第4章　空调器电控原理

4.1　空调器电控系统

空调器的电控系统是指与电路有关的所有电子元器件，包括基础电子元器件、电气部件、各种接插线、连接引线等。

定频空调器和变频空调器的电控系统有所不同。图4-1为典型分体式定频空调器的电路方框图。

图4-1 典型分体式定频空调器的电路方框图

可以看到，定频空调器的电控系统主要由室内机电控系统和室外机电控系统构成。其中，室内机电控系统包括控制电路板和外围的变压器、风扇电动机、继电器、保护器、压敏电阻等器件构成；室外机电控系统主要由压缩机、启动电容、风扇电动机、过热继电器等电气部件构成。

图4-2为典型分体式变频空调器的整机电路结构图。

图4-2 典型分体式变频空调器整机电路结构图

可以看到，变频空调器的电控系统也由室内机电控系统和室外机电控系统构成。其中，室内机电控系统主要由控制电路板1、供电电路板以及外接室内管道温度传感器、室内温度传感器、遥控信号接收电路、指示灯电路、贯流风扇电机、变压器和步进电机等部分构成。室外机电控系统主要是由控制电路板2、IPM功率模块以及外接的室外管道温度传感器、室外环境温度传感器、压缩机温度传感器、轴流风扇电机、变频压缩机、电磁四通换向阀和换气电机等部分构成。

4.1.1　空调器室内机电控系统

空调器室内机电控系统是实现室内机电路控制和与室外机电控系统完成电路通信的电路部分。

图4-3为定频空调器和变频空调器室内机电控系统的特点。定频空调器室内机电控系统是整个电控系统的控制核心，用于对整机进行控制，室外机不设置电路板，仅由压缩机、启动电容、风扇电动机等电气部件构成。变频空调器的室内机电控系统是整机电控系统中的一部分，用于控制室内机电气部件动作，并与室外机电控系统进行通信。

图4-3 定频空调器和变频空调器室内机电控系统的特点

为了便于理解，可以把电路板从空调器电路固定模块中取出来，然后将拔下的外接元器件连接好，图4-4为典型定频空调器室内机的电控系统。从图中可看出，与电源电路板相连的是一个交流220V降压变压器。220V高压经变压器变成交流低压后送到电路板上。在电路板上经过桥式整流、滤波后形成+12V和+5V的直流电压，主要为控制电路板供电。遥控接收电路接收遥控器发射的控制信号，并将信号传送给控制电路板的微处理器，同时室内温度传感器及室内管道温度传感器将相应的温度信息发送给微处理器，微处理器根据接收的遥控信号及各温度信号进行分析、处理，然后输出各种控制信号，控制各电机及压缩机等部件进行工作。

图4-4 典型定频空调器室内机的电控系统

4.1.2　空调器室外机电控系统

空调器室外机电控系统是指位于室外机中的所有与电路相关的元器件。定频空调器与变频空调器最大的不同也在于室外机电控系统。

图4-5为室外机电控系统的结构。

图4-5 室外机电控系统的结构

4.2　空调器微处理器控制原理

如图4-6所示，空调器电路板上的微处理器是整个控制电路的核心部件，它可以接收从遥控器发出的人工指令，对空调器各部分进行控制。

图4-6 空调器中的微处理器

图4-7为典型空调器微处理器的内部功能框图与外部电路连接关系。

图4-7 典型空调器微处理器的内部功能框图与外部电路连接关系

微处理器的核心电路是运算器和控制器。电源供电是为微处理器内部的半导体期间提供工作电压；复位电路在加电时为微处理器提供复位信号，使微处理器被复位，从初始状态开始运行。时钟信号产生电路的谐振元器件安装在微处理器集成电路的内部，该电路产生微处理器需要的时钟信号。这几方面是微处理器正常工作的基本条件。

微处理器!4脚外部的遥控信号接收电路，用于接收用户通过遥控器发出的控制信号。该信号作为微处理器工作的依据。此外!5脚外接应急开关，也可以直接接收用户强行启动的开关信号。微处理器接收到这些信号后，根据内部程序输出各种控制指令。

㉙～㉜脚为微处理器的显示驱动接口，驱动发光二极管显示工作状态。

⑲～㉒脚为步进电动机驱动接口，输出导风板电动机（步进电动机）驱动脉冲。控制导风板电动机的转动方向和方式。

⑧脚为室内机风扇电动机的驱动接口，该接口输出的信号经继电器控制贯流式风扇电动机的旋转。

⑦脚为蜂鸣器驱动端，该信号经放大器后驱动蜂鸣器发声。

⑩脚为主继电器驱动接口。在开机时，输出驱动信号经继电器控制交流220V输入电源。

微处理器的①、②、③脚为传感器接口。外部传感器的信号由这些引脚送入微处理器，为微处理器工作时提供参考。①脚为过零检测，主要是通过过零检测电路得到与交流220V电源同步的脉冲信号。②脚为室温检测端，外接室内环境温度床拿起，如果室内温度已达到制冷的要求，微处理器则需控制相关的部分停止制冷。③脚为管路温度检测输入端，使微处理器了解工作过程中管路的温度是否正常。

