【文章內(nèi)容簡介】 是：內(nèi)部集成了功率芯片、驅(qū)動電路及檢測保護電路，使主電路的結(jié)構(gòu)最為簡單；功率部分采用開關(guān)速度高、驅(qū)動電流小的IGBT，功率損耗極低、需用散熱片減?。涸趦?nèi)部配線上將電源電路和驅(qū)動電路的配線長度控制到最短，從而很好地解決了浪涌電壓及噪聲影響誤動作等問題；具有過熱保護、過流保護、短路保護及控制電源欠電壓鎖定保護，當故障發(fā)生時，及時關(guān)斷功率器件并發(fā)出模塊錯誤信號使功率芯片能夠安全工作。 溫度控制方案選擇在空調(diào)的溫度控制過程中，由于空調(diào)器功率傳輸?shù)臏蠛蜏囟茸兓驼{(diào)節(jié)中的大慣性特性，使空調(diào)器的溫度控制非常困難。由于空調(diào)器使用的房間的大小、結(jié)構(gòu)各不相同，另外由于季節(jié)、天氣、室內(nèi)人員多少及電器的用量等的變化，房間對象的不確定性又是非常嚴重的。而普通的PID控制方法不適合具有大慣性、滯后特性的對象的控制，并且PID控制器一般針對固定的控制對象才能確定控制參數(shù)，取得好的控制效果，而空調(diào)應(yīng)用的房間一經(jīng)變化，PID參數(shù)就不能適應(yīng)新的控制對象。所以PID不能適應(yīng)房間溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時變、滯后、大慣性等復(fù)雜特性，并且在空調(diào)控制中，房間對象的數(shù)學模型很難確定，很難對PID參數(shù)進行整定。對于房間溫度控制這種對象尺寸變化大、溫度特性差別大的情況，特別適合使用模糊控制。模糊控制能更為近似地反映人的控制行為，有很強的魯棒性和控制穩(wěn)定性，能夠運用于各種不用對象的控制。采用模糊控制比傳統(tǒng)控制溫控精度高，過渡過程優(yōu)良，舒適性大為提高。 本章小結(jié) 經(jīng)過論證，硬件電路以MB89P857單片機為核心，此單片機功能強，并可大大簡化電路設(shè)計。壓縮機逆變器的主電路采用電壓源逆變器的結(jié)構(gòu)，控制方式是具有低頻電壓補償?shù)暮銐侯l比控制，它實現(xiàn)簡單，工作 可靠，并能夠滿足要求；逆變器控制方式采用SPWM方式，輸出波形好，諧波小。溫度控制選擇模糊控制技術(shù)。第 3 章 變頻空調(diào)器電控系統(tǒng)設(shè)計 電控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 變頻式空調(diào)器電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示，整個控制系統(tǒng)大致由室內(nèi)機組控制板和室外機組控制板組成。在空調(diào)器中，電控系統(tǒng)的作用是根據(jù)電機，使室溫合乎理想要求。在分體式空調(diào)中，運部件包括室內(nèi)風機和室外風扇，它們的作用是把空調(diào)器產(chǎn)生的冷空氣或熱空氣帶到室內(nèi)的不同區(qū)域，實現(xiàn)均勻調(diào)節(jié)房間溫度的目的。溫度設(shè)定等空調(diào)運轉(zhuǎn)指令由紅外線遙控器和室內(nèi)機控制板上的紅外線接收器傳遞到室內(nèi)機控制板上的單片機，此單片機根據(jù)指令和溫度傳感器的狀態(tài)對風扇電機和風門電機進行控制，并與室外機控制板上的單片機進行通訊。溫度傳感器步進電機驅(qū)動電路風扇步進電機室內(nèi)控制 步進電機開關(guān)壓縮機變頻器風扇四通閥門室外控制溫度傳感器壓縮機圖31變頻式空調(diào)電氣控制系統(tǒng)框圖 室外風扇電機為變繞組電機，它的轉(zhuǎn)速用繼電器控制，有高、中、低速三檔，單片機輸出端口通過反向驅(qū)動器ULN2003驅(qū)動兒、JJ3三個繼電器，分別對應(yīng)三個風速檔位。