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品茗,设计的快乐

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关于我

从事智能建筑系统方案、设计规划(包括方案创意、初步设计、深化施工图设计),已完成设计作品:廊坊(香港)嘉仕丽数码、北京奥体中心、内蒙古体育馆、内蒙古广播电视传媒信息大楼、内蒙古博源大酒店、内蒙古电子信息职业技术学院等. 资料共享:http://yunpan.cn/cfYFAHYabFBQ4 (提取码:41fa) 楼宇自控资料:http://yunpan.cn/cfYFHxd7jcMLR (提取码:dd78)

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变频冰箱的工作原理  

2011-11-14 23:50:14|  分类: 原创 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      简介:早年发表在《家电维修》杂志的文章,原文名为《变频冰箱的工作原理》,后发表时改为《海尔变频冰箱的制冷工作原理》,时隔多年家电制冷领域的创新也无逃出加工厂的宿命,现将原文发表时残缺以及不足之处补充、修改,添加其控制原理的内容,通过博客发表。——翟建元
关键词:压缩制冷、分立多循环、变频制冷


    2000年4月,科龙首推BCD-348WA/HP变频冰箱,具有助动开门、制冰功能等,被业内人士誉为“最成熟、最稳定”的冰箱。随后,海尔推出007 系列衍生239DVC系列变频冰箱具有控温精确、制冷分立、多循环技术结合变频技术的独立控温、节能高效等优点。本文以科龙BCD-207B制冷系统为例,介 绍变频冰箱的制冷原理以及控制原理。

一、变频冰箱制冷系统组成

    图1是XX变频冰箱制冷系统原理图。全系统由变频压缩机、冷凝器、过滤器、电磁阀、毛细管、蒸发器及控制器等构成。管路系统中,在能够反映制冷剂状态的关键部位设置了温度传感器,用以检测其温度。在制冷工作状态,制冷剂的工作流向如图二、三,

变频冰箱的制冷原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐
制冷系统图一
 
变频冰箱的制冷原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐
制冷系统图二
 
变频冰箱的制冷原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐
制冷系统图三
 
 变频冰箱的制冷原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐
 图四 制冷系统图

   
二、变频冰箱控制原理分析以及框图(仅为参考)

变频冰箱的工作原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐
 
变频电冰箱与常规的电脑冰箱相比增加了对压机的监控,由主电源电路、辅助电源电路、主控芯片(CPU)电路、晶振电路、复位电路、操作显示电路、接口电路、风机电路、温度传感器电路、开关电路、加热器电路、照明灯电路、阀门电路、蜂鸣器电路、变频控制电路及变频压缩机等组成。在微处理器控制下,输出驱动信号的频率通过变频控制电路板来调节变频压缩机的转速,进而实现精确控制电冰箱冷藏室、冷冻室、变温室及制冰机的温度。电路设计出于
故障分析和维修,一般对于线路板均按功能进行了了细分。常规分为4块电路板显示(人机接口),主控板、电源板、变频板。(维修人员须细查)


电源板

1.主电源电路
  
  一般由主电源板插件输入的AC220V交流电压,经保险管、压敏电阻Zl过压保护、过流保护、防雷击及抗干扰后,输出AC220V交流电压,一路为智能控制板提供AC220V电源;另一路经电感Ll、电容C1~C4、二极管D1~D4、高频滤波、整流后,送到变频控制板电路,再经电感L2、电容El滤波后,给变频控制电路提供约为+300V峰值电压。


2.辅助电源电路(一般采用开关电源,而非常规电脑冰箱的三端稳压电路)
  
  由智能控制板输入的AC220V交流电压,经压敏电阻RV200、电感L202、电容C202、二极管D20~D211、保险电阻Rf200、电容E201和E202过压保护、过流保护、整流滤波、防雷击及抗干扰电路后,输出约为+300V峰值电压。一路经电阻R215—R218送到开关电源芯片脚;另一路经开关电源变压器B201①、②脚绕组送到大功率场效应开关管MOS200(FPQF5N60C)的D极。当开关电源芯片IC201启动振荡后,IC201⑤脚输出一个开关脉冲,经电阻R206等送到MOS200的G极,启动开关电源。同时B201③、④脚绕组产生的感应电压,经D201、R202、E203、D205整流、滤波、稳压后送到IC201⑥脚,作为IC201的维持电源。开关电源启动工作后,B201⑨脚输出的脉冲电压经D202、L200、E208、E200等整流、滤波后,输出+16V电压,一路给冷冻室风机驱动电路供电;另一路经R227、D206、光电耦合器IC203(PC817A)等组成的取样反馈电路,通过IC201②脚实现DC/DC误差控制功能。B201⑤脚输出的脉冲电压经D207、L201、E206和E207等整流、滤波后,输出+12V电压,一路给电气系统控制接口电路中的继电器驱动电路、冷藏室风机驱动电路、变温室风机驱动电路、蜂鸣器电路等供电;另一路经R226同样通过D206、IC203等组成的取样反馈电路,由IC201②脚实现DC/DC误差控制功能。B201⑧脚输出的脉冲电压经D203、E204、E265、三端稳压块IC202(MC7805CT)等整流、滤波、稳压后,输出稳定的+5V电压,分别给智能控制板主控芯片ICl(CPU)电路、晶振电路、复位电路、温度传感器电路、门开关电路、驱动电路、操作显示电路等供电。


