舒适型空调在低环境温度下工作的控制电路解决方案探讨

贾俊林　陈京乐

摘要：随着国民经济的发展，生产工艺要求及生活质量的不断提高，人们对空调的特性要求也越来越细化，各种舒适型空调及机房专用空调也应运而生。文章介绍了低环境温度条件下舒适型空调作为机房空调使用时不正常运转的原因及解决方法。

关键词：舒适型空调；冷却风量控制；低环境温度；控制电路解决方案；不正常运转 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

随着国民经济的发展，生产工艺要求及生活质量的不断提高，人们对空调的特性要求也越来越细化，各种舒适型空调及机房专用空调也应运而生。机房专用空调目前主要是艾默生、力博特和海洛斯等欧美专业品牌，但由于初期投资高昂，设备成本高，所以对一些小公司或大公司的小型机房则采用格力等国内品牌的单元机型作为机房空调。但舒适型空调在设计理念上与机房空调是不同的，它只是在夏季发挥降温功能，即更适合在空调工况下工作，当室外温度低于15℃以下时基本不能正常工作，强制运行时空调机组就故障频频，并且出现压缩机出现液击现象而造成损坏。本文就是介绍对此类空调设备（机房空调用舒适空调代替）进行改造的具体方法，使其在非空调工况下也能制冷，并且不至于造成设备的损坏。

1 提出问题

某直升机场指挥塔台机房和某国际机场航管站空调出现的问题：直升机场指挥塔台机房和某国际机场航管站共使用了五台某空调厂家KF-120LW/D的柜式空调，在2005年12月至2006年2月期间连续更换了五个压缩机，达到100%。由于故障集中，且时间间隔短，我们协同大金压缩机厂家对更换下的压缩机逐一解剖分析，原因是液击造成液态冷媒进入压缩机腔进行压缩时，由于液体的不可压缩使涡卷受到极大的横向剪切力，导致动静盘涡卷破碎，压缩机卡死，另外，破碎的碎片落到电机上又引起电机绕组短路烧毁。

2 分析问题

造成液击的原因有：（1）室内机风机不运转或空气循环短路；（2）系统内冷媒填充过量。经查室内机正常，不存在室内空气循环短路，原因可能是冷媒过量引起。虽然环境温度已较低，在20℃以下（晚上可能更低），但由于这几台空调都安装在机房内，各种机器工作过程中散发大量热导致室内温度较高，仍需降温以维持机房所需的温度范围（22±1）℃室外机风扇仍正常运转，所以造成冷凝压力及蒸发压力极低。回气压力在最低温度时只有0.2MP，造成回气管结霜，这样就容易给人造成缺少制冷剂的假象，维修人员看到压力低且结霜便加冷媒，结果越加情况越糟，造成更多的液体回到压缩机引起液击损坏压缩机。

舒适型空调的设计为小风量、大焓差，出风温度设计为6℃～8℃。机房专用空调的设计为大风量、小焓差，出风温度设计为13℃～15℃。舒适型空调出风温度为6℃～8℃，而在温度为24℃，相对温度大于等于50%时，露点温度为13.2℃，当低于此温度时空气中的水蒸气会凝结成水滴，表现在空调上就是出风带雾滴，这对靠近空调出风处的设备极其不利，会导致微电路短路等故障。舒适型空调在不考虑湿度对设备影响的前提下，对近端设备可以有效降温，但由于风量不足，导致换气次数不够，即对距离出风口较远的设备无法有效降温。机房专用空调出风温度较高（13℃～15℃）。设计上避免了“露点问题”，并通过大风量、高风压（换气次数最小设计为30次，即每2分钟将机房空气有效过滤一次）的设计的解决了机房整体降温问题。

舒适型空调在设计理念上只是在夏季发挥降温功能，当室外温度在15℃以下基本无法工作，而机房特点是发热量大，机房内的空调即使在北方冬季也要具备降温功能。机房专用空调的设计能够适应室外温度变化的要求，在-45℃～45℃都能保证空调24小时正常工作。所以舒适型空调在机房正常使用必须首先要解决低环境温度所带来的一系列问题。

