機(jī)之間的信號(hào)傳輸。當(dāng)室內(nèi)機(jī)通電后，室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行通信。

圖4-12為典型空調(diào)器室內(nèi)機(jī)通信接口電路的結(jié)構(gòu)。該電路主要由光電耦合器PC1、PC2及微處理器IC4構(gòu)成。

圖4-12 典型空調(diào)器室內(nèi)機(jī)通信接口電路的結(jié)構(gòu)

其中，光電耦合器PC1為信息發(fā)送光耦，IC4的#8腳輸出的信號(hào)經(jīng)光電耦合器PC1，將信號(hào)傳送出去。光電耦合器PC2為信息接收光耦，室外機(jī)傳來(lái)的信號(hào)，經(jīng)光電耦合器PC2光電變換后送到微處理器IC4的#2腳。

圖4-13為通信光耦的實(shí)物外形。通信光耦內(nèi)部實(shí)際上是由一個(gè)光敏晶體管和一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的。它是一種以光電方式傳遞信號(hào)的器件。

圖4-13 通信光耦的實(shí)物外形

在變頻空調(diào)器通信線路中，由于傳輸線路借助交流供電線路，因而需采用隔離措施，利用光傳遞信號(hào)就可以與交流線路進(jìn)行良好的隔離。當(dāng)室內(nèi)機(jī)的開機(jī)指令加到通信光耦內(nèi)的發(fā)光二極管，將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，經(jīng)光敏晶體管再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，經(jīng)傳輸線路傳到室外機(jī)中；來(lái)自室外機(jī)微處理器的工作狀態(tài)信號(hào)（反饋信號(hào)）也經(jīng)由通信光耦將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再變成電信號(hào)送入室內(nèi)機(jī)中。