 
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 CPU主板(示意图)
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变频主电路(示意图)

 
主控板

3.主控芯片(CPU)电路
  电路见下图,智熊控制板主控芯片ICl(MC68HC08AB32-64)(22)、(44)、(54)、(55)脚为接+5V电源端;(21)、(45)、(56)脚为接地端;(62)脚为发光二极管LED1驱动信号端口,低电平有效;(26)脚为强制开机信号端口;(39)、(40)脚分别为冷藏室温度传感器信号端口;(35)、(36)脚分别为冷冻室温度传感器信号端口;(38)脚为制冰机温度传感器信号端口;(37)脚为操作显示电路环境温度传感器信号端口;(41)脚为变温室温度传感器信号端口;③脚为复位信号输入端口;(58)、(59)脚为晶振信号输入端;(23)、(24)、(25)脚为电子开关SIP5转换信号输入端口;⑤、(15)脚为蜂鸣器信号输出端口;(33)、(34)脚为CPU功能转换输入端口;(63)脚为分配器开关信号输入端口;①、④、⑧、⑩、(12)、(64)分别为IC5和IC6控制信号输出端口;(53)、(60)、(61)为IC8控制信号输出端口;(42)、(43)、(46)脚为冷藏室风机控制信号输出端口;(48)脚为冷藏室开关信号输入端口;⑥、⑦、(16)、(17)脚为冷冻室冷冻风机和冷却风机控制信号端口;(20)脚为冷冻室开关信号输入端口;(30)、(31)、(32)脚为制冰机电机驱动信号输出端口;(27)、(28)、(29)脚为制冰机开关信号输入端口;(18)、(19)脚为操作显示电路控制信号端口;(47)脚为冷藏室风门加热器、变温室风门加热器和出冰口盖板加热器控制信号端口;(52)脚为变温室操作显示电路控制端口;(49)、(50)、(51)脚为变温室风机控制信号输出端口;(11)脚为变频电路控制信号输出端口。

4.晶振电路
  
  电路见下图,由主控芯片ICl(MC68HC08AB32-64)(58)、(59)脚内部电路与晶体XT1组成晶振电路,产生4MHz主振荡频率信号。

5.复位电路
  
  电路见下图,电路由三极管P12、电阻R88~R90、R82、电容C22等组成,主要是为主控芯片ICl(MC68HC08AB32-64)提供复位电平信号。当复位电路得到+5V电源时,电路进行比较,并给主控芯片IC1③脚提供复位电平,高电平复位。

6.蜂鸣器电路

      电路见下图,由主控芯片IC1(MC68HC08AB32-64)、三极管N15、N16、P9、电阻R79~R85、电容El、蜂鸣器BUZZ1等组成。N15、P9组成两级放大电路,当主控芯片IC1(15)脚输出信号为高电平时,蜂鸣器BUZZ1接通电源,此时IC1⑤脚输出(幅度5V、频率约为3.8kHz)脉冲信号电压,并通过N16使蜂鸣器BUZZ1发出声音。

7.冷藏室接口电路
  
该电路分为温度传感器电路、门开关电路、风门加热器电路和风机控制电路。
  
  (1)温度传感器电路。由电阻R30、R33、电容C3和电阻R29、R34、电容C4及温度传感器RT1、RT2(负温度系数热敏电阻)分别组成分压取样电路,将随温度电压变化的电平值分别提供给主控芯片IC1(39)、(40)脚,与设定冷藏室温度值进行比较,自动调节变频压缩机的运转频率,控制冷藏室的温度在设定范围之内。

  (2)门开关电路。由电阻R31、R32、电容C2及门开关SW2组成冷藏室门开关电路,门开关控制信号送到主控芯片ICl(48)脚,进而通过电气系统控制接口电路控制冷藏室照明灯及风机等的工作状态。(3)风门加热器电路。由主控芯片ICl(47)脚输出控制信号,当输出高电平时,三极管N21导通,继电器K1得到+12V电压吸合,同时冷藏室风门加热器RLI得到+12V电压加热。(4)风机控制电路。由主控芯片ICl(42)、(43)、(46)脚输出风机控制信号,通过三极管N8~N14、P2、P4、P6、P8、二极管D3、D6、D9、D12~D16等组成的电路来进一步控制冷藏室风机的工作状态。

8.冷冻室接口电路
  
该电路分为温度传感器电路、门开关电路和风机控制电路。

  (l)温度传感器电路由电阻R49、R55、R50、R54及温度传感器RT3、RT4(负温度系数热敏电阻)分别组成分压取样电路,将随温度电压变化的电平值分别提供给主控芯片ICl(36)、(35)脚,与设定冷藏室温度值进行比较,自动调节变频压缩机的运转频率,进而控制冷冻室的温度在设定范围之内。
 

  (2)门开关电路由R46、R51及门开关SW3组成冷冻室门开关电路,门开关控制信号送到主控芯片IC1(20)脚,进而通过电气系统控制接口电路控制冷冻室照明灯及风机等的工作状态。