3 解决问题

一部分有经验的维修人员采取的措施是放掉部分制冷剂，但由于掌握不好度，放得过多，结果又造成压缩机回气过热，引起压缩机热保护，仍解决不了问题，我们经过讨论认为，维持冷凝压力在一定范围是这类空调设备正常工作的一个重要条件。我们决定通过调整室外机换热量来调整冷凝压力，达到机器正常工作的条件。调整冷凝器换热量一般通过调整冷却风量来实现，即调整冷却风扇转速实现对风量的调节。经过广泛查找资料，结合实用、方便和造价低等各种因素分析，我们选用摩托罗拉公司研制的TDA1085C芯片，在该芯片基础上进行扩展制成一款通过检测冷凝器表面温度来控制室外风机运转的控制器，在对管路系统不进行任何改动的前提下，实现对室外机换热量的控制，保证空调机组在深圳温度最低的时候，也可以正常运行，并且最大限度地避免了由于环境温度低而造成的回气温度低所带来的一系列问题。

4 风速控制器控制线性关系及原理

第一，当风速控制器检测到管温在42℃以上时，电压达到最高（210V），风机正常运行，随着室外温度的不断降低，冷凝器的冷凝温度也在不断的降低，相应压缩机的排气压力逐渐降低，至此风机的电压随着管温温度的改变而降低。按图2线性关系变化（温度降低转速降低），当温度降至39℃，此时风机按最低电压（60V）运行，若此时温度仍持续降低到27℃，室外风机则停止工作。

第二，当风机停止后，室外压缩机的排气压力又逐渐升高，相应冷凝器的温度也提高，若此时管温传感器检测到温度升到35℃，室外风机启动按最低转速运行，若此时风速不能制约冷凝器温度（压力）的回升，当温度上升到39℃时将按照下图的线形关系变化（温度升高转速提高）直到42℃时风机正常运行。

5 TDA1085C概述

TDA1085C芯片通过控制双向可控硅的导通角来改变电机电压，从而调整电机速度。反馈测速装置检测出的电机速度数字信号可用作闭环控制系统信号。由TDA1085C构成的调整系统具有速度稳定性高、结构简单、外接元件参数调整简便、成本低廉等优点。其主要特点为：交流电源直接供电；内含频率电压变换器，可将电机速度的数字信号转换成模拟电压信号；片内速度上升率发生器在电机整个转速范围内可设定两种速度上升率，具有软启动功能，在电源断电、波动、电机过流时，监测电路可提供各种保护。

6 TDA1085C性能及原理

6.1 TDA1085C的组成

TDA1085C由电压调节器、速度检测器、上升率发生器、控制放大器、电流限制器、监测电路和触发脉冲发生器等组成，共有16个引脚。具体构造及管脚功能如图3，各管脚说明如表1所示。其中5脚的速度给定电压经上升率发生器与速度检测器输出信号比较，再经控制放大器最终控制触发脉冲发生器，使其发出相位可调触发脉冲信号，从而构成一个速度反馈闭环控制，利用这一功能进行风机速度的设定。输入高电平时，输出风机电压为高，输入电平降低，控制风机转速降低，输入最高电平时输出电压为210V。

6.2 TDA1085C工作原理

6.2.1 电压调节器。TDA1085C内含的电压调节器是并联型的，它能吸收大电流，提供良好的稳压特性，在该电路中交流220V电压经过半波整流以及限流滤波后在9脚产生Vcc，同时Vcc又是被检测的电源电压，当Vcc达到预定值后，多余电流被吸收进入10脚，10脚电压为3V，吸收极限电流为35mA，当Vcc低于14.6V时TDA1085C复位并禁止输出。