單片機經(jīng)分析判斷，確定風扇轉(zhuǎn)速，然后通過開通對應(yīng)的繼電器使風扇按設(shè)定的風速運轉(zhuǎn)。 室內(nèi)風扇電機采用調(diào)壓調(diào)速，由單片機內(nèi)的PWM發(fā)生器控制，由軟件算出相應(yīng)的相位控制角，由PWM端口輸出，經(jīng)MOC3021光耦驅(qū)動雙向可控硅，實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。 四通閥是控制制冷、制熱切換的，使四通閥得電，空調(diào)器制熱；使四通閥掉電，制冷劑向相反方向流動，空調(diào)器制冷。 模擬量檢測使用的是單片機A/D轉(zhuǎn)換端口，其中P50～P57口是A/D轉(zhuǎn)換采樣通道，由熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻上的電壓信號輸入單片機，然后由CPU進行采樣和轉(zhuǎn)換。 室內(nèi)機組設(shè)計 紅外遙控器信號的接受紅外遙控器由紅外遙控發(fā)射器和紅外遙控接收器兩部分組成。(1)遙控發(fā)射器遙控發(fā)射器的電路結(jié)構(gòu)框圖見圖32。它是以紅外遙控發(fā)射專用集成電路IC1為核心組成的。發(fā)射器鍵盤矩陣電路由矩陣開關(guān)組成，它與IC1內(nèi)的掃描脈沖發(fā)生器和鍵盤信號編碼器構(gòu)成鍵命令輸入電路。當操作者按下某個功能鍵時，相應(yīng)的掃描脈沖通過按鍵開輸入到IC1。振蕩器鍵盤矩陣開關(guān)電路顯示器IC1 紅外線發(fā)射器圖32紅外遙控發(fā)射器結(jié)構(gòu)框圖指令編碼器轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字編碼指令。在IC1內(nèi)，指令編碼器輸出的編碼指令送到編碼調(diào)制器。在編碼調(diào)制器中，38kHz載頻信號被編碼指令脈沖調(diào)制，形成調(diào)制信號，調(diào)制信號經(jīng)緩沖級至激勵管，由VTI和VT2組成的紅外信號激勵級放大到足夠的功率，去驅(qū)動紅外發(fā)光管，發(fā)出被38kHz調(diào)制信號調(diào)制的紅外線，通過發(fā)射器前端的輻射窗向前方空間發(fā)射。 (2)遙控接收器 ，遙控接收器見圖所示，它是由一塊裝有光敏二極管的接收專用集成電路IC2組成，當遙控發(fā)射器發(fā)出的紅外光被接收器的光敏管接收到時，光敏管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。該電信號通過IC2中的自動增益控制電路和限幅器穩(wěn)定幅度，隨后用38kHz低通濾波器濾出38kHz調(diào)制信號，再經(jīng)檢波器解調(diào)出編碼指令脈沖，然后由整形放大器放大整形，IC2將編碼指令脈沖進行解碼，最后輸出相應(yīng)信號，使空調(diào)中有關(guān)電路按遙控發(fā)射器的指令進行工作，執(zhí)行相應(yīng)功能的操作。 輸入控制限幅濾波檢波整形解碼輸出圖33 紅外線接收器結(jié)構(gòu)圖 風門步進電機的控制 風門步進電機的功能是使風門葉片上下擺動，起到控制風向的作用，從而使室內(nèi)風扇吹出的風能均勻分布到室內(nèi)的各個部分，風門葉片的控制有自動控制和手動控制兩種，手動控制時可使風門葉片處于固定的位置，使風向朝一個方向步進電機的驅(qū)動采用單相驅(qū)動方式，驅(qū)動步進電機的輸出端口電位為1時，通過反向驅(qū)動放大器ULN2003A則變?yōu)榈碗娖?，這時相應(yīng)繞組則得電，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，按照一定的規(guī)律使步連電機各繞組分別得電，步進電機就能連續(xù)轉(zhuǎn)動。