  (3)风机控制电路由主控芯片IC1(16)脚输出冷却风机控制信号,通过三极管N17、Pl0等组成的驱动电路来进一步控制冷却风机的工作状态。同时主控芯片IC1⑦脚为冷却风机反馈信号输入端,用来检测冷却风机的工作状态是否正常。由主控芯片IC1(17)脚输出冷冻风机控制信号,并通过三极管N18、PLL等组成的驱动电路来进一步控制冷冻风机的工作状态。主控芯片IC1⑥脚为冷冻风机反馈信号输入端,用来检测冷冻风机的工作状态是否正常。

9.变温室接口电路
  
 该电路分为温度传感器电路、风门加热器电路、风机控制电路和操作显示电路。

  (1)温度传感器电路,由电阻R12、R17、电容Cl及温度传感器RT6(负温度系数热敏电阻)组成分压取样电路,将随温度电压变化的电平值提供给主控芯片IC1(41)脚,与设定变温室温度值进行比较,自动调节变频压缩机的运转频率,进而控制变温室的温度在设定范围之内。

  (2)风门加热器电路由主控芯片IC1(47)脚输出控制信号,当输出高电平时,三极管N21导通,继电器Kl得到+12V电压吸合,同时变温室风门加热器RL2得到+12V电压加热。

  (3)风机控制电路由主控芯片ICl(49)、(50)、(51)脚输出风机控制信号,通过三极管Nl~N7、Pl、P3、P5、P7、二极管Dl、D2、D4、D5、D7、D8、Dl0、Dll等组成的电路来进一步控制变温室风机的工作状态。

  (4)操作显示电路由主控芯片ICl(52)、(53)、(60)、(61)脚输出操作显示控制信号,通过8位移位寄存器IC8(CD74HC595)进行功能扩展后,完成变温室操作显示功能。

10.制冰机接口电路
  
该电路分为温度传感器电路、门开关电路和制冰电机控制电路。

  (1)温度传感器电路
  
  由电阻R65、R69、电容C17及温度传感器RT5(负温度系数热敏电阻)组成分压取样电路,将随温度电压变化的电平值提供给主控芯片IC1(38)脚,与设定制冰机温度值进行比较,自动调节变频压缩机的运转频率,进而控制制冰机的温度在设定范围之内。

  (2)门开关电路
  
  由电阻R62、R74及门开关SW4组成制冰机门开关电路,门开关(I/O)控制信号送到主控芯片ICl(29)脚,进而通过电气系统控制接口电路控制制冰机的工作状态。由电阻R63、R73及检测开关SW5组成制冰机检测开关电路,检测开关控制信号送到主控芯片IC1(28)脚,进而通过电气系统控制接口电路控制制冰机的工作状态。由电阻R64、R71及停机开关SW6组成制冰机停机开关电路,停机开关控制信号送到主控芯片ICl(27)脚,进而通过电气系统控制接口电路控制制冰机的工作状态。

  (3)制冰电机控制电路
  
  电路由双向电机驱动电路IC2(BA6238)及主控芯片ICl(MC68HC08AB32-64)等组成。驱动块IC2为10脚单边排列:①脚为接地端;②、③脚为制冰电机驱动端;④、⑤脚为指令输入端;⑥脚为反相指令输入端;⑦、⑨脚为电源端;⑩脚为驱动公共端。由主控芯片IC1(30)、(31)、(32)脚输出制冰电机控制信号,通过驱动块IC2(BA6238)等组成的驱动电路来进一步控制制冰电机的工作状态。
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温度检测电路原理图
 
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 门体开关报警原理图

11.电气系统控制接口电路
  
  电路见下图,该电路由8位移位寄存器IC5和IC6(CD74HC595)、7反相驱动器IC3和IC4(ULN2003)、继电器K2~K15及智能控制板主控芯片IC1(MC68HC08AB32-64)等组成。IC5和IC6①~⑦脚为控制信号输出端;⑩脚为复位端(高电平复位);(11)、 (12)、(14)脚为信号输入端;⑧脚为接地端;(16)脚为电源端。IC3和IC4①~⑦脚为控制信号输入端;⑩~(16)脚为控制信号输出端;⑧脚为接地端;⑨脚为电源端。其中:①脚对应(16)脚,②脚对应(15)脚,如此类推。主控芯片IC1①、④、(64)、⑧、⑩、(12)脚输出控制信号,分别送到8位移位寄存器IC5和IC6的(11)、(12)、(14)脚,通过IC5和IC6进行功能扩展后,由①~⑦脚输出控制信号,分别送到IC3和 IC4①~⑦脚。当IC3和IC4对应信号输入端为高电平时,对应输出端为低电平,对应继电器得电吸合,进而控制对应电气系统进行工作。


显示板

操作显示接口电路:

键盘是人与联系的重要手段,用于向CPU输入运行参数,控制系统的运行状态。键盘电路形式分为直接编码输入键盘和矩阵键盘。前者接口电路简单,一般应用于需要少量按键的控制系统。后者因占用I/O引脚数少,常被按键较多的控制系统所采用。(资料请自查)

  
 该电路分为温度传感器电路、出冰口盖板加热器电路和操作显示电路。
  
  (1)温度传感器电路
  
  由电阻R75、R78、电容C21及温度传感器RT7(温度系数热敏电阻)组成分压取样电路,将随环境温度变化的电平值提供给主控芯片IC1(37)脚进行比较,在设定电冰箱温度值时,自动调节变频压缩机的运转频率或工作状态。
 

