变频空调器的控制电路原理与维修一引言新世纪伊始,家用变频空调器走向百姓的家庭,为了正确使用、维护和维修空调器,了解和掌握变频空调器的原理、主要部件的结构特点和维修技术,成为当务之急,变频空调器比定速空调器控制电路复杂,它增设了许多保护电路、这些电路采用了不同的传感技术,如变频模块、霍尔元件、光耦合器、看门狗电路、开关电源电路等;依据理论探讨和实际维修实践,本文详细地分析了空调器的控制电路原理和维修技术,对于推广和普及变频技术,更好地满足人民日益增长的物质文化生活的需要,有着重要的意义;二空调器控制电路原理分析变频空调器是当今房间空调器发展的方向,它通过变频控制器调节压缩机的转速频率,实现了制冷热量与房间热冷负荷的自动匹配,具有调温速度快,低温制热效率好,温度控制精度高,适用温度、电压范围宽等优点;特别是随着变频技术的发展,空调变频从交流变频转到直流无刷电机、永磁同步电机变频,因此变频空调器无论是从使用电力电子器件,还是控制策略都广泛地使用了当代的先进技术;无论是国产还是进口变频空调,其控制电路原理大体相同,一般由室内机和室外机控制电路构成;变频空调的室内机与室外机可以相互通信,并分别被两个单片机控制;整个系统的控制结构图以及各个环节的作用如图1所示;整个控制系统由智能功率模块IPM、电源板、室内板、开关板、室外主控板和变频压缩机等几大部分组成;整个系统的被控对象是变频压缩机,与定速空调器相比,变频空调器采用的供电电源频率可调,因而具有高效节能、温度波动小、舒适度高、运行电压范围宽、传感器控制精确、超低温运行时适应性强、良好的独立除湿功能等优良性能,变频压缩机采用交流异步电动机、永磁同步电机PMSM 或开关磁阻电机；智能功率模块IPM采用六封装或七封装的GTO、IGBT等电力电子器件,并将过流、过热、欠压保护、GTO或IGBT的驱动等电路集成于一体；电源板是将市电通过桥式整流、滤波、稳压以后得到直流电流供给IPM模块,逆变输出频率可变的三相交流电供给变频压缩机；室内板和室外主控板是整个系统的灵魂和核心,分别采用了两块单片机,随着科学技术的发展,现在的控制器件则普遍采用了数字信号处理器DSP来处理各种输入的指令信号如房间的设定温度和反馈信号如房间的实际温度,使控制更加准确和可靠,因此,这种变频空调,有人称为“数字变频空调”;室外主控板完成变频三相电源的控制算法,得到六路PWM波形驱动IPM中电力电子器件的通断,同时进行室外环境温度检测、冷凝器温度检测、排气温度检测、交流电压、交流电流检测完成相应的保护、处理、通信功能；室内板进行室内风机、室温检测、蒸发器温度检测、室内外通信、摆风/空气清新控制,完成遥控接收、液晶显示蜂鸣器驱动,从而实现人机对话;三故障维修技术在变频空调使用的过程中难免出现故障,当出现问题时,要及时维修,以下是几种常见的维修技巧;3．1故障现象与判断1插上电源插头,室内机电源指示灯亮,如无电源指示,说明您家的电源有故障或指示等损坏;2有电源指示,用遥控器按操作键,信号发射不出去;首先,检查遥控器内的电池是否有电,然后检查电池的正负极片触点有无氧化腐蚀,若上述正常,检查遥控器内部电路板是否损坏,可将遥控器靠近一台调幅收音机,按遥控器键进行干扰试验,听收音机是否发出有“嘟嘟”声,有声说明遥控器无故障;3当遥控器确定无故障时,信号还是发射不出去时,可用室内机强制运行开关验证,强制运行时,室内贯流风机和室外压缩机若运转正常,制冷效果良好,则证明空调器室内机红外接收部位有故障;4当你使用的遥控器装上新电池使用不到一个月就不显示时,可将遥控器的后盖打开,用95%的酒精清洗一下电路板和按键触