舒適型空調(diào)在低環(huán)境溫度下工作的控制電路解決方案探討

賈俊林　陳京樂(lè)

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝要求及生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)空調(diào)的特性要求也越來(lái)越細(xì)化，各種舒適型空調(diào)及機(jī)房專用空調(diào)也應(yīng)運(yùn)而生。文章介紹了低環(huán)境溫度條件下舒適型空調(diào)作為機(jī)房空調(diào)使用時(shí)不正常運(yùn)轉(zhuǎn)的原因及解決方法。

關(guān)鍵詞：舒適型空調(diào)；冷卻風(fēng)量控制；低環(huán)境溫度；控制電路解決方案；不正常運(yùn)轉(zhuǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝要求及生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)空調(diào)的特性要求也越來(lái)越細(xì)化，各種舒適型空調(diào)及機(jī)房專用空調(diào)也應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)房專用空調(diào)目前主要是艾默生、力博特和海洛斯等歐美專業(yè)品牌，但由于初期投資高昂，設(shè)備成本高，所以對(duì)一些小公司或大公司的小型機(jī)房則采用格力等國(guó)內(nèi)品牌的單元機(jī)型作為機(jī)房空調(diào)。但舒適型空調(diào)在設(shè)計(jì)理念上與機(jī)房空調(diào)是不同的，它只是在夏季發(fā)揮降溫功能，即更適合在空調(diào)工況下工作，當(dāng)室外溫度低于15℃以下時(shí)基本不能正常工作，強(qiáng)制運(yùn)行時(shí)空調(diào)機(jī)組就故障頻頻，并且出現(xiàn)壓縮機(jī)出現(xiàn)液擊現(xiàn)象而造成損壞。本文就是介紹對(duì)此類空調(diào)設(shè)備（機(jī)房空調(diào)用舒適空調(diào)代替）進(jìn)行改造的具體方法，使其在非空調(diào)工況下也能制冷，并且不至于造成設(shè)備的損壞。

1 提出問(wèn)題

某直升機(jī)場(chǎng)指揮塔臺(tái)機(jī)房和某國(guó)際機(jī)場(chǎng)航管站空調(diào)出現(xiàn)的問(wèn)題：直升機(jī)場(chǎng)指揮塔臺(tái)機(jī)房和某國(guó)際機(jī)場(chǎng)航管站共使用了五臺(tái)某空調(diào)廠家KF-120LW/D的柜式空調(diào)，在2005年12月至2006年2月期間連續(xù)更換了五個(gè)壓縮機(jī)，達(dá)到100%。由于故障集中，且時(shí)間間隔短，我們協(xié)同大金壓縮機(jī)廠家對(duì)更換下的壓縮機(jī)逐一解剖分析，原因是液擊造成液態(tài)冷媒進(jìn)入壓縮機(jī)腔進(jìn)行壓縮時(shí)，由于液體的不可壓縮使渦卷受到極大的橫向剪切力，導(dǎo)致動(dòng)靜盤渦卷破碎，壓縮機(jī)卡死，另外，破碎的碎片落到電機(jī)上又引起電機(jī)繞組短路燒毀。

2 分析問(wèn)題

造成液擊的原因有：（1）室內(nèi)機(jī)風(fēng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)或空氣循環(huán)短路；（2）系統(tǒng)內(nèi)冷媒填充過(guò)量。經(jīng)查室內(nèi)機(jī)正常，不存在室內(nèi)空氣循環(huán)短路，原因可能是冷媒過(guò)量引起。雖然環(huán)境溫度已較低，在20℃以下（晚上可能更低），但由于這幾臺(tái)空調(diào)都安裝在機(jī)房?jī)?nèi)，各種機(jī)器工作過(guò)程中散發(fā)大量熱導(dǎo)致室內(nèi)溫度較高，仍需降溫以維持機(jī)房所需的溫度范圍（22±1）℃室外機(jī)風(fēng)扇仍正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以造成冷凝壓力及蒸發(fā)壓力極低?；貧鈮毫υ谧畹蜏囟葧r(shí)只有0.2MP，造成回氣管結(jié)霜，這樣就容易給人造成缺少制冷劑的假象，維修人員看到壓力低且結(jié)霜便加冷媒，結(jié)果越加情況越糟，造成更多的液體回到壓縮機(jī)引起液擊損壞壓縮機(jī)。

