變頻空調(diào)器的控制電路原理與維修

1、變頻空調(diào)器的控制電路原理與維修一引言新世紀(jì)伊始，家用變頻空調(diào)器走向百姓的家庭，為了正確使用、維護(hù)和維 修空調(diào)器，了解和掌握變頻空調(diào)器的原理、主要部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和維修技術(shù), 成為當(dāng)務(wù)之急，變頻空調(diào)器比定速空調(diào)器控制電路復(fù)雜，它增設(shè)了許多保護(hù)電 路、這些電路采用了不同的傳感技術(shù)，如變頻模塊、霍爾元件、光耦合器、看 門狗電路、開關(guān)電源電路等。依據(jù)理論探討和實(shí)際維修實(shí)踐，本文詳細(xì)地分析 了空調(diào)器的控制電路原理和維修技術(shù)，對于推廣和普及變頻技術(shù)，更好地滿足 人民日益增長的物質(zhì)文化生活的需要，有著重要的意義?？照{(diào)器控制電路原理分析變頻空調(diào)器是當(dāng)今房間空調(diào)器發(fā)展的方向，它通過變頻控制器調(diào)節(jié)壓縮機(jī) 的轉(zhuǎn)速（頻

2、率），實(shí)現(xiàn)了制冷（熱）量與房間熱（冷）負(fù)荷的自動(dòng)匹配，具有調(diào) 溫速度快，低溫制熱效率好，溫度控制精度高，適用溫度、電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。特別是隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)變頻從交流變頻轉(zhuǎn)到直流無刷電機(jī)、永磁同 步電機(jī)變頻，因此變頻空調(diào)器無論是從使用電力電子器件，還是控制策略都廣 泛地使用了當(dāng)代的先進(jìn)技術(shù)。無論是國產(chǎn)還是進(jìn)口變頻空調(diào)，其控制電路原理 大體相同，一般由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)控制電路構(gòu)成。變頻空調(diào)的室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)可以相互通信，并分別被兩個(gè)單片機(jī)控制。整 個(gè)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖以及各個(gè)環(huán)節(jié)的作用如圖1所示。整個(gè)控制系統(tǒng)由智能功率 模塊IPM、電源板、室內(nèi)板、開關(guān)板、室外主控板和變頻壓縮機(jī)等幾大部分組 成。

3、整個(gè)系統(tǒng)的被控對象是變頻壓縮機(jī)，與定速空調(diào)器相比，變頻空調(diào)器采用 的供電電源頻率可調(diào)，因而具有高效節(jié)能、溫度波動(dòng)小、舒適度高、運(yùn)行電壓 范圍寬、傳感器控制精確、超低溫運(yùn)行時(shí)適應(yīng)性強(qiáng)、良好的獨(dú)立除濕功能等優(yōu)良性能，變頻壓縮機(jī)采用交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電機(jī)（PMSM）或開關(guān)磁阻電機(jī)；智能功率模塊IPM采用六封裝或七封裝的GTO、IGBT等電力電子器 件，并將過流、過熱、欠壓保護(hù)、GTO或IGBT的驅(qū)動(dòng)等電路集成于一體；電源板是將市電通過橋式整流、濾波、穩(wěn)壓以后得到直流電流供給IPM模塊，逆 變輸出頻率可變的三相交流電供給變頻壓縮機(jī)；室內(nèi)板和室外主控板是整個(gè)系 統(tǒng)的靈魂和核心，分別采用了兩塊單片機(jī)

4、，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的控制 器件則普遍采用了數(shù)字信號處理器(DSP)來處理各種輸入的指令信號(如房 間的設(shè)定溫度)和反饋信號(如房間的實(shí)際溫度)，使控制更加準(zhǔn)確和可靠，因 此，這種變頻空調(diào)，有人稱為“數(shù)字變頻空調(diào)”。室外主控板完成變頻三相電 源的控制算法，得到六路PWM波形驅(qū)動(dòng)IPM中電力電子器件的通斷，同時(shí)進(jìn) 行室外環(huán)境溫度檢測、冷凝器溫度檢測、排氣溫度檢測、交流電壓、交流電流 檢測完成相應(yīng)的保護(hù)、處理、通信功能；室內(nèi)板進(jìn)行室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室溫檢測、蒸 發(fā)器溫度檢測、室內(nèi)外通信、擺風(fēng)/空氣清新控制，完成遙控接收、液晶顯示蜂 鳴器驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。三故障維修技術(shù)在變頻空調(diào)使用的過程中難免