点面导电胶片,干燥后,即可排除漏电故障,遥控器液晶显示缺字也可采用这种方法;5变频空调器中的温度传感器起着非常重要的作用,室内机有空气温度传感器和蒸发器温度传感器；室外机有空气温度传感器,高压管路传感器和低压管路传感器,有的传感器在长期使用后发生阻值变化,使控制特性改变,如室内机空气温度传感器阻值变大后,会引起变频器输出频率偏低,为了保证控制精度,及其相同的工作特性,确定传感器故障后,应换用原型号的产品;6在空调器出现故障时,如果鉴别整个控制系统是否有故障,可将室内机控制器上的开关放在“试运行”挡上,此时微处理器会向变频器发出一个频率为50Hz的信号,若此时空调器能运转,并保持频率不变工作,一般认为整个控制系统无大问题,可着重检查各传感器是否完好;如果空调器不能正常运行,说明控制系统有故障;3．2控制系统检测方法1通信电路在检测通信故障时,用万用表交流电压档250V测试,在零线和信号线间如果有电压来回变化且室内机通信指示等持续闪烁,则表明通信正常,否则通信电路有故障;2功率模块在检测功率模块故障时,第一种方法是用万用表二极管档测量功率模块,“+”极与U、V、W极,或U、V、W极与“-”极间正向电阻应约为380-450Ω间,且反向不导通,否则功率模块有故障；第二种方法是用万用表交流电压档,测量功率模块驱动压缩机的电压,其任意两相间的电压应在0~160V之间并且相等,否则功率模块损坏;3电抗器在检测电抗器时,用万用表R X1档进行测量,其绕组电阻值约为1Ω;4压缩机在检测压缩机时,用钳子先拔下U、V、W的导线,测量三相间的电压,若三相间的电压相同,说明压缩机绕组良好,否则压缩机绕组有故障;5电解电容变频空调器中有大容量的电解电容,最大为2000-4500uF,即使切断电源仍然会残留有充电电荷,所以对电解电容器要先用烙铁、插头等物体充分释放残留电荷;电荷放尽以后,用指针式万用表RX10K档检测,指针应是指到0,然后慢慢退到∞,否则电解电容器损坏;6传感器如果空调器出现频率无法升降与保护性关机等故障,应首先考虑检查传感器,大多数传感器可以从插座上拔下,从外表上即可以判断是否损害、断裂、脱胶;用手或温水加热,用万用表RX100档测其阻值,看它的阻值是否变化,无变化则可以判定传感器损坏;四结束语本文分析的变频空调控制电路的基本原理和常见故障的检测方法,对于用户或工程技术人员维修有着重要的参考价值,对于其它快捷方法有待我们进一步研究和探讨;直流变频空调器的工作原理1:综述电源220V交流电压经转换器变换为直流;逆变器主要功能为实现换向,把直流电压转换成任意频率的有效值相当于三相交流电的脉冲电压信号;其最常见的结构形式是六个半导体开关元件组成的三相桥式电路大功率模块;逆变器的负荷为压缩机中的异步电动机, 变频空调器按照负荷是交流变频压缩机还是直流变频压缩机而分为交流变频与直流变频两大类;交流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是不等宽度PWM调制方式,而直流变频中逆变器的输出电压方式一般采用是等宽度PWM调制方式;目前PAM Pulse Amplitude Modulation脉冲幅值调制方式以其独特的优越性而被用于直流变频空调器的压缩机输入电压的调制中;2:大功率模块有刷直流电动机中,当转子单线圈磁场转到与定子永磁体磁场平行后,若转子再越过此位置,而直流电源不改变流向,即线圈中的电流方向不改变的话,那么根据右手定则此时线圈受力将使之向原方向反转;因此,需有炭刷来改变线圈中电流的流向,使转子能继续旋转下去;在压缩机中,由于汽缸中充满了氟利昂蒸汽,不能采用会产生火花的有刷直流电机,因此必须采用通过电子回路实现换向的无刷直流电机;3:直流压缩机电机的基本原理直流压缩机的电机的转子为永磁体;典型的永磁体结构有弧形、逆弧形、V 