第10章变频空调原理及部件认识

1、第三篇 变频空调器检修 145 第10章变频空调器的原理及部件认识 传统的定频空调器的工作特点是：工作过程中压缩机的供电电压的幅值和频率固 定不变，压缩机的转速也固定不变；在调温过程，空调器利用不断地“开启和停止”压 缩机来调节温度，这种方式使得压缩机随室温变化频繁启动和关闭，不仅耗电较多，也易 造成压缩机零部件的损坏。 变频空调器的工作特点是：通过改变压缩机的转速，达到调节室温的目的。根据控制方 式,可将变频空调器分为交流变频和直流变频两类。其主要区别是： 交流变频空调器使用交流变频压缩机（其电动机仍是三相感应电动机）,其调速本质是 通过改变加于压缩机的模拟三相交流电的频率来改变压缩机的转速

2、； 而直流变频压缩机采用无刷直流电动机，通过改变送给电机的直流电压来改变电机的 转速，直流变频压缩机克服了交流变频压缩机的电磁噪音与转子损耗，具有比交流变频压 缩机效率高（10%-30%与噪音低的特点（510分贝），但是，成本也相对较高。 第1节 变频空调器的基本原理 一、电动机变频调速的方法 1.占空比的概念 如图10-1所示，Vm为脉冲幅度，T为脉 冲周期，t1为脉冲宽度。t1与T的比值称为占 空比。脉冲电压的平均值与占空比成正比。 2 .正弦脉宽调制方式 变频器加在压缩机上的电压是很多个矩形脉冲， T III I t1 t2 III : Vm 图10-1矩形脉冲 通过改变脉冲的频率， 就

3、能改变电机的 PWM 转速；在变频的同时，不改变脉冲幅度，而改变脉冲的占空比，可以改变电压的平均值。这 种既变频同时也变压（通过改变占空比）来调节压缩机转速的方法称为脉宽调制方式（ 调制方式）。 由于PW碉制加在电动机的电压波不是正弦波，具有许多高次谐波成分，这样就使得 输入到电动机的能量不能得以充分利用，增加了损耗。为了加在电动机上的电压接近于正 弦波，现在普遍采用正弦波脉宽调制（SPWM就是在进行脉宽调制时， 使脉冲的占空比按 照正弦波的规律进行变化，即当正弦波幅值为最大值时，脉冲的宽度也最大，当正弦波幅 值最小值时，脉冲的宽度也最小。这样，加到电动机的脉冲序列就可以等效为正弦交流电 SP

4、WI方式）。 （模拟交流电），提高了电动机的效率。交流变频空调器都是采用这种方式（ 图10-2 SPWM调制的波形 3.脉冲幅度调制方式（PAM方式） 就是通过改变加在电动机上脉冲电压的幅度，来改变电动机的转速的方式。直流变频空 调器采用了 PWM或者PAM方式或者PWM+PA方式。 10-3所示。 二、变频空调器控制系统 1 .交、直流变频空调器控制系统的组成部分 交、直流变频空调器控制系统的组成部分基本相同，如图 图10-3变频空调器控制电路的组成 2 .变频空调器控制电路方框图解释 变频空调器启动后，室内机微处理器接收到下列各路信号： 遥控器发出的设定运转 状态的信号； 室温传感器送来的

5、室温信号； 室内机管温传感器送来的热交器管道温 度信号； 室内机风扇电机转速的反馈信号等。微处理器收到这些信号后，经运算，确立 相应的工作状态，发出指令，其中包括室内机风扇电机的转速控制信号、显示部分的控制信 号（用于工作状态显示和故障诊断显示）、给室外机供电的信号、压缩机运转频率的控制信 号（传给室外）、控制室外机的其他信号。 室外机的微处理器收到的信号有：室内机传来的各种信号；室外机各类传感器 送来的电流传感信号、电子膨胀阀出口温度信号、压缩机吸气管和排气管的温度信号、室外 环境温度信号、室外热交换器温度信号等。 室外机微处理器根据接收到的上述信号，经运算 后发出指令，包括室外机风扇电机的

