变频空调电气控制设计说明

变频空调电气控制设计目录绪论 (4)1.1 实训背景来源及其探究意义 (4)1.2 空调器控制技术发展概况 (5)1.2.1 在空调器控制技术发展概况 (5)1.2.2 变频空调器的产生与发展 (7)1.2.3 模糊控制技术的发展及研究动态 (8)1.3 用主要设计容 (9)第 2 章方案论证 (10)2.1 空调器电控系统总设计方案 (10)2.2 空调器压缩机控制方案 (10)2.2.1 变频调速的基本方式 (12)2.2.2 宽脉调控控制策略 (13)2.2.3 实现手段 (14)2.3 温度控制方案选择 (15)2.4 本章小结 (16)第 3 章变频空调器电控系统设计 (17)3.1 电控系统总体结构 (17)3.2 室机组设计 (18)3.2.1 红外遥控器信号的接受 (18)3.2.2 风门步进电机的控制 (19)3.2.3 室风扇电机的调速控制 (19)3.3 室外机组设计 (21)3.3.1 室外风扇电机控制电路 (21)3.3.2 电流检测电路 (22)3.3.3 辅助电源设计 (23)3.3.4 变频电路的设计与控制 (24)3.3.5 室外机软件的编制 (25)3.4 温度检测电路 (25)3.5 变频电路设计 (27)3.6 本章小结 (28)第 4 章模糊控制器的设计 (29)4.1 模糊控制的基本原理 (29)4.2 变量模糊化 (30)4.3 模糊控制规则的确定 (32)4.3.1 模糊温度控制器的反模糊化 (32)4.3.2 模糊控制器的软件框图 (33)4.4 基于模糊推理的自调器PID控制器 (34)4.5 PID控制器参数自整定原则 (34)4.6 模糊控制器的仿真 (36)4.7 本章小结 (36)结论 (37)致 (38)参考资料 (39)绪论1.1 实训背景来源及其探究意义空调是空气调节器的简称，它的作用是通过空调器对室空气进行处理，使它的温度、湿度、气流速度和洁净度达到所需的要求，为人们提供舒适生活条件和为生产工艺提供一定的环境条件服务。

空调器一般有冷风型空调器、电热冷风型空调器、热泵型空调器几种。

冷风型空调器只能用于降温调节；电热冷风型空调器一般是在原冷风型空调器上进行局部改进，增加电热部分而成；热泵型冷热两用空调是目前普遍采用的空调器。

制冷循环中，低温低压的液态制冷剂在蒸发器处吸收热量而汽化，经压缩机压缩成为高压、高温气体，在冷凝器散热冷凝成液态制冷剂，然后又经毛细管(或膨胀阀)降压节流成为低压、低温状态，如此反复循环，就可将室的热量排到室外，并通过室的风扇将冷却后的空气均匀地分布到室。

制热时，制冷剂的循环与此相反。

温度控制技术是热泵型冷热两用空调中最主要的控制技术，一个完整的温度控制系统主要包括三部分：温度传感器、温度控制器和温度调节器。

传统空调器的温度控制是通过温度传感器感受室温度变化来控制压缩机的运行和停止的，风扇则在设定的速度下工作，这会造成受控环境温度变化较大，使人们在使用空调时仍不断感受到冷热的变化。

此外，压缩机的ON/OFF控制方式及空调器自身的结构特点使室机的输出与压缩机的输出相比有一定的滞后性，而且压缩机处于全开或全关状态，其制冷(热)量也对室温度有较大影响，这些势必影响空调的温度控制精度和舒适性。

变频模糊控制空调器将传感器测定的实际环境状态和空调系统状态与人们所期望达到的设定状态进行比较，通过模糊逻辑控制技术使空调器控制系统具有自调整的智能特性，从而得出最佳的动态控制参数，并对空调器的变频电源及各执行单元实施控制，使空调器的工作状态随着人们的要求和环境状态的变化而自动变化，始终保持在较合理的状态下变频模糊控制空调器对室外机的要，压缩机能根据室需要的冷(热)量不同，连续地、动态地、实时地调整其制冷(热)量。