  (2)出冰口盖板加热器电路
  
  由主控芯片IC1(47)脚输出控制信号,当输出高电平时,三极管N21导通,继电器Kl得到+12V电压吸合,同时出冰口盖板加热器RL3得到+12V电压加热。

  (3)操作显示电路
  
  该电路原理图,由二只贴片集成电路块、一只晶振、四只轻触开关、一个LED显示屏及若干阻容元件等组成,均为贴片式元件。该电路板上有一个插件,通过排线与智能控制板对应插件相连接,该电路的输入或输出控制信号,经电阻R76、R77、R66、R67、三极管N19、N20等分别送到主控芯片IC1(18)、(19)脚,并在主控芯片IC1控制下,实现操作显示功能。

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键盘显示电路

变频板

变频控制电路及变频压缩机

   (1)变频控制电路
  
  该电路由+300V电源滤波电路、辅助电源电路、若干集成电路、6只大功率晶体管及其他元件等组成,集成电路均为贴片式元件。
改变了以往冰箱控制,启动和停止控制,变频调速异步电动机的原则,根据冰箱内温度和冷却需求,SCM SA8382产生SPWM信号,驱动逆变器电路,输出不同的功率模块基波频率的交流电压,控制冰箱压缩机的转速,从而改变了速度的过程中,冷冻循环的冰箱来实现可变的冷却目的。传输的控制系统是根据(采集温度)的量来控制偏差。在系统中,实时采集的温度由温度检测电路实现的,在任何时间在冰箱内的温度传感器LM134集成电路温度的温度T / V时,转换成相应的电压值的温度值被传递给。通过A / D转换的数字采集温度,到微控制器。的温度将被收集到与温度设定值进行比较,设定的值,如果温度高于20,则频率将逐渐增加为1Hz至50Hz的频率和速度的步骤,根据使冰箱压缩机的工作在高频,加速制冷系统循环,冰箱内的温度跟随急剧的温度设定,如果温度下降到低于设定值的20,然后在根据率逐渐降低的频率为1Hz到10Hz的频率步长,从而使冰箱压缩机在低频率的条件下,使温度上升到设定值时,允许的范围内。如果温度返回到设定值范围(±0.50),则频率将逐渐增加1Hz或更低的频率,以正常的工作频率为20Hz的频率和速度的步骤,根据压缩机的运行在低温度状态。该电路板上有控制信号输入插件、变频压缩机三相电源输出插件和变频压缩机转子磁极位置检测反馈插件。由主控芯片I发出变频控制指令,经变频板控制信号输入插件送到变频板集成电路进行处理,变频控制电路采用脉宽调制(PWM)方式,用来改变各路控制脉冲的占空比,从而对变频压缩机实现变频控制。主控芯片脚发出的变频控制命令通过变频板上的一块大规模集成电路和外围几块小集成电路进行处理后,分别控制变频板上六只大功率晶体管的通断,并由变频板插件输出端U、V、W输出相位差120° 的变频正弦波电压,控制变频压缩机运转。变频控制电路设有欠压、过流、过热、短路保护电路及压缩机转予磁位检测电路等。当变频控制电路或变频压缩机出现某种故障时,由检测电路反馈的故障信号送到主控芯片,CPU作出判断后发出控制命令。

  (2)变频压缩机
  

  变频电冰箱通常采用变频直流无刷电机,为了实现变频工作,需要上述专用的变频控制电路,即变频功率控制电路,将直流电逆变成交流电,驱动控制变频压缩机工作。变频直流无刷电机的转子为对称排列的双S、N转子磁钢,定子线圈分为U、V、W三组,分别接到变频控制电路的U、V、W输出插件上,由变频控制电路按顺序为定子线圈供电,使之形成旋转磁场。变频压缩机设有霍尔元件检测转子磁极的旋转位置,通过该电路将变频压缩机转速的相关信息传送到变频控制电路及主控芯片电路进行处理,进而控制变频压缩机定子线圈的电流相位保持一定关系,并由变频控制电路的6个大功率晶体管进行控制,按特定的规律和频率转换,控制变频压缩机的转速。
简单说:供电频率高,压缩机转速快,冰箱制冷量就大;而当供电频率较低时,冰箱制冷量就小,这就是所谓“变频”的原理。变频冰箱的核心是它的变频器,变频器是20世纪80年代问世的一种高新技术,它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节,把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率,使冰箱完成了一个新革命。同时,还使电源电压范围达到142V至270V,彻底解决了由于电网电压的不稳定而造成冰箱不能正常工作的难题。
  变频冰箱每次开始使用时,通常是让冰箱以最大功率、最大风量进行制冷,迅速接近所设定的温度。由于变频冰箱通过提高压缩机工作频率的方式,增大了在高温时的制冷能力,最大制冷量可达到同级别冰箱的1.5倍,高温下仍能保持良好的制冷效果。
      但凡是技术型的设备,总是离不开一些短板效应,如定频压机的工作时间比一般是1~3到4,而变频压机则一直处于运行状态,且不同制冷剂的特性,在设计之时,就有一些硬性要求而未写入说明书,如冷凝器与环境温差最低≤ 8~10℃等等因素。且容量低的冰箱选用变频技术,就变成逗你玩了。变频冰箱适用于大容量,采用多路循环的制冷系统。

