第4章　空調器電控原理

4.1　空調器電控系統

空調器的電控系統是指與電路有關的所有電子元器件，包括基礎電子元器件、電氣部件、各種接插線、連接引線等。

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

圖4-1 典型分體式定頻空調器的電路方框圖

可以看到，定頻空調器的電控系統主要由室內機電控系統和室外機電控系統構成。其中，室內機電控系統包括控制電路板和外圍的變壓器、風扇電動機、繼電器、保護器、壓敏電阻等器件構成；室外機電控系統主要由壓縮機、啟動電容、風扇電動機、過熱繼電器等電氣部件構成。

圖4-2為典型分體式變頻空調器的整機電路結構圖。

圖4-2 典型分體式變頻空調器整機電路結構圖

可以看到，變頻空調器的電控系統也由室內機電控系統和室外機電控系統構成。其中，室內機電控系統主要由控制電路板1、供電電路板以及外接室內管道溫度傳感器、室內溫度傳感器、遙控信號接收電路、指示燈電路、貫流風扇電機、變壓器和步進電機等部分構成。室外機電控系統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、室外環境溫度傳感器、壓縮機溫度傳感器、軸流風扇電機、變頻壓縮機、電磁四通換向閥和換氣電機等部分構成。

4.1.1　空調器室內機電控系統

空調器室內機電控系統是實現室內機電路控制和與室外機電控系統完成電路通信的電路部分。

圖4-3為定頻空調器和變頻空調器室內機電控系統的特點。定頻空調器室內機電控系統是整個電控系統的控制核心，用于對整機進行控制，室外機不設置電路板，僅由壓縮機、啟動電容、風扇電動機等電氣部件構成。變頻空調器的室內機電控系統是整機電控系統中的一部分，用于控制室內機電氣部件動作，并與室外機電控系統進行通信。

圖4-3 定頻空調器和變頻空調器室內機電控系統的特點

為了便于理解，可以把電路板從空調器電路固定模塊中取出來，然后將拔下的外接元器件連接好，圖4-4為典型定頻空調器室內機的電控系統。從圖中可看出，與電源電路板相連的是一個交流220V降壓變壓器。220V高壓經變壓器變成交流低壓后送到電路板上。在電路板上經過橋式整流、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射的控制信號，并將信號傳送給控制電路板的微處理器，同時室內溫度傳感器及室內管道溫度傳感器將相應的溫度信息發送給微處理器，微處理器根據接收的遙控信號及各溫度信號進行分析、處理，然后輸出各種控制信號，控制各電機及壓縮機等部件進行工作。

圖4-4 典型定頻空調器室內機的電控系統

4.1.2　空調器室外機電控系統

空調器室外機電控系統是指位于室外機中的所有與電路相關的元器件。定頻空調器與變頻空調器最大的不同也在于室外機電控系統。

圖4-5為室外機電控系統的結構。

圖4-5 室外機電控系統的結構

4.2　空調器微處理器控制原理

如圖4-6所示，空調器電路板上的微處理器是整個控制電路的核心部件，它可以接收從遙控器發出的人工指令，對空調器各部分進行控制。

圖4-6 空調器中的微處理器

圖4-7為典型空調器微處理器的內部功能框圖與外部電路連接關系。

圖4-7 典型空調器微處理器的內部功能框圖與外部電路連接關系

微處理器的核心電路是運算器和控制器。電源供電是為微處理器內部的半導體期間提供工作電壓；復位電路在加電時為微處理器提供復位信號，使微處理器被復位，從初始狀態開始運行。時鐘信號產生電路的諧振元器件安裝在微處理器集成電路的內部，該電路產生微處理器需要的時鐘信號。這幾方面是微處理器正常工作的基本條件。

微處理器!4腳外部的遙控信號接收電路，用于接收用戶通過遙控器發出的控制信號。該信號作為微處理器工作的依據。此外!5腳外接應急開關，也可以直接接收用戶強行啟動的開關信號。微處理器接收到這些信號后，根據內部程序輸出各種控制指令。

?～?腳為微處理器的顯示驅動接口，驅動發光二極管顯示工作狀態。

?～?腳為步進電動機驅動接口，輸出導風板電動機（步進電動機）驅動脈沖。控制導風板電動機的轉動方向和方式。

⑧腳為室內機風扇電動機的驅動接口，該接口輸出的信號經繼電器控制貫流式風扇電動機的旋轉。

⑦腳為蜂鳴器驅動端，該信號經放大器后驅動蜂鳴器發聲。

⑩腳為主繼電器驅動接口。在開機時，輸出驅動信號經繼電器控制交流220V輸入電源。

微處理器的①、②、③腳為傳感器接口。外部傳感器的信號由這些引腳送入微處理器，為微處理器工作時提供參考。①腳為過零檢測，主要是通過過零檢測電路得到與交流220V電源同步的脈沖信號。②腳為室溫檢測端，外接室內環境溫度床拿起，如果室內溫度已達到制冷的要求，微處理器則需控制相關的部分停止制冷。③腳為管路溫度檢測輸入端，使微處理器了解工作過程中管路的溫度是否正常。