⑪、⑫脚为室内微处理器与室外微处理器进行通信的接口，室内机的微处理器可以向室外机发送控制信号。室外机微处理器也可以向室内机回传控制信号，即将室外机的工作状态回传，以便由室内机根据这些信息判别系统是否出现异常。

4.3　空调器温度控制原理

空调器室内机和室外机的热交换部件处都安装有温度传感器，用以对环境温度进行检测，并将检测到的温度变化情况转换成电信号送给微处理器。这样微处理器便可自动控制压缩机和风扇电动机的运行状态，从而达到温度控制的目的。

图4-8为空调器室内温度传感器与电路板的连接关系。其中室内蒸发器管道温度传感器的感温头安装在蒸发器管道处，直接与管路接触，主要用以检测制冷管路的温度，室内温度传感器的感温头安装在蒸发器的表面，用以检测室内环境温度。传感器的连接引线通过插件与主电路板相连，随时将检测的温度信息传送给微处理器。

图4-8 空调器温度传感器与电路板的连接关系

图4-9为典型空调器室内机的温度检测控制电路。检测室内温度的传感器设在蒸发器的表面，检测盘管温度的传感器设在蒸发器的盘管上。传感器接在电路中，与固定电阻构成分压电路，将温度的变化变成直流电压的变化，并将电压值送入微处理器（CPU）的!9、@0脚。

图4-9 典型空调器室内机的温度检测控制电路

4.4　空调器室内风机驱动控制原理

图4-10为典型空调器室内风扇电动机驱动电路。室内机风扇电机由交流220V供电。在交流输入电路的L端将TLP361接到电动机的公共端，交流220V输入的零线（N）加到电动机的运行绕组，再经启动电容C加到电动机启动绕组上。当TLP361中的晶闸管导通时才能有电压加到电动机绕组，TLP361中的晶闸管受发光二极管的控制，当发光二极管发光时，晶闸管导通，有电流通过。

图4-10 典型空调器室内风扇电动机驱动电路

室内风扇电机驱动电路主要由微处理器控制，由微处理器⑧脚输出控制信号，经光耦TLP361中的晶闸管，为室内风扇电机提供电流。室内风扇电机由霍尔IC检测其风速，并将检测信号送入微处理器的⑨脚。

由于固态继电器中双向晶闸管上所加的是交流220V电源，电流方向是交替变化的，因而每半个周期要对晶闸管触发一次才能维持连续供电。改变触发脉冲的相位关系，可以控制供给电动机的能量，从而改变速度。图4-11为交流供电和触发脉冲的相位关系。

图4-11 交流供电和触发脉冲的相位关系

室内风扇电动机的转速是由设在电动机内部的霍尔元件进行检测的，霍尔元件是一种磁感应元件，受到磁场的作用会转换成电信号输出。在转子上会装有小磁体，当转子旋转时，磁体会随之转动，霍尔元件输出的信号与电动机的转速成正比，该信号被送到CPU的⑨脚，为CPU提供风扇电动机转速参考信号。

4.5　空调器通信控制原理

空调器通信电路主要用于室内机/室外机之间的信号传输。当室内机通电后，室内机和室外机就会自动进行通信。

图4-12为典型空调器室内机通信接口电路的结构。该电路主要由光电耦合器PC1、PC2及微处理器IC4构成。

图4-12 典型空调器室内机通信接口电路的结构

其中，光电耦合器PC1为信息发送光耦，IC4的#8脚输出的信号经光电耦合器PC1，将信号传送出去。光电耦合器PC2为信息接收光耦，室外机传来的信号，经光电耦合器PC2光电变换后送到微处理器IC4的#2脚。

图4-13为通信光耦的实物外形。通信光耦内部实际上是由一个光敏晶体管和一个发光二极管构成的。它是一种以光电方式传递信号的器件。

图4-13 通信光耦的实物外形

在变频空调器通信线路中，由于传输线路借助交流供电线路，因而需采用隔离措施，利用光传递信号就可以与交流线路进行良好的隔离。当室内机的开机指令加到通信光耦内的发光二极管，将数据信号转换成光信号，经光敏晶体管再将光信号转换成电信号后，经传输线路传到室外机中；来自室外机微处理器的工作状态信号（反馈信号）也经由通信光耦将电信号转换为光信号，再变成电信号送入室内机中。