舒適型空調(diào)的設(shè)計(jì)為小風(fēng)量、大焓差，出風(fēng)溫度設(shè)計(jì)為6℃～8℃。機(jī)房專用空調(diào)的設(shè)計(jì)為大風(fēng)量、小焓差，出風(fēng)溫度設(shè)計(jì)為13℃～15℃。舒適型空調(diào)出風(fēng)溫度為6℃～8℃，而在溫度為24℃，相對(duì)溫度大于等于50%時(shí)，露點(diǎn)溫度為13.2℃，當(dāng)?shù)陀诖藴囟葧r(shí)空氣中的水蒸氣會(huì)凝結(jié)成水滴，表現(xiàn)在空調(diào)上就是出風(fēng)帶霧滴，這對(duì)靠近空調(diào)出風(fēng)處的設(shè)備極其不利，會(huì)導(dǎo)致微電路短路等故障。舒適型空調(diào)在不考慮濕度對(duì)設(shè)備影響的前提下，對(duì)近端設(shè)備可以有效降溫，但由于風(fēng)量不足，導(dǎo)致?lián)Q氣次數(shù)不夠，即對(duì)距離出風(fēng)口較遠(yuǎn)的設(shè)備無(wú)法有效降溫。機(jī)房專用空調(diào)出風(fēng)溫度較高（13℃～15℃）。設(shè)計(jì)上避免了“露點(diǎn)問(wèn)題”，并通過(guò)大風(fēng)量、高風(fēng)壓（換氣次數(shù)最小設(shè)計(jì)為30次，即每2分鐘將機(jī)房空氣有效過(guò)濾一次）的設(shè)計(jì)的解決了機(jī)房整體降溫問(wèn)題。

舒適型空調(diào)在設(shè)計(jì)理念上只是在夏季發(fā)揮降溫功能，當(dāng)室外溫度在15℃以下基本無(wú)法工作，而機(jī)房特點(diǎn)是發(fā)熱量大，機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)即使在北方冬季也要具備降溫功能。機(jī)房專用空調(diào)的設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)室外溫度變化的要求，在-45℃～45℃都能保證空調(diào)24小時(shí)正常工作。所以舒適型空調(diào)在機(jī)房正常使用必須首先要解決低環(huán)境溫度所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

3 解決問(wèn)題

一部分有經(jīng)驗(yàn)的維修人員采取的措施是放掉部分制冷劑，但由于掌握不好度，放得過(guò)多，結(jié)果又造成壓縮機(jī)回氣過(guò)熱，引起壓縮機(jī)熱保護(hù)，仍解決不了問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)討論認(rèn)為，維持冷凝壓力在一定范圍是這類空調(diào)設(shè)備正常工作的一個(gè)重要條件。我們決定通過(guò)調(diào)整室外機(jī)換熱量來(lái)調(diào)整冷凝壓力，達(dá)到機(jī)器正常工作的條件。調(diào)整冷凝器換熱量一般通過(guò)調(diào)整冷卻風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，即調(diào)整冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)廣泛查找資料，結(jié)合實(shí)用、方便和造價(jià)低等各種因素分析，我們選用摩托羅拉公司研制的TDA1085C芯片，在該芯片基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展制成一款通過(guò)檢測(cè)冷凝器表面溫度來(lái)控制室外風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制器，在對(duì)管路系統(tǒng)不進(jìn)行任何改動(dòng)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)室外機(jī)換熱量的控制，保證空調(diào)機(jī)組在深圳溫度最低的時(shí)候，也可以正常運(yùn)行，并且最大限度地避免了由于環(huán)境溫度低而造成的回氣溫度低所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

4 風(fēng)速控制器控制線性關(guān)系及原理

第一，當(dāng)風(fēng)速控制器檢測(cè)到管溫在42℃以上時(shí)，電壓達(dá)到最高（210V），風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，隨著室外溫度的不斷降低，冷凝器的冷凝溫度也在不斷的降低，相應(yīng)壓縮機(jī)的排氣壓力逐漸降低，至此風(fēng)機(jī)的電壓隨著管溫溫度的改變而降低。按圖2線性關(guān)系變化（溫度降低轉(zhuǎn)速降低），當(dāng)溫度降至39℃，此時(shí)風(fēng)機(jī)按最低電壓（60V）運(yùn)行，若此時(shí)溫度仍持續(xù)降低到27℃，室外風(fēng)機(jī)則停止工作。