6、转速控制信号、压缩机运转频率的控制信号、四通电磁 阀的切换信号、电子膨胀阀制冷剂流量控制信号、各种安全保护监控信号、用于故障诊断的 显示信号以及除霜信号控制信号等。 三、交流变频调速的原理 1.交流变频空调器调速的方框图 典型交流变频空调器调速的方框图如图10-4所示。 2.方框图解释： 在室外机，220伏交流市电经桥式整流、滤波，产生310伏左右的直流电，分为两路， 一路加在变频模块（又叫功率模块）上，另一路加在开关电源部分（详见第11章图11-7 ）。 室外微机部分根据从室内机传来的控制信号和室外各传感器传来的信号，输出控制信号 SPW碉制矩形脉冲（可等 ，加到变频压缩机的三相 变频模块输

7、出的模拟三相 （控制压缩机的运转频率）给变频控制电路，变频控制电路再输出 6路控制信号作用于变频模 块中6个大功率三极管或场效应管，控制这6个三极管（或场效应管）按设定的规律周期性地 导通和截止，于是变频模块的3个输出端子输出如图 12-2所示的 效为三相交流电，实测一般为50220伏之间，频率受CPU的控制） 感应电动机上，压缩机运转。总之，室温与设定温度的差值越大， 交流电频率就越高，压缩机的转速也就越快，反之亦然。 四、直流变频调速的原理 “直流变频空调器”，准确地说是使用了无刷直流电动机的直流调速空调器。 1.无刷直流电机的结构 无刷直流电机的结构、特点见表 10-1 。 表 10-1

8、 无刷直流电机的结构及特点 结构特点 图示 换向方式 性能 转子由永久 磁钢制成，定 子为三相绕 组，如图中 U1U2、V1V2、 W1W2，多数为 星形接法 W1 微处理器不断检测转 克服了传统的 W2 U2 说明：定子绕组的U2、V2、W2三 个端子在电机内连接在一起; U1、V1、 W1三个端子引出到压缩机的机壳接线柱 上，形成星形接法；NS为永磁转子 子的位置，并控制变频模 块，使变频模块输出周期 性通、断的直流电，加在 定子绕组上，实现了换 向，使转子连续稳定地 转动，无需普通直流电 机的电刷和换向器 直流电机的缺 陷，又具有交流 电机所不具有的 一些优点，如运 行效率咼、调速 性能

9、好、无涡流 损失等 2 .无刷直流电机的运转和调速 转子的位置检测：有两种方法，一是利用电机内部的位置传感器（通常为霍尔元件） 提供的信号；二是检测出无刷直流电机绕组的电压，利用采样信号进行运算后得出。 10-5 示。 运转和调速的电路框图及解释，如图 交流 整 流 部 分 A1 B1 A2 变频 模块 C1 O If 室外机 位置检测电路（检 变频控制电路 控制信号 CPU 4 测绕组电压） C2 B2 室外机各传感器 室内机传来的控制信号 图10-5无刷直流电机运转和调速的电路框图 方框图解释: 6路控制 CPU输出控制压缩机转速的信号，作用于变频控制电路，变频控制电路输出 信号，控制变频

10、模块中6个大功率开关管按设定的规则导通和截止。规则是：任一时刻A1、 B1、C1这一组和A2、B2、C2这一组都只能各导通 （且A1、A2不能同时导通，B1、B2不能同时导通， 例如，当转子在某一位置，转子的位置检测信号传给 直流电由正极，依次流经三极管A1、电机U相绕组、 1个，即任一时刻只导通 2个开关管 C1、C2也不能同时导通） CPU ,使A1、B2两三极管导通， 电机 V相绕组、三极管 B2，回到负 极，U相和V相两相绕组通电，驱动转子运转（另一相线圈即 W相不通电，但有感应电压， 该感应电压可以用作该位置的位置检测信号）；当转子转过120。时，其位置感应信号传给 CPU，CPU输