形、X形等；不同的排列,磁力线的集中度不一样,它直接影响电动机的效率;定子同交流压缩机电机为漆包线绕制而成;首先大功率模块根据转子的旋转位置切换定子绕组的通电电流,始终保证转子N极对面的定子绕组导体内的电流流向为一个方向,如；而转子S极对面的定子绕组导体内的电流流向为另一个方向,导体的磁场根据右螺旋法则叠加后在定、转子间产生一个垂直向上的方向磁场, 而、c导体磁场叠加后产生一个水平向右的磁场,二者再叠加的磁场ΦZ1方向. 正好与转子磁场Φd1互相垂直,于是便会产生逆时针方句的电磁转矩,推动转子向逆时针方向旋转;右下180°的原理一样;※右螺旋法则：用右于握住导体,使大拇指方向为电流方向则其余四指的方向便是磁场的方向磁力线的方向;4:转子位置检测回路直流电动机转子位置检测手段通常有磁敏式霍尔元件、光电式、电磁感应式、电磁谐振式等;用其中一种方式为捕捉上述定子线圈中产生的感应电压,作为转子的位置信号,再通过专门设计的电子回路转换,反过来控制给定子线圈施加方波电压的时刻;在无刷直流电动机中总有两相线圈通电,一相不通电;一般无法对通电线圈测出感应电压,因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用线;5:起动由于感应电压只有在电动机转动时产生, 因此不能通过转子位置检测电机起动;而必须强制性地输出驱动波形,直到电动机转速达到一定速度,可以靠感应电压测出转子位置为止,再切换到转子位置检测输出波形驱动方式;例如,起动阶段大功率模块要经2～4秒的低频换向使压缩机转速到达200～500rpm,再进入通常位置检测运行模式;6:变频调速的基本方式由电动机理论对三相异步电动机而言有下式：Ed=ΦzEd：定子每相线圈气隙磁通感应电压的均方根值V；fd：电源频率Hz；Nd：定子每相绕组的有效匝数；Φz：每极气隙磁通量Wb;为了保证电动机负载能力, 应保证Φz不变,这就要求Ed/fd为常数,这种保持Ed/fd为常数的控制方式又称恒磁通变频调速,属于恒转矩调速方式;由于Ed难于直接检测、控制,当Ed与fd较高时,定子漏阻抗压降小到可忽略不计,则可以以定子每相电压Ud代替Ed,保持Ud/fd为常数,即可称为恒压频比控制方式;因此,欲实现压缩机稳定调速,除了要控制逆变器的换向频率外,还必须同时按比例提高或降低对压缩机施加的方波电压值;在电子控制方面采用大功率模块三极管,其基极电压信号是比换向频率还高的例如上支路三极管是数千赫兹的高频开关,从而向电动机施加的电压被段切开来参考图4,而电动机的平均直流电压与三极管的ON开通时间/ON时间+OFF时间成正比,以此便轻而易举地达到变频调速的目的;7:直流变频与交流变频的比较笼统地讲,交流变频空调器与直流变频空调器中采用的压缩机电机原理上部是定子产生一个不断旋转的圆形旋转磁场,其转速为n=60fd/p,利用定、转子磁场间电磁力相互作用产生的转矩不断推动转子转动;由于直流变频中采用了无刷直流电动机,其转子为永久磁铁,不需要外部供给电流,减少了损耗,因此效率较高;一般情况下较交流变频省电约12%,如果转子的磁体排列更科学,磁力线集中度更高,再加上采用含稀土钕的磁体,则可较交流变频省电高达18%～20％;另外,因为直流变频可以随外界负荷的大小调节转速,在原理上比负荷变化时压缩机开停的交流变频要节能;因此,综上所述,直流变频要比交流变频省电;。
