变频空调毕业论文

毕业论文

变频空调控制系统研究

摘要

随着人们生活水平的提高，空调以成为家用电器的一个重要部分。家用空调调节改善生活环境的舒适度，带给人们一个较舒适的生活环境。家用变频空调技术是一种新型的空调技术，更好地调节舒适度。控制系统是空调的重要组成部分，要更好的了解变频空调有必要对控制系统进行研究分析。控制系统中包含微处理器、传感温度检测、信号接收、显示控制、变频电路控制、风机控制、电子膨胀阀、四通阀控制等。通过控制系统的信号处理并输出控制指令，使家用变频空调正常运行带给人们一个舒适的生活环境。

关键词：空调变频控制

目录

第1章家用空调发展简史、应用场合及其类 (3)

2、家用空调基本结构原理 (5)

3、家用变频空调控制系统组成部分 (9)

4、中央空调各控制系统分析 (13)

5、家用变频空调常见故障检修与排除 (31)

6、家用变频空调控制系统发展展望 (34)

7、总结 (35)

格式

第1章家用空调发展简史、应用场合及其分类

1.1空调的概念

空调即空气调节器(room air conditioner)，空调是一种用于给空间区域（一般为密闭）提供处理空气温度变化的机组。它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

1.2空调的发展简史、应用场合

空调器从诞生至今，从追求舒适的空调环境方面看，已经走过了三个阶段：

①防暑御寒阶段（70年代以前）：实现供冷和供热，在冬、夏为人们提供一个温暖、凉爽的环境，但对温度波动的限制要求不高。

②基本舒适阶段（70～80年代）：实现温度、湿度、气流速度均匀，室内空气清新，要求空调设备低噪声运行。

③非感空调阶段或静态人工环境阶：（80～90年代）：要求营造一个无冷、热感，室内各处无明显温差，无噪声，无气味，无明显吹风感的空调环境。

即人们虽置身与空调环境之中，却感觉不到空调系统的存在，它是一种静态的人工环境，当今世界空调环境的发展水平正处于这个阶段。

但说到空调可以普及，主要是通过电影院可成事的。大多数美国人是在电影院第一次接触到空调的。20世纪20年代的电影院利用空调技术，承诺能为观众提供凉爽的空气，使空调变得和电影本身一样吸引人，而夏季也取代了冬季成为看电影的高峰季节。随后出现了大量全年开放的室内娱乐场所，如室内运动场和商场，这些都得归功于空调的出现。

1．3家用空调分类（重点介绍变频和非变频）

变频空调优缺点？

本文阐述了家用空调的基本工作原理，对家用变频空调各控制系统进行分析包括了电源电路、微处理器介绍、复位电路、时钟电路、风机控制电路、变频控制电路、传感器电路等对变频空调控制分析研究，总结出变频空调技术有以下几个反面。

（1）较快的制冷或制热速度。当室内实际温度与所需温度相差较大时，微处理器通过检测设定温度值和实际室内温度值之间的差值，指令变频控制器以最高或较高的频率输出，是压缩机高速运转，达到所需效果。

（2）温度波动小，较好的舒适性。

（3）启动时对电路没有大的电流冲击。变频空调的频率可变，以低频率启动，启动电流一般为1-2A，对电路影响不大，然后电流逐步上升。

（4）变频空调比一般空调省电。首先变频空调很少停机，避免了定

速空调器停机后系统高低压之间的平衡以及重新建立高低压所消耗的无用功。其次很少停机避免了定速空调频繁开机所造成的启动损耗和对电网的冲击。最后随着室内温度接近设定温度，压缩机运转频率低，但空调在维持室内设定温度时处于低频低耗能工作状态而不停机。

（5）变频空调的噪音较低。变频空调对压缩机有较严格的要求，双转子压缩机和涡旋式压缩机工作振动较小，特别是当室温达到设定值后，压缩机在低频低速下运转，噪音更是大为降低。

（6）电子膨胀阀的使用，使变频空调的效率大大提高。采用电子膨胀阀，室外微处理器根据温度传感器收集到的信息控制阀门的开启度，随时改变制冷剂的流量主动配合压缩机的能耗变化，提高了工作效率。

但变频空调应特别注意电磁兼容和电磁干扰问题，由于其控制器中存在着调制、解调、载波等一系列空调器复杂电路，这方面的问题比较突出。

单体式即窗机送风量小、适用于小房间，价格便宜，噪音较大；挂壁式采用斜片不等距贯流风扇、噪音小、39~41分贝以内。立柜式采用筒式斜片不等距贯流风扇、并且优化风道、45~49分贝以内。嵌入式（天井式）即吸顶机，室内机主体藏于天花板里面

第2章家用空调基本结构原理

2.1家用空调系统主要部件

空调系统主要部件介绍有制冷系统，外壳系统？？，排风冷却系统，电控系统。其中空调系统四大件，它们是压缩机、冷凝器、蒸发器和节流部件

1.压缩机：压缩机是整个空调系统的核心，也是系统动力的源泉。整个空调的动力，全部由压缩机来提供，压缩机就相当于把一个实物由低势位搬到高势位地方去，在空调中它的目的就是把低温的气体通过压缩机压缩成高温的气体，最后气体在换热器中和其他的介质进行换热。所以说压缩机的好坏会直接影响到整个空调的效果。