变频冰箱的工作原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐
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当使用异步电动机时,电机电流随时间的变化 (图1


无刷直流BLDC)电机日益普及,由于其性能上的优势超过PSC直流有刷BDC电机,包括以下内容BLDC电机两个问题首先,BLDC电机可以更加昂贵,但是,性能优势覆盖这种担忧此外,降低成本增量BLDC电机变得更加普遍其次BLDC电机需要电子换向定子绕组的整流根据转子的位置这个要求可以变成优势用来控制换向相同的电子部件也可以提供速度控制。此仅讨论了无刷直流电机控制方法

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 典型 - BLDC电机与PSC异步电动机转速扭矩特性(图二)
 
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 控制框图(图三)
 BLDC电机控制

BLDC电机有备用北(N)和南部(S)永久磁铁的转子上。定子具有层叠钢的内周面沿轴向切割的槽放置在带有绕组的叠片。要旋转BLDC电机,定子绕组通电,在一个序列中。知道转子的位置是很重要的,为了遵循换向序列。转子位置检测到的使用嵌入定子霍尔效应传感器。大多数电机有3个霍尔传感器嵌入到定子上的电动机的非驱动端。每当转子磁极附近的霍尔传感器,通过给一个高或低的信号,表明通过在传感器附近的N极或S极。三个霍尔传感器的信号的组合的基础上,换相的确切顺序可以被确定。表1提供了一个典型的换向序列,相对于霍尔传感器输入。

随着每60电度的旋转,霍尔传感器的输出改变其状态,从高分到低分,或从低到高。鉴于此,需要六个步骤完成一个电周期。在这60°电角度相对应的一个同步模式,相电压切换序列应该被更新。然而,一个电周期可能不对应于一个完整的机械转动的转子。电周期的数目来确定,必须重复进行,以完成一个机械旋转的转子极对。对于每个转子的极对,一个电周期完成。所以,每旋转电周期的数量等于转子极对。

正如表1所示,每一个序列有两个连接到电源的三个阶段,第三阶段,处于打开状态。图3显示了一个简化的BLDC电机控制框图。图中的8位闪存微控制器(MCU)是用来控制电源开关。匹配的驱动程序是用来给适当的栅极驱动器的电源开关。该系列MCU具有6个脉宽调制或调制(PWM)通道,一个可编程的PWM频率和占空比。相A,B和C连接到每个半H桥PWM0到PWM5控制的电源开关的中心点和Q0到Q5,连接在一个三相逆变桥配置。该MCU有三个输入捕获标签,表示为IC1,IC2,IC3的。输入捕捉模块有一个模式,在该模式下,定时器5任何输入捕获标签上捕获的每一个过渡。此模式适用霍尔传感器的接口的MCU。每个霍尔传感器过渡,会产生一个中断,捕获定时器值。该被捕获的值对应于电机的速度。

电机在额定转速运行时PWM0到PWM5的标记信号按顺序切换为ON或OFF(参见图3)。这是假设等于电机的额定电压的直流母线电压,再加上跨交换机的任何损失。改变速度时,这些信号应该在比电动机的频率高得多的频率的PWM。作为一个经验法则,PWM频率应该是至少10次,电动机的最大频率。当占空比的PWM频率是多种多样的序列内,向定子供给的平均电压降低,从而降低了速度。


具有PWM的另一个优点是,当直流母线电压远高于电机额定电压,提供给电动机的电压可以被限制在对应于该PWM占空比的百分比通过限制电机的额定电压电机额定电压。这增加了使用冰箱在多个国家与不同的交流输入控制电路的能力。使用一个二极管整流桥,和由控制器输出的平均电压相匹配的电机额定电压,通过控制PWM占空比的交流电压输入转换为直流。

有不同的方法进行控制。如果PWM信号被限制在MCU中,上部开关被接通的整个时间过程中相应的序列,以及相应的较低的开关可以控制所需的占空比的PWM。

在图3中,由用户设置的温度。冰箱内部温度使用温度传感器测量。根据不同的尺寸的冰箱,可能会有一个以上的冰箱内的温度传感器放置在不同的位置。的设定温度和实际温度被读取使用一个片上的模拟 - 数字转换器(ADC)。当温差超过预定的磁滞(通常小于2A°F),电机以较低的速度开始旋转。如果温度差大(即,冰箱的门处于打开状态),则电机应以较高的速度运行。可以推导出的温度差和速度之间的关系,根据冰箱的尺寸。当设定值和实际的温度变化时,压缩机和风扇转速之间的差异可以相应地改变。
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霍尔传感器转换成BLDC电机控制流程图
 
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 霍尔传感器信号,相位 - 电压,电流和反电动势的关系

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 反电动势过零检测
三、制冷系统的基本控制模式(鉴于分立多循环系统,多以3段分立为主,此段未做修改,而在原文中制冷系统是以科龙BCD_207AK制冷流程作为范本)

