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美的变频空调控制电路原理分析及故障排除
摘要：变频空调因其具有节能、低噪音、较高的温控精度及快速的调温速度等优点近年来被家用空调大量使用，近年来，美的变频空调在市场占有率方面一直处于行业领先地位，本文分析了美的变频空调器典型电气控制电路的工作原理，结合实际的维修案例，给出了故障点的一些判断思路。
关键词：美的空调；控制电路；故障
一、 引言
变频空调因其具有节能、低噪音、较高的温控精度及快速的调温速度等优点近年来被家用空调大量使用，美的电器作为生产变频空调的专业厂家，生产的产品质优价良，市场占有率高达24% 。美的变频空调器目前在市场上主要有KFR-35GW/BPY、KFR-72LW/BPY、KFR-51LW/BP2DN1Y等几种型号。本文分析了美的变频空调器典型电气控制电路的工作原理，结合实际的维修案例，给出了故障点的判断思路。有不当之处，请各位同行指正。
二、变频空调电气控制基本原理
数据
通信
传感器输入
遥控器输入
室内风机
信号指示
四通阀
室外风机
室内控制单元电路
变频器
压缩机
室外控制单元电路
强制运行开关
传感器输入
图1 变频式空调器电气控制系统结构框图
普通家用空调的制冷能力随着室外温度的上升而下降,而家用变频空调通过压缩机转速的变化[1],可以实现制冷量随室外温度的上升而上升,下降而下降,这样就实现了制冷量与房间热荷的自动匹配,改善了舒适性[2],也节省了电力。
变频空调系统包括制冷系统和控制系统，制冷系统由室内机和室外机组成，两者之间通过制冷剂管道和通信线连接起来[3]，室外制冷系统由变频压缩机、四通阀、电子膨胀阀、室内换热器、室外换热器和外风机等组成[4]，其中压缩机为三相异步交流电机，控制系统包括室外控制电路和室内控制电路，室外控制电路的主要组成部分包括室外电源板和变频模块板[5]。室内控制电路的主要组成部分包括遥控器、室内主控板、室内显示板[6]。
三、 美的KFR-32GW/BPY变频空调器控制电路分析
图2 美的变频空调典型室内机微电脑控制原理图
美的系列变频空调器的电气控制原理大致相同，下面本文以美的系列KFR-32GW/BPY变频空调器为例分析控制电路基本原理。
（1）室内机控制电路分析
美的KFR-32GW/BPY变频空调器的室内机主芯片采用东芝公司的产品MP275028,其控制电路如图2所示。
市电220V经T1、B801整流，集成稳压块7805输出+12V直流电，供各种继电器等执行电路使用，稳压质量较低的+12V直流电再经C21、C11滤波供给IC3集成块7812，输出质量高的+5V直流电供给主芯片使用。主芯片的5脚为蜂鸣器驱动信号，输出低电平有效。14脚、15脚与X1晶体振荡器产生4.19MHz的主频振荡信号，作为空调器内的时钟频率发生器计时。
13脚为主芯片的复位输入，通过IC5在开始状态产生低电位信号给主芯片复位，在正常工作时为+5V。放置于蒸发器表面的热敏电阻和冷凝器出口的热敏电阻感测温度变化之后产生阻值变化，通过TC与TA等电流互感器的电磁感应，转换为较大的电流变化，再经集成运放电路CN03、CN01处理，进入主芯片的24脚、25脚的温度传感器接口作为外部输入信号，33脚为室内机转速检测接口，风机（FAN）的转速通过R28反馈到主芯片作出相应的判断。
39脚为室内风机驱动信号，当外部输入改变风机速度的驱动信号时，IC4中的双向晶闸管导通，39脚电位改变。36~43脚为导风板驱动信号，通过N3反相器为步进电动机M1提供信号。52脚、53脚、54脚、57脚、58脚、59脚为发光二极管驱动输出，低电平有效。其中52脚为自动指示灯，53脚为定时指示灯、54脚为化霜指示灯，59脚为经济运行指示灯，57、59脚为运行指示灯，62脚、63脚为通信输入与输出接口。
（2）室外机控制电路分析