第二，當(dāng)風(fēng)機(jī)停止后，室外壓縮機(jī)的排氣壓力又逐漸升高，相應(yīng)冷凝器的溫度也提高，若此時(shí)管溫傳感器檢測(cè)到溫度升到35℃，室外風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，若此時(shí)風(fēng)速不能制約冷凝器溫度（壓力）的回升，當(dāng)溫度上升到39℃時(shí)將按照下圖的線形關(guān)系變化（溫度升高轉(zhuǎn)速提高）直到42℃時(shí)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。

5 TDA1085C概述

TDA1085C芯片通過(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)改變電機(jī)電壓，從而調(diào)整電機(jī)速度。反饋測(cè)速裝置檢測(cè)出的電機(jī)速度數(shù)字信號(hào)可用作閉環(huán)控制系統(tǒng)信號(hào)。由TDA1085C構(gòu)成的調(diào)整系統(tǒng)具有速度穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外接元件參數(shù)調(diào)整簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)為：交流電源直接供電；內(nèi)含頻率電壓變換器，可將電機(jī)速度的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)；片內(nèi)速度上升率發(fā)生器在電機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可設(shè)定兩種速度上升率，具有軟啟動(dòng)功能，在電源斷電、波動(dòng)、電機(jī)過(guò)流時(shí)，監(jiān)測(cè)電路可提供各種保護(hù)。

6 TDA1085C性能及原理

6.1 TDA1085C的組成

TDA1085C由電壓調(diào)節(jié)器、速度檢測(cè)器、上升率發(fā)生器、控制放大器、電流限制器、監(jiān)測(cè)電路和觸發(fā)脈沖發(fā)生器等組成，共有16個(gè)引腳。具體構(gòu)造及管腳功能如圖3，各管腳說(shuō)明如表1所示。其中5腳的速度給定電壓經(jīng)上升率發(fā)生器與速度檢測(cè)器輸出信號(hào)比較，再經(jīng)控制放大器最終控制觸發(fā)脈沖發(fā)生器，使其發(fā)出相位可調(diào)觸發(fā)脈沖信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)速度反饋閉環(huán)控制，利用這一功能進(jìn)行風(fēng)機(jī)速度的設(shè)定。輸入高電平時(shí)，輸出風(fēng)機(jī)電壓為高，輸入電平降低，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，輸入最高電平時(shí)輸出電壓為210V。

6.2 TDA1085C工作原理

6.2.1 電壓調(diào)節(jié)器。TDA1085C內(nèi)含的電壓調(diào)節(jié)器是并聯(lián)型的，它能吸收大電流，提供良好的穩(wěn)壓特性，在該電路中交流220V電壓經(jīng)過(guò)半波整流以及限流濾波后在9腳產(chǎn)生Vcc，同時(shí)Vcc又是被檢測(cè)的電源電壓，當(dāng)Vcc達(dá)到預(yù)定值后，多余電流被吸收進(jìn)入10腳，10腳電壓為3V，吸收極限電流為35mA，當(dāng)Vcc低于14.6V時(shí)TDA1085C復(fù)位并禁止輸出。

6.2.2 速度給定。TDA1085C的5腳為速度給定端。為確保零轉(zhuǎn)速的可靠性，讓5腳在給定0～80mV內(nèi)，均認(rèn)為是零轉(zhuǎn)速。

6.2.3 速度檢測(cè)。TDA1085C的4腳為電機(jī)實(shí)際速度輸入腳，該腳電壓實(shí)際上代表了實(shí)際的速度反饋所對(duì)應(yīng)的電壓值。調(diào)整4腳外接電阻就調(diào)整了整個(gè)反饋的增益，也就改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速與其給定電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，12腳有檢測(cè)功能，當(dāng)12腳電壓超過(guò)15V時(shí)禁止輸出觸發(fā)脈沖，芯片復(fù)位實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)保護(hù)功能。

6.2.4 速度上升率設(shè)定。速度上升率由TDA1085C的6腳進(jìn)行控制，5腳設(shè)定速度后，速度上升率發(fā)生器對(duì)7腳外接電容充電，直到Vpin4（反映實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速）等于Vpin5，即實(shí)際速度與設(shè)定相等，當(dāng)Vpin4﹤Vpin5時(shí)為高速度上升率，當(dāng)Vpin6≤Vpin4≤2Vpin6時(shí)為低速度上升率，當(dāng)Vpin6=0時(shí)，即6腳接低電平時(shí)，在速度上升過(guò)程中只有高速度上升率。

