家用變頻空調(diào)器維修基礎(chǔ)

家用變頻空調(diào)器維修基礎(chǔ)第一節(jié)變頻技術(shù)原理及應(yīng)用在科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，空調(diào)器也與其他高科技產(chǎn)品一樣，以加速度的趨勢(shì)發(fā)展。電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，更為空調(diào)器的發(fā)展注入了新的活力。1964年，德國(guó)人提出脈寬調(diào)制變頻技術(shù)。這種調(diào)速控制技術(shù)的核心部件逆變器——將直流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電的裝置。隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，逆變器的功率、功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高。三洋公司從1974年開始生產(chǎn)變頻空調(diào)器，目前三洋公司在日本本土生產(chǎn)的空調(diào)器中，變頻空調(diào)器的產(chǎn)量約占80％。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家里，變頻空調(diào)在家庭中的普及率已達(dá)60%。國(guó)外變頻空調(diào)品牌主要有日本三洋、松下、日立、大金、夏普等。國(guó)產(chǎn)變頻空調(diào)主要有海信、海爾等品牌。變頻器工作原理在學(xué)習(xí)變頻器工作原理前，先熟悉一下異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的工作原理：異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組流過電流時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，因而產(chǎn)生感應(yīng)電流．該電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間相互作用，便產(chǎn)生電磁力。一般說來，p對(duì)磁極的異步電動(dòng)機(jī)在三相交流電的一個(gè)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)1／p轉(zhuǎn)，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1的同步速度與校對(duì)數(shù)p，電流頻率f1的關(guān)系為但異步電動(dòng)機(jī)要產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，同步速度nl與轉(zhuǎn)子逮度n2必須有差別，速度差(nl—n2：)與同步速度n1的比值稱為“轉(zhuǎn)差率”，用s表示，即所以轉(zhuǎn)子速度n2可用公式表示，即由公式可知．改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率fl就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)n2，可以采用逆變器來改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率。在異步電動(dòng)機(jī)中，定子繞組的電動(dòng)勢(shì)為如果忽略定子阻抗壓降則上公式說明，若端電壓u不變，則隨著電動(dòng)機(jī)供電頻率f的升高，氣隙磁通將減小，從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式可知?dú)庀洞磐ǖ臏p小將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩M下降,使電動(dòng)機(jī)的利用率惡化。同時(shí)電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，造成電動(dòng)機(jī)損壞。端電壓u不變時(shí),隨著f1的減小，氣隙磁通將增加，這會(huì)使磁路飽和，激磁電流上升，導(dǎo)致缺損急劇增加。因此，調(diào)速時(shí)為了維持電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩M不變，需要保持氣隙磁通恒定，這樣就要求在改變電動(dòng)機(jī)供電頻率f1的同時(shí)改變定子電壓U，根據(jù)電壓u和頻率f1的不同比例關(guān)系，可以有不同的變頻調(diào)速方式。(1)保持u／f＝常數(shù)的比例控制方式；(2)保持Mm＝常數(shù)的恒磁通控制方式;(3)保持Pd=常數(shù)的恒功率控制方式；(4)恒電流控制方式。變頻器是將電網(wǎng)供電的工頻交流電，變換為適用于交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速用的電壓可變、頻率可變的交流電的變流裝置。變頻器應(yīng)用于空調(diào)器上,較多采用交流一直流一交流的變換方式,如圖所示為變頻器工作框圖。