美的KFR-32GW/BPY变频空调器室外机控制电路，主芯片采用具有变频功能特性的专用集成块，其控制电路为图3所示。
市电220V，经变压器T3降压，D83桥式整流，再经过IC7、IC8、IC12稳压向主芯片、执行电路及功率模块提供电源。主芯片AN6为电流检测输入接口，通过CT感应出压缩机状态电流，经D6整流，C8滤波向AN6提供电流检测信号。12脚，4脚为温度传感器接口，通过TR,TC把温度变化的电阻值转变为电
图3 美的变频空调典型室外机微电脑电气控制原理图
压变化值，进入主芯片经比较放大，使CPU感知室外空气温度及室外热交换的温度。19脚为复位端口，主芯片工作初始时，由IC9向主芯片提供一个低电平信号，使主芯片复位，正常工作时为+5V电压。17脚、8脚为外部晶体振荡器接口。20脚、23脚为延时输入，低电平有效。IC5为通信信号光耦合器。55脚向功率模块提供电源开关信号。53脚为功率模块状态信号接口。J3为风扇电动机继电器。J2为四通阀继电器。
1） 压缩机工作过程
压缩机起动时，频率从（0-10）Hz/s 速率上升，当升到60Hz时保持运转1min,而后再以2Hz/s的速率上升或下降，直到达到目标频率。当压缩机速率下降时，在大于60Hz频率的情况下，以3Hz/s的速率下降到60Hz频率时，再以2Hz/s的速率下降，至达到目标频率。一般情况下，室外风机与压缩机同时开启，而关闭时压缩机停止30s后室外风机才停止运转。
2） 保护装置原理
① 压缩机高温保护：当压缩机高温保护时，压缩机关闭，30s后风机也自动关闭，同时室内机的故障信号指示灯亮。当高温保护解除时，继续按照室内机设置的指令工作。
② 变频模块超温、过电流或欠电压保护：当变频模块自身保护时，压缩机关闭，2.5min后室外机再次启动，如连续四次压缩机起动后，30s内变频器保护，检测端口信号为低电平，则CPU判断为异常，立即关机不再开机，并通过信号线发送到室内机显示故障。
③ 室外机过电流保护：当室外机检测口检测到电流>15A时，室外风机、压缩机、四通阀同时关闭，但2min30s后再次起动。若压缩机连续四次起动后胡30s内，电流再次高于15A，则判断为异常，立即关机不再开机，故障信号发送到室内机并显示故障，压缩机再次起动时必须等待3min以后。
四、美的变频空调典型故障维修案例
图4 变频空调室外机电源电路
（1）室外电源主继电器故障造成整机出现P1电压过高或过低保护
产品型号：KFR-72LW/BP2DY-E
故障现象：新装机，开机运行，整机频繁出现P1电压过高或过低保护
故障范围：室外电控、PFC模块、变频模块
故障处理的思路及步骤：
步骤一：查故障代码确定此机显示P1是电压过高或过低保护。上门测量用户电源电压，待机状态为225V，满足变频空调运行要求。
步骤二：用万用表检测室外机L、N接线端子，室内主板有225V电压输出，当测量模块P、N直流300V输入端时发现直流母线电压不稳定，经监测模块P、N电压反复的由300V慢慢下降，当降到低于113V时，整机报P1电压过高或过低保护，最后模块P、N电压为0V。过几分钟后，模块P、N又有300V直流输入电压。
步骤三：根据此现象，初步判定故障点在室外主电源供电线路，经进一步测试发现室外主电源继电器无吸合，输入端有220V输入，输出端无220V电压，且旁边的PTC热敏电阻发热严重，测量继电器绕组阻值为无穷大，线圈开路。将接在主继电器的端子接在另外一端，机器运行稳定，制冷效果很好，当恢复此继电器接线端子为正常安装状态试机时，故障再现，故确定故障点是外机电控板上的主继电器不良。
处理措施：
更换室外机电路板，空调上电运行正常。
（2）室外过欠压检测电路故障导致整机出现P1电压过高或过低保护
产品型号：KFR-35GW/BP2DY-M
故障现象：开机运行，整机出现P1电压过高或过低保护
故障范围：室外电控、PFC模块、变频模块
故障处理的思路及步骤：