5、出現(xiàn)故障，當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，要及時(shí)維修，以下是幾種常見的維修技巧。3. 1故障現(xiàn)象與判斷(1) 插上電源插頭，室內(nèi)機(jī)電源指示燈亮，如無電源指示，說明您家的電源有故障或指示等損壞。(2) 有電源指示，用遙控器按操作鍵，信號發(fā)射不出去。首先，檢查遙控器內(nèi)的電池是否有電，然后檢查電池的正負(fù)極片觸點(diǎn)有無氧化腐蝕，若上述正 常，檢查遙控器內(nèi)部電路板是否損壞，可將遙控器靠近一臺(tái)調(diào)幅收音機(jī)，按遙 控器鍵進(jìn)行干擾試驗(yàn)，聽收音機(jī)是否發(fā)出有“嘟嘟”聲，有聲說明遙控器無故 障。(3) 當(dāng)遙控器確定無故障時(shí)，信號還是發(fā)射不出去時(shí)，可用室內(nèi)機(jī)強(qiáng)制運(yùn)行開關(guān)驗(yàn)證，強(qiáng)制運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)貫流風(fēng)機(jī)和室外壓縮機(jī)若運(yùn)轉(zhuǎn)正常，制冷效果 良好，

6、則證明空調(diào)器室內(nèi)機(jī)紅外接收部位有故障。(4) 當(dāng)你使用的遙控器裝上新電池使用不到一個(gè)月就不顯示時(shí)，可將遙控器的后蓋打開，用95%的酒精清洗一下電路板和按鍵觸點(diǎn)面導(dǎo)電膠片，干燥后, 即可排除漏電故障，遙控器液晶顯示缺字也可采用這種方法。(5)變頻空調(diào)器中的溫度傳感器起著非常重要的作用，室內(nèi)機(jī)有空氣溫度傳感器和蒸發(fā)器溫度傳感器；室外機(jī)有空氣溫度傳感器，高壓管路傳感器和低 壓管路傳感器，有的傳感器在長期使用后發(fā)生阻值變化， 使控制特性改變，(如 室內(nèi)機(jī)空氣溫度傳感器阻值變大后，會(huì)引起變頻器輸出頻率偏低)，為了保證控 制精度，及其相同的工作特性，確定傳感器故障后，應(yīng)換用原型號的產(chǎn)品。(6)在空調(diào)器出現(xiàn)

7、故障時(shí)，如果鑒別整個(gè)控制系統(tǒng)是否有故障，可將室內(nèi)機(jī)控制器上的開關(guān)放在“試運(yùn)行”擋上，此時(shí)微處理器會(huì)向變頻器發(fā)出一個(gè)頻 率為50Hz的信號，若此時(shí)空調(diào)器能運(yùn)轉(zhuǎn)，并保持頻率不變工作，一般認(rèn)為整個(gè) 控制系統(tǒng)無大問題，可著重檢查各傳感器是否完好。如果空調(diào)器不能正常運(yùn)行, 說明控制系統(tǒng)有故障。3. 2控制系統(tǒng)檢測方法(1) 通信電路在檢測通信故障時(shí)，用萬用表交流電壓檔250V測試，在零線和信號線間如 果有電壓來回變化且室內(nèi)機(jī)通信指示等持續(xù)閃爍，則表明通信正常，否則通信 電路有故障。(2) 功率模塊在檢測功率模塊故障時(shí)，第一種方法是用萬用表二極管檔測量功率模塊,“+”極與U、V、W極，或U、V、W極與“-