交流一直流一交流變頻器工作原理如下圖所示，該變頻器由一組可控整流器和4個(gè)開關(guān)元件組成?？煽卣餮b置把交流電變?yōu)榉悼勺兊闹绷麟姡_關(guān)元件1、3和2、4交替導(dǎo)通對(duì)負(fù)載電阻供電，使負(fù)載得到交流輸出電壓“U0”?！癠0”的幅值由可控整流裝置的控制角決定，“U0”的頻率由開關(guān)元件切換的頻率來確定，不受電源頻率的限制。二、變頻器基本結(jié)構(gòu)交流一直流一交流變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖交流一直流一交流變頻器基本結(jié)構(gòu)1.變流器變流器的作用是把交流電整流為直流電。在變頻技術(shù)中，整流器可采用硅整流元件構(gòu)成不可控整流器，也可采用晶閘管元件構(gòu)成可控整流器。2.平滑回路平滑回路用來緩沖直流環(huán)節(jié)和負(fù)載之間的無功能量。3.逆變器逆變器的作用是把直流電逆變?yōu)轭l率、電壓可調(diào)的交流電。在近代交流調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器使用的功率元件有普通的晶閘管(ＳTR)、控制極可關(guān)斷的晶鬧管(GTＯ)、大功率晶體管(GTR)和功率場(chǎng)效應(yīng)管(P—MOＳFET)。4.控制回路控制回路是根據(jù)變頻調(diào)速的不同控制方式產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，控制變流器及逆變器中各功率元件的工作狀態(tài)，使逆變器輸出預(yù)定頻率和預(yù)定電壓?？刂破饔袃煞N控制方式，一種是以各種集成電路構(gòu)成的模擬控制方式；另一種是以單片機(jī)、微處理器構(gòu)成的數(shù)字控制方式。在對(duì)逆變器的控制中，廣泛采用PＷM(脈寬調(diào)制技術(shù))技術(shù)。由控制線路按一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，從而在逆變器的輸出端獲得一系列等幅而不等寬的矩形脈沖波形．來近似等效正弦電壓波形。圖3所示為與正弦波等效的等幅矩形脈沖序列波，其原理是，把一個(gè)正弦波分成N等分，如圖(a)所示(圖中N＝12)，然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖在橫坐標(biāo)的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合，如圖(b)所示，由N個(gè)等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的正半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法來等效。圖b所示的一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出的PＷM波形。當(dāng)逆變器中各功率開關(guān)都在理想狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)開關(guān)的信號(hào)也應(yīng)力圖(b)所示形狀的一系列脈沖波形。從理論上，可以嚴(yán)格地計(jì)算出各段矩形脈沖的寬度，作為控制逆變器開關(guān)導(dǎo)通的依據(jù)，這可以由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中引入了“調(diào)制”這一概念,以所期望的波形(正弦波)作為調(diào)制波，以等腰三角波形作為載波，由于等腰三角波形是上下寬度線性變化的波形，任何一種平滑的曲線與三角波相交時(shí)，都會(huì)得到一組等幅的，脈沖寬度正比于該函數(shù)值的矩形脈沖。當(dāng)用正弦波和三角波相交時(shí)，便可得到幅值為Um而寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖。圖所示為單極脈寬調(diào)制方法與波形。與正弦等效的等幅矩形脈沖序列波單極脈寬調(diào)制方法與波形如圖A所示為PＷM變頻器主電路,圖中VT1—VT6是逆變器的6個(gè)功率開關(guān)器件，各有一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)連接，逆變器由單相整流器提供的直流電壓Us供電。比較器輸出Uda的“正”或“零”兩種電平分別對(duì)應(yīng)功率開關(guān)器件ＶT1的通、斷兩種狀態(tài)。由于VT1在正半周期內(nèi)反復(fù)通斷，在逆變器的輸出端可獲得重現(xiàn)Uda形狀的PＷM相電壓UA＝f（t），脈沖的幅度為Us／2，脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化。與此同時(shí)，必須有B相或c相的負(fù)半周出現(xiàn)導(dǎo)通。UB或Uc脈沖的幅度為—Us/2。由此可知其他兩相只是相位上分別相差１20。三相PＷM逆變器工作在雙極式控制方式時(shí)，輸出基波電壓的大小和頻率也是通過改變正弦參考信號(hào)的幅度和頻率而改變的，只是功率開關(guān)器件通斷的情況不一樣。因圖B所示為PMW變頻器控制電路框圖。