正轉(zhuǎn)時步進電機各相通電順序如表31所示。自動控制時，風門葉片將在其擺動范圍內(nèi)上下擺動。表31相步進電機各相繞組導(dǎo)通順序表各項繞組A相B相C相D相11000201003001040001 室內(nèi)風扇電機的調(diào)速控制 室內(nèi)風扇電機的轉(zhuǎn)速分為手動控制和自動控制兩種情況，手動控制時通過遙控器選擇風速，設(shè)置為高速、中速、低速三檔。自動控制時，風扇轉(zhuǎn)速由單片機控制?？照{(diào)器開始運行以后，單片機根據(jù)設(shè)定溫度和室內(nèi)實際溫度的溫差自動控制風扇速度，使運行狀態(tài)處于最佳水平。溫差與風扇速度關(guān)系如表32所示。 室內(nèi)風扇電機的轉(zhuǎn)速還要由其它因素決定。啟動時雖然室溫與設(shè)定溫度較大，室內(nèi)風扇的轉(zhuǎn)速也不能很快，因為制冷劑剛開始運行，轉(zhuǎn)速過快會使升溫或降溫過程減慢。當制熱時，蒸發(fā)器溫度低于28℃則該風機停止運轉(zhuǎn)，在溫度為45℃時風機達到最高轉(zhuǎn)速；當制冷時，蒸發(fā)器溫度高于20℃風機停止運轉(zhuǎn)。正常情況下，根據(jù)隨時調(diào)整。表32 室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度之差與風扇速度的關(guān)系工作狀況室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度差e風扇轉(zhuǎn)速制冷工況≥21≤e21 高速中速低速制熱工況≥22高速中速軟件定時器遙控器指令處理溫度A/D轉(zhuǎn)換程序溫度模糊控制運算室內(nèi)機與室外機通訊處理室內(nèi)風扇的PWM調(diào)速風柵步進電機控制返回 室內(nèi)風扇電機為單相交流電機，采用移相調(diào)壓調(diào)速方法。蒸發(fā)器的溫度及室內(nèi)溫度由熱敏電阻檢測，并送到MB89P857的A/D轉(zhuǎn)換通道，由軟件處理。根據(jù)其結(jié)果控制片內(nèi)的PWM口，然后經(jīng)光耦合驅(qū)動器MOC3021驅(qū)動雙向可控硅?？刂齐p向可控硅的導(dǎo)通角來改變輸出脈沖的寬度，從而使主電路的電壓隨之變化。驅(qū)動電路原理圖見圖34。返回圖34 驅(qū)動電路原理圖 單片機左側(cè)為相位同步電路，首先從同步變壓器得到同步電壓，同步電壓經(jīng)全橋整流電路進行整流，整流后的電壓加在三極管的基極，這樣在交流正弦電壓的過零點就可產(chǎn)生同步信號，該信號送入單片機作為相位角為零的點。過零脈沖的周期為10ms，根據(jù)風扇所需轉(zhuǎn)速，求出相應(yīng)電壓值及對應(yīng)的相位控制角，電壓及導(dǎo)通角關(guān)系為 （31）式中U—輸出電壓(V)：U（0）輸入電壓(V)；α一導(dǎo)通角(rad)。 根據(jù)電控系統(tǒng)設(shè)計功能要求，室內(nèi)機程序主要包括紅外遙控器接收程序、溫度的模糊控制程序、溫度A/D轉(zhuǎn)換程序、EEPROM(電擦除只讀程序存儲器)的讀寫程序和風扇電機的調(diào)速及風門步進電機控制等功能。遙控器接收程序、室內(nèi)機及室外機通訊程序用中斷來完成。溫度的模糊控制程序、溫度A/D轉(zhuǎn)換程序、EEPROM的讀寫程序和風扇電機的調(diào)速及風門步進電機控制則放在軟件定時器中斷程序中。 室外機組設(shè)計 室外風扇電機控制電路 室外風扇電機采用變繞組調(diào)速方式，電機的轉(zhuǎn)速是通過繼電器控制。其轉(zhuǎn)速分為三檔，分別對應(yīng)著高速、中速、低速。速度檔位的控制由室外機的冷凝器溫度與室外環(huán)境溫度之差決定。 