8、”極間正向電阻應(yīng)約為380-450Q 間，且反向不導(dǎo)通，否則功率模塊有故障；第二種方法是用萬用表交流電壓檔, 測量功率模塊驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電壓，其任意兩相間的電壓應(yīng)在0160V之間并且相等，否則功率模塊損壞。(3) 電抗器在檢測電抗器時(shí)，用萬用表 R X1檔進(jìn)行測量，其繞組電阻值約為1Q。(4) 壓縮機(jī)在檢測壓縮機(jī)時(shí)，用鉗子先拔下 U、V、W的導(dǎo)線，測量三相間的電壓, 若三相間的電壓相同，說明壓縮機(jī)繞組良好，否則壓縮機(jī)繞組有故障。(5) 電解電容變頻空調(diào)器中有大容量的電解電容， 最大為2000-4500UF,即使切斷電源仍 然會(huì)殘留有充電電荷，所以對電解電容器要先用烙鐵、插頭等物體充分釋放殘 留電

9、荷。電荷放盡以后，用指針式萬用表 RX10K檔檢測，指針應(yīng)是指到0,然 后慢慢退到乂，否則電解電容器損壞。(6) 傳感器如果空調(diào)器出現(xiàn)頻率無法升降與保護(hù)性關(guān)機(jī)等故障，應(yīng)首先考慮檢查傳感器，大多數(shù)傳感器可以從插座上拔下，從外表上即可以判斷是否損害、斷裂、 脫膠。用手或溫水加熱，用萬用表 RX10 0檔測其阻值，看它的阻值是否變化, 無變化則可以判定傳感器損壞。四結(jié)束語本文分析的變頻空調(diào)控制電路的基本原理和常見故障的檢測方法，對于用戶或工程技術(shù)人員維修有著重要的參考價(jià)值，對于其它快捷方法有待我們進(jìn) 步研究和探討。直流變頻空調(diào)器的工作原理！ 1:綜述 電源220V交流電壓經(jīng)轉(zhuǎn)換器變換為直流。逆變器主

10、要功能為實(shí)現(xiàn)換向，把直流電壓轉(zhuǎn)換成任意頻率的有效值相當(dāng)于三相交流電的脈沖電壓信號；其最常見 的結(jié)構(gòu)形式是六個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件組成的三相橋式電路（大功率模塊）。逆變器 的負(fù)荷為壓縮機(jī)中的異步電動(dòng)機(jī)，變頻空調(diào)器按照負(fù)荷是交流變頻壓縮機(jī)還是 直流變頻壓縮機(jī)而分為交流變頻與直流變頻兩大類。交流變頻中逆變器的輸出 電壓方式一般采用是不等寬度 PWM調(diào)制方式，而直流變頻中逆變器的輸出電壓方式一般采用是等寬度PWM調(diào)制方式。目前 PAM （Pulse AmplitudeModulation 脈沖幅值調(diào)制方式）以其獨(dú)特的優(yōu)越性而被用于直流變頻空調(diào)器 的壓縮機(jī)輸入電壓的調(diào)制中。2:大功率模塊 有刷直流電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)

11、轉(zhuǎn)子（單線圈）磁場轉(zhuǎn)到與定子（永磁體）磁場平行后，若 轉(zhuǎn)子再越過此位置，而直流電源不改變流向，即線圈中的電流方向不改變的話, 那么根據(jù)右手定則此時(shí)線圈受力將使之向原方向反轉(zhuǎn)。因此，需有炭刷來改變 線圈中電流的流向，使轉(zhuǎn)子能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。在壓縮機(jī)中，由于汽缸中充滿了氟利昂蒸汽，不能采用會(huì)產(chǎn)生火花的有刷直流電機(jī)，因此必須采用通過電子回路實(shí)現(xiàn)換向的無刷直流電機(jī)。3:直流壓縮機(jī)電機(jī)的基本原理 直流壓縮機(jī)的電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體。 典型的永磁體結(jié)構(gòu)有弧形、逆弧形、V形、X形等；不同的排列，磁力線的集中度不一樣，它直接影響電動(dòng)機(jī)的效率。定 子同交流壓縮機(jī)電機(jī)為漆包線繞制而成。首先大功率模塊根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置