由參考信號(hào)振蕩器提供一組對(duì)稱的正弦參考電壓信導(dǎo)UraUrb、Urc，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率。因此該頻率應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)，參考信號(hào)的幅度也可在一定范圍內(nèi)變化，以決定鉆出電壓的大小。三角波載波信號(hào)ul分別與每相參考電壓比較后．給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生PＷM脈沖序列波UdaUdbUdc，作為逆變據(jù)功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。圖A圖B控制方式可以是單極式，也可以是雙極式。采用單極式控制時(shí)在正弦波的半個(gè)周期內(nèi)每相只有一個(gè)開關(guān)器件開通或關(guān)斷。單極式脈寬調(diào)制波形如圖所示。將變頻技術(shù)應(yīng)用于房間空調(diào)器，可以降低能耗，同時(shí)提高使用空調(diào)器的舒適性，特別是對(duì)于熱泵式空調(diào)器，可以確保充分發(fā)揮其能力，并且在50Hz、600Hz供電地區(qū)能充分發(fā)揮出相同的調(diào)節(jié)能力。另外，采用變頻技術(shù)，還可減小啟動(dòng)電流，這樣不僅可以減小電源設(shè)備的負(fù)荷，還可以防止空調(diào)器啟動(dòng)時(shí)接在同一電源上的照明器具發(fā)生閃爍。變頻空調(diào)器具有高效節(jié)能，體感舒適等普通空調(diào)器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而越來越引起人們的關(guān)注。第二節(jié)變頻空調(diào)器的電氣控制系統(tǒng)在我國(guó)變頻空調(diào)是90年代推出的新一代高性能空調(diào)，在其控制技術(shù)中采用智能控制，變頻控制等高新技術(shù)與定頻空調(diào)比較，變領(lǐng)空調(diào)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①快速制冷與制熱。②溫度控制穩(wěn)定，精度高。③高效，節(jié)能。④運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低。我國(guó)變頻空調(diào)研究起步較晚，但發(fā)展速度較快，目前，變頻空調(diào)研究已處于產(chǎn)品化階段。國(guó)內(nèi)外變頻空調(diào)器主要功能對(duì)比見表變頻空調(diào)的電控系統(tǒng)主要考慮以下幾點(diǎn)：1.控制方式空調(diào)器由于其使用環(huán)境參數(shù)的不確定性，人的舒適性要求的不確定性等因素，決定其幾乎不可能使用固定模型的控制方式，而模糊控制擺脫了模型不確定性影響，是比較適合于空調(diào)器的控制方式。針對(duì)空調(diào)器對(duì)象有很多平衡點(diǎn)的特殊性，采用零點(diǎn)自適應(yīng)模糊控制策略，既解決了溫度控制穩(wěn)定精度問題，又保證了空調(diào)控制的舒適性與快速性。2.噪聲控制室內(nèi)機(jī)噪聲是空凋器噪聲控制的首要問題。室內(nèi)機(jī)噪聲主要來自風(fēng)道摩擦噪聲與電動(dòng)機(jī)的電磁噪聲，傳統(tǒng)的PG電動(dòng)機(jī)和抽頭電動(dòng)機(jī)，往往噪聲較大。直流無刷電動(dòng)機(jī)由于具有噪聲低的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)起靜音運(yùn)行的室內(nèi)機(jī)時(shí)，常被采用。3．電網(wǎng)電壓的適應(yīng)能力普通的控制器適用的電壓范圍為電網(wǎng)電壓波動(dòng)上下10％，采用自適應(yīng)空間矢量調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓補(bǔ)償后，電網(wǎng)電壓在上下20％范圍被動(dòng)時(shí)，仍具有較強(qiáng)的制冷、制熱能力。一、變頻空調(diào)器控制單元組成●室內(nèi)控制單元硬件由三部分組成：(1)室內(nèi)機(jī)CPU主控板(2)室內(nèi)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電源控制板(3)遙控接收及顯示控制板●室外控制單元由兩部分組成：(1)室外機(jī)變頻控制主回路s(2)室外機(jī)CPU控制板。二、室內(nèi)微電腦主控板電路工作原理下圖中是變頻式空調(diào)器室內(nèi)微電腦主控板電氣原理圖。微電腦主控板選用因特公司U87C196MC芯片作為系統(tǒng)主控芯片。U87C196MC為16位電動(dòng)機(jī)控制專用微處理芯片，芯片本身帶有三相PＷM波調(diào)制輸出專用口，可用于驅(qū)動(dòng)直流無刷電動(dòng)機(jī)(風(fēng)扇電動(dòng)機(jī))，該芯片具有較快的運(yùn)行速度及可靠性。1.