當室外機配管溫度與室外環(huán)境溫度一致時，室外機風扇停止運轉(zhuǎn)，以減輕冷媒循環(huán)的壓力。 轉(zhuǎn)速控制原理圖如圖35所示。熱敏電阻RtRt2將室外機配管溫度和室外環(huán)境溫度采樣，送到單片機的A/D轉(zhuǎn)換通道一P5．P5．2引腳處理，由溫差I(lǐng)AI控制轉(zhuǎn)速。單片機的P2．P2．P2．3根據(jù)轉(zhuǎn)速指令進行置位或復(fù)位，經(jīng)過反向驅(qū)動器ULN2003A分別驅(qū)動繼電器JJJ3。繼電器JJJ3分別對應(yīng)高速、中速、低速。l△l為大于7℃時，繼電器J3得電，Jn失電，風扇電機的高速線圈接通，風扇高速運轉(zhuǎn)；l△l為3C～7℃時，繼電器J2得電，兒、J3失電，風扇電機的中速線圈接通，風扇中速運轉(zhuǎn)；l△I為小于3℃時，繼電器J1得電，JJ3失電，風扇電機的低速線圈接通，風扇低速運轉(zhuǎn)：當l△I=O時，繼電器全部失電，沒有線圈通電，風扇停止。（a）繼電器控制原理圖(b)風扇電機主電路原理圖圖35室外風扇電機轉(zhuǎn)速控制原理圖 電流檢測電路 為了防止電流過大造成電源的負擔過重和對空調(diào)器的損壞，需對電流值進行檢測，檢測電路如圖36所示，電流互感器的原邊串入室外機交流主電路，感應(yīng)后的交流電流經(jīng)全橋整流電路整流并濾波后，送到單片機的A/D轉(zhuǎn)換端口進行轉(zhuǎn)換，如果電流過流則通過主電路電源控制繼電器K1切斷交流電源，對空調(diào)器進行保護。在電路中為了防止電流互感器輸出電壓過高而損壞電路，加入一個電壓鉗位二極管D1，使互感器整流后加到單片機的電壓限制在5V以下。圖36電流檢測及保護電路 輔助電源設(shè)計 室外機組包括驅(qū)動電路和控制電路需要多個相互隔離的工作電源，三相逆變電路的六個功率開關(guān)需要4個相互隔離的直流電源；控制系統(tǒng)采用的MB89P857芯片的+5V工作電源；各繼電器的驅(qū)動需要+12V直流電源。這樣就需要輸出多路穩(wěn)定的直流電源。圖37室外機輔助電源結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)的輔助電源采用單端正激式脈寬調(diào)制DC/DC穩(wěn)壓電源，如圖37所示?？刂破鬟x用UC3842，它是一種單端隔離式電流型脈寬調(diào)制集成電路，利用內(nèi)置的誤差放大器和比較器組成雙閉環(huán)控制：從檢測繞組來的反映輸出電壓的反饋信號從2腳輸入，與誤差放大器中的基準電壓比較產(chǎn)生誤差電壓，作為電流比較器輸入；另一個是一次繞組電流(通過最檢測)反饋信號從3腳進入，在電流比較器與誤差進行比較，控制尼觸發(fā)器，產(chǎn)生PWM信號，從6腳輸出，經(jīng)功率開關(guān)驅(qū)動高頻變壓器的一次繞組，雙閉環(huán)控制，使輸出電壓在負載等因素變動情況下仍可穩(wěn)定輸出。振蕩頻率為45kHz，采用高頻鐵氧體磁心制作高頻變壓器，使體積大為縮小。 變頻電路的設(shè)計與控制 變頻電路驅(qū)動的對象是空調(diào)器壓縮機，壓縮機轉(zhuǎn)速是通過軟件編制的溫度模糊控制器來確定的，由室溫、設(shè)定溫度和采樣時間計算出溫差和溫差變化率，作為溫度模糊控制器的輸入變量，經(jīng)過模糊化、模糊邏輯推理、反模的過程，得到精確的控制量一變頻器輸出頻率，按此頻率控制波形發(fā)生器，通過驅(qū)動變頻器控制壓縮機電機的轉(zhuǎn)速。P41～P46是6路SPWM波形輸出口 室外機軟件的編制 室外機程序由SPWM波形輸出程序、溫度A/D轉(zhuǎn)換程序、除霜控制程序、壓縮機過熱保護程序、功率模塊IPM故障中斷處理程序、電路過流過壓保護程序以及三分鐘延時程序等部分組成，溫度A/D轉(zhuǎn)換程序每1s啟動，采用查尋方式對室外環(huán)境溫度、壓縮機溫度、