?、?腳為室內微處理器與室外微處理器進行通信的接口，室內機的微處理器可以向室外機發送控制信號。室外機微處理器也可以向室內機回傳控制信號，即將室外機的工作狀態回傳，以便由室內機根據這些信息判別系統是否出現異常。

4.3　空調器溫度控制原理

空調器室內機和室外機的熱交換部件處都安裝有溫度傳感器，用以對環境溫度進行檢測，并將檢測到的溫度變化情況轉換成電信號送給微處理器。這樣微處理器便可自動控制壓縮機和風扇電動機的運行狀態，從而達到溫度控制的目的。

圖4-8為空調器室內溫度傳感器與電路板的連接關系。其中室內蒸發器管道溫度傳感器的感溫頭安裝在蒸發器管道處，直接與管路接觸，主要用以檢測制冷管路的溫度，室內溫度傳感器的感溫頭安裝在蒸發器的表面，用以檢測室內環境溫度。傳感器的連接引線通過插件與主電路板相連，隨時將檢測的溫度信息傳送給微處理器。

圖4-8 空調器溫度傳感器與電路板的連接關系

圖4-9為典型空調器室內機的溫度檢測控制電路。檢測室內溫度的傳感器設在蒸發器的表面，檢測盤管溫度的傳感器設在蒸發器的盤管上。傳感器接在電路中，與固定電阻構成分壓電路，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 典型空調器室內機的溫度檢測控制電路

4.4　空調器室內風機驅動控制原理

圖4-10為典型空調器室內風扇電動機驅動電路。室內機風扇電機由交流220V供電。在交流輸入電路的L端將TLP361接到電動機的公共端，交流220V輸入的零線（N）加到電動機的運行繞組，再經啟動電容C加到電動機啟動繞組上。當TLP361中的晶閘管導通時才能有電壓加到電動機繞組，TLP361中的晶閘管受發光二極管的控制，當發光二極管發光時，晶閘管導通，有電流通過。

圖4-10 典型空調器室內風扇電動機驅動電路

室內風扇電機驅動電路主要由微處理器控制，由微處理器⑧腳輸出控制信號，經光耦TLP361中的晶閘管，為室內風扇電機提供電流。室內風扇電機由霍爾IC檢測其風速，并將檢測信號送入微處理器的⑨腳。

由于固態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，因而每半個周期要對晶閘管觸發一次才能維持連續供電。改變觸發脈沖的相位關系，可以控制供給電動機的能量，從而改變速度。圖4-11為交流供電和觸發脈沖的相位關系。

圖4-11 交流供電和觸發脈沖的相位關系

室內風扇電動機的轉速是由設在電動機內部的霍爾元件進行檢測的，霍爾元件是一種磁感應元件，受到磁場的作用會轉換成電信號輸出。在轉子上會裝有小磁體，當轉子旋轉時，磁體會隨之轉動，霍爾元件輸出的信號與電動機的轉速成正比，該信號被送到CPU的⑨腳，為CPU提供風扇電動機轉速參考信號。

4.5　空調器通信控制原理

空調器通信電路主要用于室內機/室外機之間的信號傳輸。當室內機通電后，室內機和室外機就會自動進行通信。

圖4-12為典型空調器室內機通信接口電路的結構。該電路主要由光電耦合器PC1、PC2及微處理器IC4構成。

圖4-12 典型空調器室內機通信接口電路的結構

其中，光電耦合器PC1為信息發送光耦，IC4的#8腳輸出的信號經光電耦合器PC1，將信號傳送出去。光電耦合器PC2為信息接收光耦，室外機傳來的信號，經光電耦合器PC2光電變換后送到微處理器IC4的#2腳。

圖4-13為通信光耦的實物外形。通信光耦內部實際上是由一個光敏晶體管和一個發光二極管構成的。它是一種以光電方式傳遞信號的器件。

圖4-13 通信光耦的實物外形

在變頻空調器通信線路中，由于傳輸線路借助交流供電線路，因而需采用隔離措施，利用光傳遞信號就可以與交流線路進行良好的隔離。當室內機的開機指令加到通信光耦內的發光二極管，將數據信號轉換成光信號，經光敏晶體管再將光信號轉換成電信號后，經傳輸線路傳到室外機中；來自室外機微處理器的工作狀態信號（反饋信號）也經由通信光耦將電信號轉換為光信號，再變成電信號送入室內機中。