溫度檢測(cè)電路由兩個(gè)負(fù)溫度系數(shù)(ＮＴＣ)濕度傳感器來檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度及室內(nèi)熱交換器溫度、兩只溫度傳感器由四芯插座CN16引入，由CPＵ的P0.0與P０．1兩個(gè)A/D口實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)。芯片具有較快的運(yùn)行速度及可靠性。2.串行通信電路室內(nèi)、室外間通信，采用電流環(huán)方式，由微處理器P2.1、P2.0捕捉器口實(shí)現(xiàn)串行發(fā)送與串行接收，串行通信信號(hào)由兩芯插座CN302引入控制板，經(jīng)PC10、PC11光藕隔離送Ic11反相驅(qū)動(dòng)后，引入CPU，實(shí)現(xiàn)串行通信。3.立體送風(fēng)電路室內(nèi)單元出風(fēng)的風(fēng)向變換是由微處理器控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，共有三只步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的立體送風(fēng)。ＣN18、CN19(五芯插座)，左右風(fēng)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，CN20(五芯插座)，上下風(fēng)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。由微處理器P3口徑ICl4驅(qū)動(dòng)后控制左右風(fēng)向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，P4.0-P4.3經(jīng)ICl5驅(qū)動(dòng)后控制上下風(fēng)擺步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。4.遙控接收與顯示電路遙控接收頭將遙控信號(hào)檢波整形后由ＣN13的第7腳引入CPU的P2.1口實(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)接收。空調(diào)器的運(yùn)行狀態(tài)分別由ＣPＵ的P5.0，P5.2，P5.5，P5.7四個(gè)口控制的四只發(fā)光二極管來指示。5.方式選擇撥段開關(guān)及故障顯示室內(nèi)機(jī)可由面板拔段開關(guān)選擇停止、正常運(yùn)行、試運(yùn)轉(zhuǎn)及DEM0四種運(yùn)行方式，方式選擇由ＣN17的1、2、3三根信號(hào)線的不同組合實(shí)現(xiàn)，狀態(tài)由ＣPＵ的P0.6與P0.7兩個(gè)口實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。面板上三只故障燈SRＶ-1、SRＶ-2、SRＶ-3分別由CPU的P3.0-P3.2口經(jīng)比IC14驅(qū)動(dòng)后控制。6.直流無刷電動(dòng)機(jī)及開關(guān)電源控制回路室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)用三相六拍的方波信號(hào)實(shí)現(xiàn)變頻控制。三相方波信號(hào)由ＣＰＵ的專用三相PＷM口P6.0-P6.5控制，直流無刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)由ＣＰＵ的P2.0捕捉口進(jìn)行檢測(cè)。三、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電源板電路工作原理1.電源板功能圖是變頻式空調(diào)器室內(nèi)無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電源板的電氣原理圖,該電源板可實(shí)現(xiàn)以下功能：①提供空調(diào)器室內(nèi)機(jī)微電腦主控板所用的DＣ5Ｖ電源；②提供空調(diào)器室內(nèi)、室外串行通信所用的DC24Ｖ電源；③提供室內(nèi)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)專用的DC10Ｖ一30Ｖ的電源；④實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與維護(hù)。2.電源板組成(1)開關(guān)電源開關(guān)電源采用自激、隔離方式，它主要是提供兩路DC5Ｖ及DＣ10Ｖ－30Ｖ的電源。它由整流電路、斬波電路、自激電路、直流電源輸出電路及控制電路組成。①濾波整流電路AＣ220Ｖ通過ＣN301引入，經(jīng)電感及整流橋整流濾波后在電容C304上得到300V的直流電源。②斬波電路斬波電路主要由開關(guān)電源專用集成芯片KAIH0380及高額變壓器來完成。KAIH0380芯片將斬波管PＷM的產(chǎn)生電路和開關(guān)電源的各種保護(hù)電路集成在內(nèi)，這樣大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，高頻變壓器由主繞組(7，9)輔助繞組(11．12)、輸出繞組(5，6，3，4)組成，兩輸出繞組采用并聯(lián)方式，加大輸出的驅(qū)動(dòng)能力。