步骤一： 查故障代码确定此机显示P1是电压过高或过低保护。上门测量用户电源电压，待机状态为220V，满足变频空调运行要求。
步骤二：用万用表检测室外机L、N接线端子，室内主板有225V电压输出，模块P、N直流母线电压300V输入电压稳定。
步骤三：连接变频空调检测仪，观察变频检测小板的直流母线电压采样的值，将小板查询功能转换至“Ir341”，小板以检测的电压值与用万用测试的值小50V，初步确定故障点在室外电控板电压采样电路上。
处理措施：
更换室外机电路板，空调上电运行正常。
（3） 美的KFR-75LW柜式空调器压缩机不工作
TT1
R322
R312
D304
4148
C302
100u
R306
16K
R305
1K
C3062
1042
3.1K
HD4073445
12
IC3
5V
2K
D305
4148
图5 美的KFR-75LW柜式空调电流检测电路图
分析与检测：测量电源电压，良好，卸下室外机外壳，测量压缩机启动电容及压缩机线圈均正常，测量室外机控制的电流检测电路的电阻R312、R322，电阻值参数正常，测量滤波电容C302,良好；测量整流二极管D305,正反向电阻值为无穷大，说明已损坏。
维修方法：更换同型号的整流二极管后，故障被排除。
经验与体会：此空调器采用电流感应保护电路保护压缩机，通过TT1来检测压缩机的启动及运转电流，从而在TT1的副绕组上产生一个相对应的感应电压，通过D305整流，C302滤波后输入主芯片IC3（HD4073445）的第12脚进行电压比较。当压缩机的电流变大时，TT1的副绕组所产生的感应电压会升高，输入主芯片IC3的第12脚的电压也会升高，当压缩机的电流变大致使主芯片IC3第12脚的电压值过高超过程序设定值时，则执行相应保护动作（D304起钳位作用）
（4） 美的KFR-75LW柜式空调器整机不工作
UPD75328
C1
C2
NT
4.19MHz
图6 美的KFR-75LW柜式空调器晶振电路图
分析与检测：测量漏电保护器下口电源电压，良好，卸下室内机外壳，测量电控板的保险熔丝管，良好，测量变压器负级绕组，有+13V交流电压输出，测量稳压器7805输出端，有+5V直流电压输出，说明直流电压正常情况当测量晶振电路电容C1时，发现漏电。
维修方法：更换电容C1后，故障被排除。
经验与体会：UPD的70脚为时钟电路的输入脚，71脚为时钟电路的输出脚，正常工作时，70脚、71脚对地电压均在2.0～2.6V之间，电容C1损坏致使CPU无时钟脉冲信号，造成CPU不工作。
五、结论
本文对美的变频空调KFR-32GW/BPY的电气控制线路基本工作原理进行了详细分析，通过实际维修工作中的具体案例，介绍了个人的一些维修思路及经验体会，在维修空调具体工作过程中，应遵循先外后内，先软件后硬件，先电气系统再到制冷系统的顺序，从简单到复杂逐步考虑维修思路，没必要一开始就把问题复杂化，尽量把握能不动就不动，必须动尽量少动的原则，以上是自己在空调产品电气控制检修方面的一些心得与经验，与各位同行共同探讨，以后会在具体的工作过程中不断学习，弥补自己的不足。
参考文献
[1] 绉丁山，贾文超. 变频空调电气控制系统设计[J] ．太原科技2010（3）：101-03
[2] 齐勇，苏延民．空调变频控制器的研究[J]．电力电子技术，1997(2)：27—30
[3] 张选正．变频器模糊控制技术简介[J]．变频器世界，1998，(12)：23—24．
[4] 王丰浩．模糊控制空调器喘振现象分析[J]．制冷，1997(2)：23—27
[5] 宋玉成，刘金泽. 一种新型智能化变频空调电气控制系统的研制[J] ．微处理机， 2005（1）：50—03
[6] 吕汀，石红梅．变频技术原理与应用[M]．北京：机械工业出版社．2003．
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