空调常用什么压缩机？旋转式/斡旋式

2.换热器：根据在空调上的作用不同，可分为冷凝器和蒸发器。现在就冷凝器和蒸发器的分类和区别述说一下。

(1)、冷凝器：冷凝器的作用是将压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽冷却成液体或气液混合物。制冷剂在冷凝器种放出的热量由冷却介质(水或空气)带走。冷凝器按其冷却介质和冷却的方式，可以分为水冷式、空气冷却式、水和空气混合冷却式三种类型。

(2)、蒸发器：蒸发器的作用是利用液态低温制冷剂在低压下易蒸发，转变为蒸气并吸收被冷却介质的热量，达到制冷目的。

3.节流部件：节流部件是制冷系统不可缺少的四大部件之一。它

的作用是使冷凝器出来的高压液体节流降压，使液态制冷剂在低压(低温)下汽化吸热。空调常用节流部件有哪些？毛细管/热力膨胀阀/

2.2家用空调工作原理

普通空调工作原理如图（1）：空调分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理是一样的。压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的液态制冷剂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态制冷剂，所以室外机吹出来的是热风。然后到毛细管，进入蒸发器（室内机），由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。

图示

制热的时候有一个叫四通阀的部件，使制冷剂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷风，室内机吹的是热风。其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理。

图（1）

变频空调工作原理和特点：

介绍变频电机控制压缩机的特点

1、交流变频空调控制原理

交流电机转速公式: n=60f/p 式中f 为电源频率，p为极对数，n为转速。从上式可见，如果均匀地改变电动机供电频率，就可改变电动机的转速。目前交流变频空调器一般按一直一交对压缩机转速进行控制，即交流电压经过整流，变为280V送入变频模块，然后输出电压80至280V，频率为25至130Hz的三相交流电，送至变频压缩

机，压缩机转速6000至7200转/分。

2、直流变频空调控制原理

直流变频空调器的工作原理是把50Hz工频交流电源转换为直流电源，并送至功率模块主电路，功率模块也同样受微电脑控制，所不同的是模块所输出的是电压可变的直流电源，压缩机使用的是直流电机，所以直流变频空调器也可以称为全直流变速空调器。直流变频空调器没有逆变环节，在这方面比交流变频更加省电。

2、变频器电路。

220V交流电经抗干扰电路、整流电路、电容滤波后送入功率模块D300（PS21245-E），作为功率模块的直流驱动电源。功率模块中各驱动管需要触发电压，开关电源产生的4路直流电源为功率提供触发电压；同时该开关电流产生的+12V直流电源作为功率模块触发电压的控制电压。先作简要介绍！！

从图（13）可以看出其原理是D300的1、5、9、19、20、21，共六个引脚分别是功率模块的6个基极的控制引脚，这6个引脚分别受D307、D306、D305、D304、D303、D302的控制，6个光耦分别受D800（MC68HC908MR32CH）输出6组SPWM控制信号的控制，气波形图如图（13b）。当微处理器D800的31、34引脚输出高电平时，光电开关D307、D303截止，功率模块的1、20引脚接高电平，对应的功率三极管S1、S6导通，压缩机U、V两相通电，其等效工作示意图（14），然后再程序的控制下D800的36、34引脚输出高电平，光电开关D305、D303截止，功率模块的9、20引脚接高电平，对应的功率三极管S5、

S6导通，压缩机W、V两相通电；D800的36、32引脚输出高电平，光电开关D305、D304截止，功率模块的9、19引脚接高电平，对应的功率三极管S5、S4导通，压缩机Ｗ、U两相通电。在程序控制下，可实现对压缩机电动机工作电源的频率控制，变频器输出电压、电流。各光耦工作电源接至VT1的集电极，当D800的25引脚输出低电平、D300的18引脚输出高电平时，6个光耦正常工作，此时功率模块正常工作。当功率模块出现故障时，功率模块的18引脚输出低电平，光耦D301导通，微处理器D800的25引脚为高电平，同时VT1管截止，6个光耦被锁死，功率模块不工作。

图（13）

图（13b）

图（14）

变频式空调器的工作原理是压缩机由变频式电动机拖动，电源变频器输出频率变化的交流电给电动机，使电动机的转速可以根据室内制冷量的需要而连续变化，最终压缩机的制冷量达到连续变化的自动控制。为了配合制冷量的连续变化，空调器制冷系统中采用了新颖的电子膨胀阀，由脉冲电动机开关阀芯，快速控制进入蒸发器的制冷剂流量。