    冷藏室和-7℃室的温度设定由环境传感器所感受的当前温度确定。温度显示区分别显示冷藏室、-7℃室温度。工作时-7℃室优先制冷,直到冷藏室达到关机点 温度(或冷藏室连续工作3小时不停机而关冷藏室,或压缩机连续工作5小时不停机而关机)才取消-7℃室优先制冷。冷藏室空间传感器降到2℃或系统设定进入 速冻状态、传感器故障时都取消-7℃室优先制冷。

    在制冷状态下,冷藏室、软冷冻室可任意开启、关闭,调节进入速冻设置状态。在速冻状态下,压缩机连续运转,电磁阀以冷藏室;-7℃室的工作状态进行切换, 速冻状态为12小时。若要在速冻状态下人为退出速冻功能,则按下速冻调节按键3秒,速冻指示熄灭,退出速冻状态。

    在速冻状态下,冷藏室温度达到关机点时,若-7℃室要求开机,则压缩机不停机,电磁阀带电,压缩机给-7℃室、冷冻室制冷。退出速冻状态后,冷藏温度设置 由退出速冻时的环境温度所对应的温度来决定,-7℃室温度设置保持不变。速冻状态下,若在电磁阀不带电的情况下压缩机连续运行5小时不停机,则强制冷藏室 关机5分钟,待后背蒸发器感受的温度达到4℃时,再开机。

    在速冻状态下,补偿加热丝一直处于加热状态(但是当冷藏室蒸发器传感器高于20℃时则停止加热)。当环境温度高于8℃时,冷藏室蒸发器传感器停机点固定在 -23℃,当环境温度低于8℃(含8℃)时,冷藏蒸发器传感器停机点固定在-25℃。在速冻设定时间内,压缩机的开机仍由冷藏蒸发器传感器控制。

    对于变频系统运行而言与常规冰箱的压缩机停机不同,其采用低速运行的方式运行,在系统容量,大家要有清晰的想法——变容即对于参与系统的制冷剂并不是恒定的,这对变频板、压缩机的要求特别高,而对于变频冰箱而言损坏率最高的就是变频板,其次为电源板。而对目前的维修政策,从生产厂家的角度看为减少维修返修率和确保维修质量(软、硬结合的产品),
采用板级维修的策略,电器图纸很少外流,造成冰箱技术资料缺乏,维修困难。

四、变频冰箱主要制冷切换部件的结构特点

    变频冰箱中采用的电磁阀分为单稳态和双稳态两种,双稳态电磁阀结构见图3。
 
变频冰箱的制冷原理 - 午夜天使 - 品茗,Mm设计间的快乐


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双稳态电磁阀
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双稳态内部结构

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阀芯结构
  
在外观上单、双电磁阀大小不同。单稳态电磁阀体积较大,本身带有滤波整流电路板(压敏电阻、交流保险250V/1A、整流二极管1N4007四支),驱动 切换的信号是220V交流电压。在早期的航天BCD-222冰箱中和海尔系列等大容积冰箱都使用的是单稳态电磁阀(二位三通阀),耗电量较大。而双稳态电 磁阀体积较小,无电路板,切换驱动信号采用的是脉冲信号。

1.电磁阀特性
线圈电阻:4.5±0.3kΩ(25℃)
换向时间:≤1s
绝缘电阻:100MΩ
耐压力试验:10MPa
开阀压差测试:注入1.8 MPa 氮气,165V能可靠换向
内泄漏:注入0.3 MPa氮气,<2ml/min
流量:注入0.3 MPa 氮气,>900l/h
寿命:500000次
2.额定脉冲电压峰值:220V×1.414

工作原理
双稳态两位三通电磁阀是由控制系统中的脉冲发生器控制的,脉冲发生器输出半波直流脉冲电源,以30s~60s周期给线圈扫描每次扫描的脉冲半波数为4~10个,如果改变脉冲方向,则电磁阀换向

    厂家对使用双稳态电磁阀的主控板,在代码下面标有“双稳态”字样。在对单、双电磁阀的维修更换时注意的几点:不同型号的单双稳态电磁阀之间须连同主控板一 同更换;双稳态电磁阀应用驱动电路图见图4,图中电路标示点为关键检测点。控制信号经过光耦合后,送到可控硅门极,以控制电磁阀。
 
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五、单、双稳态电磁阀的检测与维修


   1、单稳态电磁阀常见故障有:线路板中压敏电阻击穿及烧交流保险丝;整流二极管击穿;线圈短路或开路;阀芯内部损坏。检测及维修方法如下:

 (1)万用表电阻挡测量电磁阀电源的输入端,阻值应为2.3kΩ左右。如果阻值很小应该是线路板上元件损坏,一般为压敏电阻或整流二极管击穿。

(2)线圈短路或开路:检测确认线圈损坏后切断电源,待系统稳定后用钳子将电磁阀去冷藏室的毛细管接口处剪断封死。一般钳子剪断即可封住,不需火封。用扳手将阀芯与线圈固定螺丝沿顺时针拧松并卸下(螺丝较紧)。拧下固定在箱体上的螺丝,把线圈从阀芯上退下。

    将新的电磁阀线圈装在阀芯上并用螺丝拧紧,固定不紧将会引起噪音。接通电源启动冰箱,此时如机械温控可将冷藏室温控器关闭;如电脑温控冰箱,带关闭冷藏功 能的则关闭冷藏室,不带关闭冷藏功能的将电磁阀线圈直接引入220V。此时电磁阀带电,制冷剂直接流入冷冻室,冷藏毛细管出口处无压力,制冷剂也不会从这 里泄漏。