對(duì)輸出電壓的調(diào)整主要通過連在KAIH03804腳的電容C307實(shí)現(xiàn)。③自激電路自激電路是提供給芯片KAＩＨ03８０的工作電源，這部分電路主要通過兩個(gè)二極管D301、D302整流在電容E302上形成直流電源。④直流電源輸出電路高頻變壓器的輸出繞組經(jīng)二極管D306整流后在電解電容上可形成10Ｖ一30Ｖ納直流電壓，作為室內(nèi)無刷電機(jī)的輸入電壓。同時(shí)1C303(LM2575)將DCl0V—DC30Ｖ轉(zhuǎn)換成5Ｖ的直流電源，為室內(nèi)ＣＰＵ主控板提供工作電壓。⑤控制電路開關(guān)電源控制電路主要由比較器比IC305及驅(qū)動(dòng)管Q301來控制光稿IC304副方電流，從而控制輸出電壓，IC305的兩個(gè)輸人腳分別接在DC5Ｖ、DC10Ｖ一30Ｖ的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)上，DC10Ｖ一30Ｖ由插件CN304的13腳來控制。(2)無位置傳感器無刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)無刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)由厚膜電路IＣ301來實(shí)現(xiàn)。無刷電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)信號(hào)經(jīng)插件cN304酌4腳至室內(nèi)主控板。無刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由插件ＣN304的1、2、3及5、6、7腳，接入插件CN303接無刷電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組。(3)通信電路主要經(jīng)D309對(duì)AC220v半波整流后在穩(wěn)壓管ＺD302上形成24Ｖ直流電源,通過插件ＣN302供給室內(nèi)主控板。第三節(jié)變頻空調(diào)器的制冷系統(tǒng)變頻空調(diào)器的制冷系統(tǒng)一般由變頻式壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、電子膨脹閥、電子換向閥、除霜電磁閥等部件組成，變頻空調(diào)器制冷系統(tǒng)如圖所示。變頻空調(diào)器制冷系統(tǒng)1-壓縮機(jī)；2-熱交換器（室外）；3-過濾器；4-電子膨閥；5-電磁閥；6-電子換向閥；7-消音器；8-儲(chǔ)液器；9-消音器；10-熱交換器（室內(nèi)）；11-二通截止閥；12-三通截止閥一、變頻壓縮機(jī)在空調(diào)器用的變頻壓縮機(jī)中，有裝載AＣ電動(dòng)機(jī)的交流變頻壓縮機(jī)，也有裝載DC電動(dòng)機(jī)的直流調(diào)速壓縮機(jī)。交流變頻壓縮機(jī)以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，從變頻器向電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)線圈供應(yīng)交流電流，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。受該回轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)，在轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生二次電流，由回轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和二次電流產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)，交流變頻壓縮機(jī)工作原理如圖所示。直流調(diào)速壓縮機(jī)用DＣ電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，該電動(dòng)機(jī)在定于側(cè)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造相同，而轉(zhuǎn)子中使用永久磁鐵，從變頻器向電動(dòng)機(jī)定子側(cè)線圈供應(yīng)直流電流，形成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子之磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩。由于轉(zhuǎn)子不需要二次電流，所以可以減少損耗，效率比AＣ電動(dòng)機(jī)更高，但是，因采用永久磁鐵，加大了成本。二、熱交換器（蒸發(fā)器和冷凝器）空調(diào)器中使用的熱交換器主要采用平面散熱片型的熱交換器。包括散熱片，發(fā)卡型長(zhǎng)腰管，u型彎管等，這樣不但結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，空氣壓力損失小，同時(shí)也構(gòu)成了制冷劑流動(dòng)的封閉系統(tǒng)。由于變頻式空調(diào)器的制冷(熱)