11、出制信号，使B1、C2两三极管导通，直流电由正极流经三极管B1、电机V 相绕组、W相绕组、三极管 C2，到电源负极（U相绕组不通电，感应电压当作该位置的位 置检测信号）；转子再转过120。时，则是三极管 C1、A2导通，直流电由正极流经三极管 C1、电机 W相绕组、U相绕组、三极管 A2，到电源负极（V相绕组的感应电压当作该位 置的位置检测信号），如此周期性循环。总之，变频模块输出的是断续的、极性不断改变的 直流电。 加在绕组上的平均直流电压越高，电机转速越快。加在每相绕组的电压如图 10-6所示。 A1导通时U相的电压为正 A2导通时U相的电压为负F* 相 B1导通时V相的电压为正if W相

12、+ C1导通时W相的电压为正72 B2导通时V相的电压为负 C2导通时W相的电压为负 图10-6加在直流变频压缩机绕组上的电压（规定U、V、W点的电势高时，电压为正） t * 3 .直流变频空调器的实质 直流变频空调可分为两类，一类是只有压缩机采用无刷直流电机；二类是压缩机、室内 风机、室外风机都采用了无刷直流电机，这就是全直流变频空调器。 10-2 。 五、交流变频和直流变频空调器的相同和不同之处 交流变频空调器和直流变频空调器的异同处见表 表10-2交流变频空调器和直流变频空调器的异同处 名称 不同处 交流变 频空调 器 压缩机采用三相感应电动机； 变频模块的3个输出端子输出频率可变的模拟

13、三相交流电， 加在压缩机上。模拟三相交流电的频率越高，压缩机的转速越快 直流变 频空调器 压缩机采用无刷直流电动机； 变频模块的3个输出端子输出断续的、极性不断改变的直流 电。在任一时刻，只有两相绕组有电流通过（另一相绕组的感应电 压当作位置检测信号）。电压越高，压缩机的转速越快； 必须设置压缩机转子的位置检测电路； 直流变频空调器比交流变频空调器更节能、噪声更低、给人 的舒适性更好 相同处 制冷系统基本 相同（主要是压缩机不 同）； 在电气控制系 统方面，整流、滤波、 开关电源、CPU的工作 条件、CPU的输入、输 出部分、内外机的通讯 基本相同（只有对变频 模块的控制信号不同） 4 147

14、 第2节变频空调器的部件认识 与定频空调器相比，变频空调器部件较多，有些部件也不同。为了学会检修变频空调， 在学习了本章第一节的原理后， 还需要通过拆卸来认识各部件， 这样通过对后续章节的学习， 就能掌握变频空调器的检修方法。本文以某直流变频空调器为例进行介绍（重点介绍与定频 空调器不同的器件）。 10-7 所 、室外机分解及部件认识 项目1、拆下顶盖，认识室外机电气控制板与各被控器件之间的接线图，如图 示。 步骤拆下顶盖的全部固定螺钉，取下顶盖，找到接线图的位置 前面板及 排风网罩 说明：不同的空调器，接线图的所在位置有所不同，但容易发现 电气控 制板安 装在该 金属盒 （起屏 蔽作 用）内

15、 室外机各 部件与控 制板间的 接线图 步骤认识室外机接线图 # ft 电机 排 S/# 1 I P 1 r M M PO：J CEO I 1*1 pia 室外机控制版 1L L 1 ? 3 1 1 t IZ 15 JZE CN嗣 丄 一血 1 . ruj CM701 fi M II斛糾u lOf SXWAft SAIGAS 丰 11 2 ? CT.覽r CT4500 TTl P?3 - 吃 PP1 f fz I SS机fifil r 、 i. pw j -亠/ VJ ij 醪戈/ 毎:亠一/ *詔-喝 i -=( CM 0 - J 说明：a接线图标明了控制板与各被控器件之间的连接关系，在维修