正由于变频空调器具有这些优点，世界各国厂商都竞相开发研制，但目前技术比较成熟的国外厂商的产品普遍存在价格比较高的问题，而国的变频空调技术尚不够成熟。

由于国外厂商交频空调器的技术封锁，而近年来工用、商用、民用空调需求不断增加，特别是需求成高档化，所以需要国自行研制性能可靠、运行更加平稳、功能更强、节能显著、噪音小、污染少的变频空调器，并使其能够进入普通消费者的家庭，这就是本课题的背景。

本实训题目自拟。

意义在于：1)传统的空调器是当温度达到所要求的围时就停转，超出围时就重新启动。

工作过程中反复启停，产生峰值电流，造成污染。

采用先进可靠的变频技术后，可随时调整压缩机转速，避免了频繁的起停，消除压缩机启动时的尖峰电流，减少对电网的污染。

(2)传统的空调器不管外界温度如何，始终保持同一转速。

而变频空调则采用先进的模糊控制技术，根据需要改变转速，温度波动小，感觉舒服，运转更加平稳，降低噪音。

(3)由于近年来能源供应形势相当严峻，使人们普遍关注节约能源，有效利用能源。

变频式空调真正符合节能要求，今后必将取代传统空调。

(4)温度控制器应用领域广泛，可以被广泛用到工农业生产、科学研究和生活等各种领域。

(5)利用模糊控制技术解决由于控制对象尺寸变化大、温度特性差别大出现的不稳定状况。

(6)通过改良控制算法，使系统具有很强的鲁棒性和控制稳定性。

1.2 空调器控制技术发展概况1.2.1 在空调器控制技术发展概况空调器的电气控制技术是涉及很多学科在的一项综合性技术。

从传统的开关控制发展到现在的变频控制，以及模糊智能技术的应用，空调器的性能有了很大的提高。

从空调器的电控系统的发展上看，可分为继电器一接触器控制、分立元件的微电子元件控制和专用微电脑芯片控制三个阶段。

最初，空调器的控制电路大都采用选择开关、继电器和接触器组成。

风扇电机的转速由手动的转换开关直接选择进行控制，转换开关接通不同的触点，风机上相应的转速绕组就得电；压缩机也是由一个简单的转换开关控制电路控制启停，只是增加了手动的调温开关和冷热切换开关。

当转换开关在制冷位置时，由调温开关控制压缩机的得电与失电，进行制冷；当转换开关在制热位置时，由调温开关控制电加热器的得电与失电，进行制热。

所以，这种控制方式功能简单，而且使用起来不太方便。

20世纪90年代初，在继电器--接触器控制线路的基础上利用电子技术，发展了采用集成电路和分立元件相结合的电控线路，这种电控系统中，压缩机、风机等负载仍采用继电器—接触器供电方式。

而其控制部分则采用集成电路和分立元件相结合的方式组成控制电路，用弱电控制。

增加了电子温度控制、自动除霜、3分钟延时、过欠压保护及制冷系统压力开关保护等功能，使空调器的自动控制功能大大提高，工作更为可靠。

并且增强了电气保护功能，如压力控制器，当排气压力过高或吸气压力过低时，压力控制器断开接点，迫使交流接触器线圈断电，使压缩机停止工作：热继电器起过负荷保护作用，确保压缩机不会因过流而损坏。

电子温控板通过热敏电阻对温度进行采样，转换成电压值，并通过电压比较器与温度设定值进行比较，电压比较器通过放大电路驱动相应的继电器，从而控制压缩机的运转。

目前先进的空调器己普遍采用微电脑控制技术，微电脑在空调器上的应用，使空调器不但实现了自动化控制，而且还实现了智能化控制，使空调器的功能有了更大的增加，操作更为简单，舒适程度进～步提高。