6.2.5 控制放大器。控制放大器將實(shí)際速度信號(hào)Vpin4與設(shè)定速度信號(hào)Vpin5差值放大，Vpin5通過(guò)速度上升率發(fā)生器加到控制放大器輸入端，16腳為放大器輸出端，直接控制觸發(fā)脈沖發(fā)生器。為確保在任何工作條件下的穩(wěn)定性和最快的瞬間響應(yīng)，16腳需要外接阻容網(wǎng)絡(luò)，具體參數(shù)值可通過(guò)調(diào)試進(jìn)行確定。

6.2.6 觸發(fā)脈沖發(fā)生器。在交流電的每半周期，觸發(fā)脈沖發(fā)生器將控制放大器輸出的直流電平轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例的觸發(fā)信號(hào)，13腳為觸發(fā)脈沖輸出，最大輸出能力為200mA。若由于干擾使雙向可控硅未能觸發(fā)，可再次提供觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖寬度和重復(fù)周期與鋸齒波斜率反比。

6.2.7 負(fù)載電流限制電路。為保證電機(jī)和雙向可控硅的安全，必須限制雙向可控硅通過(guò)的電流，電機(jī)電流在分壓電阻上產(chǎn)生交變電壓，負(fù)半波傳送到3腳，3腳電壓為正極性，當(dāng)電機(jī)電流增加時(shí)，3腳的負(fù)半波也增大，只要3腳相對(duì)8腳電壓稍一變負(fù)，就有電流流入3腳，該電流被放大后，使7腳電容放電，導(dǎo)致觸發(fā)脈沖導(dǎo)通角減少，使負(fù)載電流下降，直至最終平衡。

7 風(fēng)速控制器的調(diào)試

第一，表2為低溫制冷用傳感器對(duì)應(yīng)溫度阻值表，其中R25℃=5KΩ+1%、B（25/50）=3450K+1%。

第二，參數(shù)設(shè)定：（1）調(diào)整RW2，使CN1（Vref）與CN2（弱電地電平）間電壓為8V；（2）將電阻箱設(shè)定到對(duì)應(yīng)39℃時(shí)的阻值即2.98K，調(diào)整RW1使CN2與S1端的電壓為1.58V。RW1用于補(bǔ)償溫度傳感器參數(shù)；（3）將電阻箱設(shè)定到對(duì)應(yīng)27℃時(shí)阻值，即4.63K調(diào)整RW3使輸出電壓為60V；（4）調(diào)整RW1，使其管腳兩端阻值變大，使相同的芯片信號(hào)輸入下傳感器的阻值更低，能夠提高控制的溫度范圍；（5）調(diào)整RW2，使Vref電壓升高，可以提高風(fēng)機(jī)恢復(fù)啟動(dòng)溫度點(diǎn)；（6）調(diào)整RW3，使分壓升高，可以提高控制風(fēng)機(jī)的最低電壓（風(fēng)速范圍，最低電壓受風(fēng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制，不能過(guò)低）。

8 效果分析

經(jīng)過(guò)加裝風(fēng)速控制器后運(yùn)行證明，效果明顯，機(jī)組運(yùn)行安全可靠，五臺(tái)機(jī)組至今未曾有壓縮機(jī)損壞，從某空調(diào)廠家內(nèi)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示2005年全國(guó)范圍KF-120LW/D型號(hào)更換壓縮機(jī)造成的損失是1000多萬(wàn)元，其中1/3以上是由于液擊造成的損壞，按照我們的設(shè)計(jì)不足一百元便有效解決了2000多元的壓縮機(jī)液擊造成的損壞，如果此項(xiàng)技術(shù)得以推廣，每年應(yīng)該能為某空調(diào)廠家節(jié)省300多萬(wàn)。應(yīng)該說(shuō)，這是一項(xiàng)有廣泛應(yīng)用前景的實(shí)用型的

技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭安平，陳新.通用電機(jī)速度控制器TDA1085C原理及應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件，1999，（7）.

作者簡(jiǎn)介：賈俊林（1971-），男，安徽蒙城人，供職于深圳市機(jī)場(chǎng)（集團(tuán)）有限公司動(dòng)力分公司，研究方向：空調(diào)及制冷系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)建設(shè)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）