16、中一目了然; b端子排的作用是，从室内机引出的 4根导线必须接在端子排上，1、2、3、4号接 线柱分别为火线、零线、地线（一端与机壳可靠相连，另一端可靠接地）、通讯线 图10- 7拆卸顶盖、认识室外机接线图 项目2、拆下前面板及排风网罩，如图 10-8所示。 拆下前面板的全部螺钉 步骤取下前面板（向上提） 图10-8前面板的拆卸 项目3、端子排及其安装板的拆卸，如图 步骤拆下接线柱上的全部导线，拆下接 线柱安装板的紧固螺钉及安装板上的地线 10-9所示。 步骤 取下接线柱及安装板 端子排 的安装 板（为一 镀锌板） 图10 - 9接线柱安装板的拆卸 项目4、拔下电气控制板上的各插头，取出控制板

17、如图10-10所示。 步骤取下固定控制板的金属盒，认识控制板与各被控器件连接的插接件 二都在该区域 步骤拔下所有的插接件，取下固定控制板的金属盒 1 步骤 分解电气盒，取下并认识电气控制板 丸5如 H I 1 2牛方左毎-乂 . J:- 7壓* E -1 *1 j*- 七/垢二A冻i” 4.检测 151 说明：室外机的控制部分全部设在一块电路板上，包括桥式整流、开 关电源、室外机CPU的输入和输出部分、变频模块、通讯电路等 图10-10室外机控制板的拆卸 项目5、认识电子膨胀阀 1.认识实物 电子膨胀阀在空调器上的安装位置及实物认识，如图 步骤 拆卸室外机的后机壳，露出电子膨胀阀 D 口 该管

18、道 接室外 热交换 器的出 电子 膨胀 阀 该管道 接二通 截止阀 10-11所示。 步骤观察电子膨胀阀与那些部件相连 1 步骤 观察电子膨胀阀的脉冲电机绕组 J. 、 绕组引出线插头 L拆掉卡子，就可取下绕组 图10-11认识电子膨胀阀实物 CPU根据温度传感器输入的 2.电子膨胀阀的工作原理 电了膨胀阀由步进电机、传动机构、阀针和阀体等构成。 信号，经运算后输出控制信号（即脉冲电压），加在电子膨胀阀的电机 （为脉冲步进电机）绕 组上，电机按脉冲个数成比例旋转，通过减速机构，带动膨胀阀的阀针上下移动，从面改变 阀的流通面积，达到精确调节制冷剂流量的目的。制冷剂的流动方向可逆.。它克服了采用

19、毛细管节流时自动调节制冷剂流量能力差的缺点，常用变频空调器和一台室外机带动多台室 内机的空调器上。 3电子膨胀阀的故障表现 电子膨胀阀线圈出现短路或断路，无法正常工作； 电子膨胀阀的阀体堵塞， 导 致控制精度出现偏差；膨胀阀阀针动作不灵活。 (1)对电子膨胀阀的步进电机绕组的检测 与定频空调器的摆风电机 (步进电机)绕组的检测方法相图同， 详情见第7章图7- 9; (2)对阀体的故障检测 对阀体故障的直接检测，比较困难。可根据空调器表现出的故障现象来间接判断： 若 电子膨胀阀出口附近的管道或膨胀阀结霜，说明膨胀阀堵塞，应更换； 若空调器表现出 制冷或制热效果差，检查后发现空气滤网和所有热交换器

20、无脏污、所有感温探头正常、制冷 剂量正常、压缩机效率正常、四通换向阀内部高压和低压部分之间无泄漏、电子膨胀阀绕组 正常，则可以认为电子膨胀阀的阀体有故障，应更换。 10-12所示。 说明：安装在室外热交换器的盘管上，作用是将热交换器表面的温度转化为电信号传给 项目6、认识各类传感器，如图 - 步骤认识室外热交换器的温度传感器 - K CPU 步骤认识压缩机排气温度传感器 压缩 机排 气管 1 * L I LT 说明：安装在压缩机的排气管上，作用是将压缩机的排气温度转化为电信号，传给 CPU 管 CPU :吨 步骤认识压缩机的吸气温度传感器 Bill 说明：安装压缩机的吸气管上，作用是将压缩机的