微电脑部有微处理器)，微处理器中的中央处理器具有数据处理能力(如算数运算、逻辑运算、数据传送、中断处理等)，可以实现复杂的软件功能。

MPU部还含有其它一些功能电路，如A/D 转换(模数转换)电路、定时器/计数器、SCI(串行通信接口)、PIO(并行接口电路)、显示器(LED 或LCD)驱动电路、脉宽调制输出电路(PWM)等。

空调器微电脑控制框图如图1-1所示。

图1-1空调器微电脑控制框图从最初的继电器一接触器控制、分立的电子元件控制到现在的微电脑控制，对空调器的控制趋向操作简易、功能多样化。

同时由于红外遥控器的使用，使操作更简单，以及模糊控制理论的应用，使空调性能越来越可靠，感觉越来越舒适。

1.2.2 变频空调器的产生与发展传统空调器采用开关控制方式，利用异步交流电机控制压缩机进行制冷或制热，这种控制方式有很多缺点和不足：空调器保持恒温所采用的措施是利用简单的感温装置来控制温度。

当温度达到设定温度时，使压缩机停止转动，经过一段时间之后，由于外部影响使室温再度升高时，再接通压缩机电路肩动压缩机制冷。

这样，压缩机工作于开关状态，频繁的起停造成了空调器的制冷(制热)的不连续，室温有较大的变动差，因此普通空调使用起来缺乏舒适感：空调器工作过程中反复启停，对压缩机损害较大，产生冲击电流，造成对电网的污染，会影响到其它用电设备的正常运转；而且处于开关工作状态压缩机耗电量较大。

所以近年来出现了变频空调，采用了变频驱动的空调器具有温控精度高、环境舒适、节约电能、减小对电网和压缩机的冲击等优点。

变频式空调器的工作原理是通过改变压缩机电动机的电源频率来达到调节压缩机电机的转速，从而控制空调器制冷(制热)功率的目的。

当室需要急速降温或急速升温，或室空调负荷加大时，压缩机转速可加快，制冷功率(制热功率)按比例增加；相反，在一般情况下，当室空调负荷减少时，压缩机转速可正常运转或减速；在空调器开机时，室温度与设定的温度偏离较大时，变频以高于工频的频率供电，保证空调器快速启动，可以使室温快速达到设定值。

而当室温度与预设温度接近时，变频器自动保持压缩机低速运行以保持恒温。

因此，随着季节和昼夜的变化，空调器的变速运转即可以节能又可保证房间舒适。

因压缩机采用了比单相电机效率更高的三相电机，且压缩机长时间不问断运行，避免了频繁启动造成的损耗，所以变频式空调具有节能效果。

因压缩机从20Hz 电源频率软起动，起动电流小对电网无冲击，对其它电器也无干扰，对电源电压及频率的敏感度也低。

变频式空调改善了传统空调器的不足，变频式空调集微电子技术与新制冷技术为一体，能效比高、调温快、节能显著，特别是应用了模糊控制技术，显出更加突出的优势。

为了满足广大用户的需要和激烈的市场竞争，国外各厂商的空调器在花色品种、多种功能、微电子控制和高效节能上也有了很大的进步。

空调器目前的发展趋势主要有：自动控制性能的改善，利用模糊控制理论，自动按照室外环境和用户的需要，调节房间的温湿度；冷热两用，提高制冷(热)能力，加快房间的制冷(热)速度；改善气流和净化空气：使运转更加平稳，降低噪音。

除变频功能外，目前还出现了更高一档的附加功能，如卫星传感红外线探测器功能，反映人体表面温度参数；采用遥控开停运行控制；模仿自然风三维供风方式；有的空调带有人体感知器，可跟据室人员的多少及活动量的大小，然后通过风向控制阀调节合适的风向及风速，同时可根据人体的活动量来调节室温。

1.2.3 模糊控制技术的发展及研究动态空调器室温控制这种对象尺寸变化大、温度特性差别大的情况，使用传统的PID控制方法不能取得良好的控制效果。