6.2.2 速度给定。TDA1085C的5脚为速度给定端。为确保零转速的可靠性，让5脚在给定0～80mV内，均认为是零转速。

6.2.3 速度检测。TDA1085C的4脚为电机实际速度输入脚，该脚电压实际上代表了实际的速度反馈所对应的电压值。调整4脚外接电阻就调整了整个反馈的增益，也就改变了电机转速与其给定电压的对应关系，12脚有检测功能，当12脚电压超过15V时禁止输出触发脉冲，芯片复位实现监测保护功能。

6.2.4 速度上升率设定。速度上升率由TDA1085C的6脚进行控制，5脚设定速度后，速度上升率发生器对7脚外接电容充电，直到Vpin4（反映实际电机转速）等于Vpin5，即实际速度与设定相等，当Vpin4﹤Vpin5时为高速度上升率，当Vpin6≤Vpin4≤2Vpin6时为低速度上升率，当Vpin6=0时，即6脚接低电平时，在速度上升过程中只有高速度上升率。

6.2.5 控制放大器。控制放大器将实际速度信号Vpin4与设定速度信号Vpin5差值放大，Vpin5通过速度上升率发生器加到控制放大器输入端，16脚为放大器输出端，直接控制触发脉冲发生器。为确保在任何工作条件下的稳定性和最快的瞬间响应，16脚需要外接阻容网络，具体参数值可通过调试进行确定。

6.2.6 触发脉冲发生器。在交流电的每半周期，触发脉冲发生器将控制放大器输出的直流电平转换成相应比例的触发信号，13脚为触发脉冲输出，最大输出能力为200mA。若由于干扰使双向可控硅未能触发，可再次提供触发脉冲。触发脉冲宽度和重复周期与锯齿波斜率反比。

6.2.7 负载电流限制电路。为保证电机和双向可控硅的安全，必须限制双向可控硅通过的电流，电机电流在分压电阻上产生交变电压，负半波传送到3脚，3脚电压为正极性，当电机电流增加时，3脚的负半波也增大，只要3脚相对8脚电压稍一变负，就有电流流入3脚，该电流被放大后，使7脚电容放电，导致触发脉冲导通角减少，使负载电流下降，直至最终平衡。

7 风速控制器的调试

第一，表2为低温制冷用传感器对应温度阻值表，其中R25℃=5KΩ+1%、B（25/50）=3450K+1%。

第二，参数设定：（1）调整RW2，使CN1（Vref）与CN2（弱电地电平）间电压为8V；（2）将电阻箱设定到对应39℃时的阻值即2.98K，调整RW1使CN2与S1端的电压为1.58V。RW1用于补偿温度传感器参数；（3）将电阻箱设定到对应27℃时阻值，即4.63K调整RW3使输出电压为60V；（4）调整RW1，使其管脚两端阻值变大，使相同的芯片信号输入下传感器的阻值更低，能够提高控制的温度范围；（5）调整RW2，使Vref电压升高，可以提高风机恢复启动温度点；（6）调整RW3，使分压升高，可以提高控制风机的最低电压（风速范围，最低电压受风机启动转矩限制，不能过低）。

8 效果分析

经过加装风速控制器后运行证明，效果明显，机组运行安全可靠，五台机组至今未曾有压缩机损坏，从某空调厂家内部统计数据显示2005年全国范围KF-120LW/D型号更换压缩机造成的损失是1000多万元，其中1/3以上是由于液击造成的损坏，按照我们的设计不足一百元便有效解决了2000多元的压缩机液击造成的损坏，如果此项技术得以推广，每年应该能为某空调厂家节省300多万。应该说，这是一项有广泛应用前景的实用型的

技术。

参考文献

[1] 郑安平，陈新.通用电机速度控制器TDA1085C原理及应用[J].国外电子元器件，1999，（7）.

作者简介：贾俊林（1971-），男，安徽蒙城人，供职于深圳市机场（集团）有限公司动力分公司，研究方向：空调及制冷系统自动控制系统建设。

（责任编辑：黄银芳）