21、吸气温度转化为电信号，传给 图10-12认识各类温度传感器 项目7、认识扼流圈，如图10-13所示。 步骤 拆下两颗固定螺钉，取下扼流圈步骤 观察扼流圈的结构 工 说明：扼流圈（电感线圈） 引出线 H漆包线绕 制的绕组 铁芯 插头 ，其作用是滤波、消除干扰 图10- 13认识扼流圈 项目8、认识直流变频压缩机 如图10-14所示。 步骤观察压缩机的整体外观及安装位置 A i刑I也 I J 说明：安装的部位和定频空调器相同 厂, W 步骤拆下压缩机接线柱的保护盖 说明：用一字螺丝刀向上轻轻撬开卡子，用 手向上取下保护盖 153 步骤 热 八、 拆下热保护器 步骤认识热保护器 压缩 根 出 r r

22、 机绕 的 说明：用一字螺丝刀向里顶开弹簧片, 即可取下 2 . 必A 说明：压缩机表面的温度达到一定程度，热保护器 里面的双金属片动作，触点分开，两端呈断路状态 此信息传给CPU，CPU输出控制信号，停机保护 图10 -14 认识直流变频压缩机 项目9、拆卸（与定频空调器相同，本章略）、认识直流风扇电机 1 认识实物和接线图，如图10-15所示。 0 155 Vc 300伏直流 Vss +15伏直流 VsD Vf 图10-15认识室外机直流风扇电机的实物和接线图 0伏室外直、 流风扇电） 2工作原理 室外机直流风机工作原理与直流压缩机基本相同，不同处是将变频模块及变频控制电路（用 于形成直流

23、电机所需的电压 ）做在电机内部；Vc为高压直流电源，供风机绕组工作使用， 310V左右，由于用户电源电压有高有低，因而Vc实际在200V-375V 之间；Vss为接地 线；+15V电压为电动机内电路板的工作电源电压；室外机 号为+5V的脉冲数字信号，经过数字/模拟转换电路，转换成最大电压为 号，即Vsp，控制电机内电路板工作，以产生直流电机绕组所需的电压波形； 馈信号，为12脉冲/转，脉冲幅值+15V，因主控板芯片工作电压为 +5V 板上将其转换成+5V的信号后，才能供给 CPU以检测外风机转速。 CPU发出的外风机风速控制信 + 15V的模拟信 Vf即风速反 ，因此需在电路 3.检测 开机后

24、，测各引线（转速反馈引线除外）的电压，若电压正常（正常值见图 而风机不转，则说明直流风机的电机损坏。 10-15), 二、室内机的拆卸及相关部件认识 项目1、拆下机壳，找到室内电气控制板与各被控器件之间的接线图, 如图10-16所示。 接线图 人f 图10-16拆下机壳，找到室内机电气控制板与各被控器件之间的接线图 项目二、认识室内机电气控制板与各被控器件之间的接线图，如图10-17所示。 157 - iS M 端子排1 1 一 i prOV H 2 幕勺潢t汙 1 . 兰s 1 Y Y q ft荻$ ，1 illl t _ J.- 亠 一”干丄 2 j 仃 112 賈易朗ukI .一二 - 3 i i 1巧 J：3| - 2lljJ U L J PiC丽 1 J 30 st -I- -Jr- _r 二 IB ask色、三 m X i (CH輔垃塩與硼 M 丨红 J I i; J i 说明：和室外机接线图一样，该图可以指导我们快速找到、认识各部件实物，并找到相关测试点 图10-17室内电气控制板与各被控器件之间的接线图 10-18所示。 步骤控制板拔下与电子集尘器的高压形成 部分相连的插头（即图 10 19中的编号A） 项目三、拆卸、认识电子集尘器，如图 步骤 拆下机壳、空气滤网，露出电子集尘器 # - -