(3)将剪断的毛细管口进行修整,并迅速点燃焊枪对电磁阀与毛细管的接口处加热,拔掉残留毛细管,将修整好的毛细管插入接口并进行焊接,然后将电磁阀固定在箱体上,维修完成。如遇到阀芯内部损坏只能更换电磁阀。

    2、双稳态电磁阀常见故障有:线圈短路或开路;不能切换;阀芯内部损坏或脏堵。对不能切换的电磁阀确认后,若用改锥敲击无反应;只能更换。
常见故障:
1)电磁阀与毛细管连接处堵(F)
     现象:F室有可能有时冷有时不太冷
2)电磁阀与毛细管连接处堵(R)
     现象:冰箱不制冷但关闭冷藏F温度正常
3)电磁阀不换向(通在F)
     现象:R室不冷,不停机,F室温度低于设定
4)电磁阀不换向(通在R) 
     现象:R室温度有可能偏低,关闭冷藏,F不制冷

六、电控以及制冷系统故障的检修

 检修变频多循环系统的冰箱,先要判断出故障点。因整个系统的控制重重相扣,除常规的判别外,对维修人员的整体素质要求更加严格。除常规的硬件检修技巧还需对系统软件的流程有些了解,在检修中应熟知故障代码的含义以及控制原理!笔者(时任科龙服务工程师)下属服务人员检修一台其上门数次无法修复的智能冰箱,故障表象为“制冷不正常”以及显示屏抖动,该换的都换了,后来无法解决,要求我和他上门后,在检查中,发现其断电且从顾客口中得知制冷的时好时坏。我并未按常规去检查冰箱,而是打开开关面板检查,检查发现,用户家中的导线与面板接头虚接,而且导线已老化,将其处理后,告知客户须更换室内配线。细心是每个维修人员的基本素质。对于系统复杂的变频冰箱也是如此,技术在某些程度上具有极高的相似性,变频冰箱的维修在出现故障时的现象表面特征均会体现在制冷系统上。判断故障如看病,望、闻、问、切,不要急于动手!电脑冰箱是一个软硬件结合的产品,下面就软、硬件检修举些常规的案例!

       在上面我们已经谈到了一些控制部件,造成的故障源特征。本节不再重复。

        变频冰箱出现不制冷,首先要判别故障区域:电路还是系统故障。电路部分包括:电源、主控制板、电磁阀损坏,驱动模块、压机。而检修前需了解细节购买年限,压机是否工作、工作中排气(摸冰箱侧边的冷凝器),回气管温度以进行分辨,是否出现故障代码。

     大多电脑型冰箱常见的故障是电源故障,其中对于开关电源而言,比较常见的较是保险烧断,而其原因在于负载电路或者开关管,部分电源失效。造成整机不工作,一般主电源故障特征是不制冷、屏显,整机不动作。
    在出现上述问题时,(1)检查快熔FU是否烧断; (2)检查线路板上元件引线间有无碰锡、碰线或细金属落在二线间; (3)检查电容器、整流桥、逆变桥、集成电路等元件有无明显烧坏的痕迹; (4)检查线路板上是否有水滴(尤其在潮湿环境中使用的变频器); (5)检查线路板上是否有灰尘。 在将主控板取出测量测量各个电路的电阻值,其中以变频器、化霜、风机电路为主要测量点,一一检查。先静后动 ,先易后难。静是指不通电状态,动是指通电后的工作状态。问清故障时的一些特征,家中照明是否出现变化,以辨别是否属于电压异常导致的故障。这里补充一下变频冰箱的宽电压范围是特指压机供电回路,而不是所有回路。供电主回路还是220V。
测量冷态电阻,如正常开机检查,如冷态电阻测量不正常,需检查其故障开路还是短路故障。而其中的关键是检查变频回路,   可能是变频器的输出短路所引起。这是要对线路及电机进行检查,如果断开负载变频器还是过流,说明变频器的逆变电路损坏,应修理或更换。如拆开机器就发现严重的短路现象,整流模块和 IGBT 模块爆裂,短路造成的黑色积炭喷得到处都是,主回路两个继电器也爆开,主控板暂时没有发现问题,但驱动部分烧了好几处,另外储能大电容一部分都已发涨,电容板上的两颗大螺丝接触处全部烧焦,这就是西门子ECO变频器的通病,因为所有电量都是要经过这两颗铁螺丝,一旦铁螺丝生锈,很容易引起电容的充放电不良,这样电容发热,漏电,发涨到最后损坏重要器件就不在话下了,为了防止再次接触不良打火,在上螺丝的同时最好焊上几股粗铜线,维修触发板时不知道参数的,可以从控制板上完好的器件与损坏相同器件的对比,修复该板的电压分别为 -4.7V,-4.44V,更换损坏器件后,可以加电试验,试验步骤按主回路到控制空载,负载分别运行检查。加电试验前为保证器件安全,防止再次损坏重要器件,大容量电容器暂时不要装止,用两只小容量电容器代替,为了保护IGBT,电容器到IGBT的供电回路最好是串联白炽灯泡(也就是接个假负载),通电后如果显示正常,可以启动变频器,再测量6个触发脉冲,如果信号正常,可以去掉电容器与IGBT之间的灯泡,装上大电容器进行空载运行,正常后再接负载运行,经调试机器后一般可恢复正常。确定负载正常后,在逐级上推,对主控板进行检查,查看故障代码,对损坏部件进行更换,检修完毕后,对变频电路一定要测定其运行参数设置,这点和普通的电脑冰箱有所不同。