12、切換定子繞組的通電電流，始終保證轉(zhuǎn)子N極對面的定子繞組導(dǎo)體內(nèi)的電流流 向?yàn)橐粋€(gè)方向，如；而轉(zhuǎn)子S極對面的定子繞組導(dǎo)體內(nèi)的電流流向?yàn)榱硪粋€(gè) 方向，導(dǎo)體的磁場根據(jù)右螺旋法則疊加后在定、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生一個(gè)垂直向上的方 向磁場， 而、c導(dǎo)體磁場疊加后產(chǎn)生一個(gè)水平向右的磁場，二者再疊加的磁 場Z1方向.正好與轉(zhuǎn)子磁場 d1互相垂直，于是便會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針方句的電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。右下180 °的原理一樣。右螺旋法則：用右于握住導(dǎo)體，使大拇指方向?yàn)殡娏鞣较騽t其余四指的方向 便是磁場的方向（磁力線的方向）。4:轉(zhuǎn)子位置檢測回路 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測手段通常有磁敏式 （霍爾元件）、光電式、

13、電磁感應(yīng)式、 電磁諧振式等。用其中一種方式為捕捉上述定子線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，作為 轉(zhuǎn)子的位置信號，再通過專門設(shè)計(jì)的電子回路轉(zhuǎn)換，反過來控制給定子線圈施 加方波電壓的時(shí)刻。在無刷直流電動(dòng)機(jī)中總有兩相線圈通電，一相不通電。一般無法對通電線 圈測出感應(yīng)電壓，因此通常以剩余的一相作為轉(zhuǎn)子位置檢測信號用線。5:起動(dòng)由于感應(yīng)電壓只有在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生，因此不能通過轉(zhuǎn)子位置檢測電機(jī)起 動(dòng)。而必須強(qiáng)制性地輸出驅(qū)動(dòng)波形，直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定速度，可以靠感 應(yīng)電壓測出轉(zhuǎn)子位置為止，再切換到轉(zhuǎn)子位置檢測輸出波形驅(qū)動(dòng)方式。例如，起動(dòng)階段大功率模塊要經(jīng)24秒的低頻換向使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá) 200500rpm，再進(jìn)入通常

14、位置檢測運(yùn)行模式。6:變頻調(diào)速的基本方式 由電動(dòng)機(jī)理論對三相異步電動(dòng)機(jī)而言有下式:Ed=4.44fdNd zEd :定子每相線圈氣隙磁通感應(yīng)電壓的均方根值V;fd :電源頻率Hz ;Nd :定子每相繞組的有效匝數(shù);z :每極氣隙磁通量Wb。為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力，應(yīng)保證z不變，這就要求Ed/fd為常數(shù), 這種保持Ed/fd為常數(shù)的控制方式又稱恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。由于Ed難于直接檢測、控制，當(dāng)Ed與fd較高時(shí)，定子漏阻抗壓降小到可忽略不計(jì)，則可以以定子每相電壓Ud代替Ed,保持Ud/fd為常數(shù)，即可稱 為恒壓頻比控制方式。因此，欲實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)穩(wěn)定調(diào)速，除了要控制逆變器的換向頻率外，還必須 同時(shí)按比例提高或降低對壓縮機(jī)施加的方波電壓值。在電子控制方面采用大功 率模塊三極管，其基極電壓信號是比換向頻率還高的（例如上支路三極管是數(shù)千 赫茲的高頻開關(guān)），從而向電動(dòng)機(jī)施加的電壓被段切開來（參考圖4），而電動(dòng)機(jī) 的平均直流電壓與三極管的 0N（開通）時(shí)間/（ON時(shí)間+OFF時(shí)間）成正比，以 此便輕而易舉地達(dá)到變頻調(diào)速的目的。7:直流變頻與交流變頻的比較 籠統(tǒng)地講，交流變頻空調(diào)器與直流變頻空調(diào)器中采用的壓縮機(jī)電機(jī)原理上部是定子產(chǎn)生一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為n=6