变频式空调器的制冷系统由压缩机，室内换热器。室外换热器，电磁四通阀，电子膨胀阀，除霜二通阀，毛细管等部件组成，由微电脑控制电子膨胀阀的开度，保持适当的制冷剂流量。在室外换热器除霜的短时间里，制冷剂通过除霜二通电磁阀进入室外换热器加热换热器除霜，结束后阀关闭，恢复正常的工况运行。变频式空调器的制冷系统由压缩机，室内换热器。室外换热器，电磁四通阀，电子膨胀阀，除霜二通阀，毛细管等部件组成，由微电脑控制电子膨胀阀的开度，保持适当的制冷剂流量。在室外换热器除霜的短时间里，制冷剂通过除霜二通电磁阀进入室外换热器加热换热器除霜，结束后阀关闭，恢复正常的工况运行。

第3章家用变频空调控制系统组成部分

可以先简单介绍普通空调控制系统组成

3.1变空调控制系统

图（2）

变频空调控制系统是由两台微型计算机控制如图（2），其中一台

装在外室机上，这两台微型计算机通过信号线进行信息传递。遥控装置发射红外信号，无线电接收器根据接收到的红外线信号输出控制指令送入到室内微处理器，室内微处理器将信号译码，对室外机实行控制，同时把对应于压缩机运转频率的指令信号送到室外机，室外机按照室内机传来的指令信号线频率器输出压缩机运转频率信号，变频器按照指定频率输出。

可以简要介绍各个组成部分原理

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（3）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。

图（3）

3.2交直流变频器的控制原理

第4章家用空调各控制系统分析

4.1普通家用空调各控制系统分析（以长虹KFR-36GW/DH为例分析控制系统）

长虹KFR-36GW/DH型空调控制系统有处理器TMP87PH46N、电源电路、复位电路、驱动电路、信号接收电路、显示电路组成。

图和文字一起，不要分开，好阅读

1)电源电路如图（4）。220V的交流电通过变压器降压，通过整流桥

整流后滤波再送入三端稳压器（7812）和（7815）得到控制板所需电压+5V。

2)复位电路如图（4）。空调在接通电源时，微处理器TMP87PH46N的

工作电源以一定的时间常数上升，微处理器在电源电压没有充分上升时即开始工作，往往会出现误动作。因此，当+5V电源没有充分上升或电源电压开始下降时，必须使微处理器停止公作。复位电路的作用就是再开机瞬间使微处理器内部准备工作，即令存储器复位、程序计数器复位等。

3)时钟振荡电路如图（4）。外接4MHZ晶体振荡器，为微处理器提供

时钟脉冲信号，使微处理器根据这一脉冲信号进行工作。

4)A/D转换电路。A/D转换电路通过微处理器外围元器件对各种参数

进行采集，将模拟信号的变化转化为电压的变化，吃此电压将作为微处理器内部比较电压，从而输出控制指令。包括有温度检测电路和遥控接收电路。

5)显示电路如图（5）。显示控制信号由微处理器TMP87PH46N的9-16

引脚输出，其中9-16引脚输出的脉冲控制信号经MC74HC595A转

化成16位的驱动信号控制LED数码显示设定温度及空清指数；

13-16引脚分别输出空调器的空清、定时、待机、运行状态。6)自检、缩时电路。当XS211被短接时，39引脚接地，蜂鸣器响声

两声，CPU以60倍时钟频率工作；此时3min延时功能控制时间缩短，以便检查；当再次短接XS211时，空调器处于自检状态。

7)蜂鸣器驱动电路如图（6）。用于用户的各种“应答”操作，同时

也用于报警；

8)室内机驱动控制电路如图（7）。①导风叶片步进电机控制电路，

由TMP87PH46N的1-4引脚和35-38引脚输出经反相器驱动。②室内风扇电动机控制电路，微处理器调节控制其风速。③电加热管驱动控制电路，由微处理器6引脚控制器其工作状态。④空清驱动控制电路，当接到遥控器发出指令，由微处理器TMP87PH46N的

5、6引脚输出控制信号送入反相器D212的3引脚，经电平转换

后从其14引脚输出低电平，使继电器K253线圈中有电流流过，触点闭合，接通220V交流电压回路，使电子集尘器通电工作。

9)室外驱动控制电路如图（8）。包括压缩机驱动控制电路、室外机

风扇电动机驱动控制电路和电磁四通阀驱动电路。其工作原理是微处理器TMP87PH46N的7引脚，33引脚，32引脚分别控制

压缩机、室外机风扇电动机和电磁四通阀，当开机时引脚输出高电平，并送入反相器经电平转换后输出低电平电流通过继电器的线圈触点闭合，接通220V交流电压回路使其工作。

图（4）

图（5）

（6）

（7）

（8）

4.2家用变频空调各控制系统分析（以长虹KFR-28GW/BC3为例分析控制系统）。

4.2．1室内机控制电路分析。

室内机采用的是TMP87PH46N，该芯片内部除了写入了空调专用程序外，还包括为处理器CPU、程序存储器、数据存储器、输出输入接口和定时器、计数器等电路。通过A/D转换电路对室内温度、内盘温度、外盘温度、温室的检测，在处理器中进行处理，从而对室外机、风机等运行状态进行控制。

1、主芯片TMP87PH46N介绍