     其三是因制冷回路泄露造成不制冷,检修过程同普通冰箱,但注意制冷剂工质。

    制冷不良

1、双稳态电磁阀故障,前文以叙述。由于双稳态电磁阀接受的是脉冲信号,可以通过测量其静态电阻的方法,简单判断 其好坏线圈,或者采用维修手册中手动触发的办法。也可以通过使用冰箱的开关室的功能键,结合用手触摸转换室毛细管的温差去判断。如果无法判断是控制部分还是电磁阀的故障,可采取替换法。将电磁阀 上的电缆拆离原阀,接到新阀上,通电后用嘴吹电磁阀的进气管,看哪个出气管导通,由此判断控制板信号是否正确。

2、压机参数设置不对导致。 参数设定不当时易碰到的问题 (1)变频器在电机空载时工作正常,但不能带负载启动 。这种问题常常出现在恒转矩负载。遇到此类问题时应重点检查加、减速时间设定或提升转矩设定值。 (2)变频器开始运行,但电机还未启动就过载跳停 。如冰箱,投入运行时,跳停频繁。经检查,偏置频率原设定为3Hz,变频器在接到运行指令但未给出调频信号之前,电机将一直接收3Hz的低频运行指令而无法启动。经测定该电机的堵转电流达到30A,约为电机额定电流的3倍;变频器过载保护动作属正常。改偏置频率为0Hz,电机启动得以恢复正常。 (3)频率已经达到较大值,但电机转速仍不高 。比如一台新投用的变频器频率设置已经很大,但电机转速明显较同频率下其他电机低。检查频率增益设定值为200%。由于频率设定信号增益为设定模拟频率信号对输出频率的比率,即如设定频率为40Hz,实际输出频率仅为20Hz。将设定增益改为100%后,问题得到解决。 (4)频率上升到一定数值,继续向上调节时,频率保持在一定值不断跳跃,转速不能提高 。遇到上述问题,应检查最大转矩设定值是否偏小、变频器的容量是否偏小。

3、制冷系统故障,检修同普通冰箱。
  
     在维修制冷剂泄漏故障冰箱时,根据打开工艺管瞬间压缩机内有无气体来判断。注意:在打开工艺管前压缩机不要运行,如果运行需停机半小时后再打开工艺管。若 打开工艺管时,有微量气体喷出,可判断漏点在低压部分;若打开工艺管时,外部空气被吸入压缩机内;则可判定漏点在高压部分。这是因为在整个制冷系统中,低压部分占整个容积的95%,高压部分占5%,低压部分在运行时压力较低,停机时压力回升,因此在停机时漏气速度快,开机时慢。由于低压部分容积大,从开始 渗漏到发现,低压部分仍有少量制冷剂存在压力总是高于大气压,因而打开工艺管时有气体喷出。而高压部分是在运行时压力增高,停机时压力降低;所以运行时漏气速度快,停机时漏得慢,随着漏气时间增长制冷剂越来越少,高压漏气量越来越多,低压部分不断向高压补充。由于毛细管的阻流作用和高压部分的不断外漏,使低压部分形成负压,所以打开工艺管时会有空气被吸入压缩机。

软件部分:

冰箱的软件设计是在硬件电路设计的基础上,通过汇编程序来实现的。此电冰箱电控系统控制设计过程中主要完成以下几个功能:冷冻室及冷藏室温度采样并进行模拟到数字的转换,自动除霜功能,开门报警以及键盘扫描和LED显示。

该电冰箱控制程序主要由三大部分:主程序、定时器T0中断服务程序、定时器T1中断服务程序,以及外部中断0服务程序。

系统主程序

主程序是整个电冰箱的总控制程序,包括控制单元的初始化、控制中断、定时、显示,键盘程序的启动和重复等。本电冰箱的电控系统的核心部分是冷冻室和冷藏室、变温室的温度检测及控制电路。主程序中了对是否为冷冻室和冷藏室的温度键进行了逐步的判断,通过判断调用不同的子程序来实现对冷冻室和冷藏室的温度的控制。

主程序框图(示意图)如图4-1所示:

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 中断服务程序

中断服务程序包含很多,主要完成电源过压欠压处理,压机状态检测、开门状态检查及处理,以及冷冻室和冷藏室制冷压缩机工作时间定时。通过T0定时,实现每隔3min,检测一次冷冻室和冷藏室的温度,并读回温度值,转换为电压值,送给单片机。另外,每隔3min进行电源过欠压检测。工作于计数方式,通过计数达到延时3min的目的。T1的中断服务程序主要完成3min定时及温度、除霜等各种检测,根据检测结果,比较、分析以控制执行元件工作。


注:我国目前冰箱采用的制冷剂分为R134A和R600a两种,但是在检修R600a时,操作时需特别注意,操作以及打开工艺管后,需保持高效通风。
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