该款外机为全直流变频空调,外机底板使用行业中少有的镀锌钣金材料,如图1所示,确保长时间不生锈的耐用性与强度。外壳螺钉材质使用不锈钢,内部螺钉使用铝制材料。
1.室外热交换器
该款外机的内部结构复杂,器件安装位置紧凑,性能稳定。室外热交换器采用9.53mm的双排翅片设计,确保足够的换热面积,保障产品的制冷、制热的稳定性。而国内大部分的空调品牌1HP空调室外热交换器一般使用6.35mm~9.53mm的单排设计,有部分一级能效比的采用双排网布置。
2.变频压缩机
该款空调使用的是三菱电机广州压缩机工厂生产的龙骨马达类型压缩机,型号是KHB104FTVA,如图2所示,具有静音、耐用和能效高的特点。是最后一代使用R22冷媒的三菱电机全直流变频-级能效比空调器,之后的全直流一级能效比变频空调的型号是ZD、ZF等系列,改为使用环保的R410a冷媒。
KHB104FTVA变频压缩机工作电压范围宽,能在IPM模块输出,接近正弦波的AC65V~194V使用;工作频率范围广;使用R22冷媒,内部冷冻油是矿物油。
该款变频压缩机三根接线柱,两两之间的阻值约为1.5Ω左右。绝缘电阻均大于2MΩ。压缩机壳顶部安放了一只排气温度检测传感器,如图3所示。
3.电抗器
电抗器其实就是大电感。由于变频空调采用二极管作为整流器件,而且二极管的非线性特点,导致输入电源的电压与电流有相位差,如果得不到改善,就会使产品的功率因数偏低,无功耗能大。为了改善变频空调功率因数,应使电流波形尽量与电压同相位,所以需要引入电抗器蓄能及调整波形的作用。
该款机器的电抗器安装在压缩机腔左侧立板的中上部,如图4所示,这,样可避免水淹漏电危险,但是也有部分国内变频空调把电抗器安装在下部,这样容易出现受潮、水淹等情况。还有一些变频空调产品没有安装电抗器,无视功率因数的调节作用,增加了用户电力运行费用,影响电网的质量。
4.四通换向阀
空调为了实现制冷、制热循环的切换,使用了四通换向阀,如图5所示。该机使用的是佛山生产的,具有很好的稳定性和可靠性。该换向阀的线圈电压是AC220V~AC240V,若其损坏可以使用其余品牌的线圈替换。
5.外机电控板
外机电控板安装在压缩机腔的顶部,如图4所示,主要由电源输入功率板和变频控制基板组成,如图6所示。电源输入功率板主要就是对变频板供电、EMI滤波器、四通换向阀供电等。变频控制基板是整台空调外机控制的大脑,能实现对压缩机、外风机、各种传感器以及保护电路的数据采集与控制等。
6.全直流变频风机
该款空调为全直流变频空调,外风机使用的是直流电机,而且是外驱动8线款的,详见外风机控制与保护篇章。现在有些厂家使用内置驱动板的风机,就是把驱动模块全部放置在外风机壳体内,如图7所示,实现驱动+电机一体化封装,节约制造成本,但是散热以及稳定性相对没有外置式的好。
7.电子膨胀阀
电子膨胀阀就是一款能实现冷媒流量调节的节流装置。该款空调采用的是不二工机6线的电子膨胀阀,如图8所示,供电电压是DC12V。在实际应用中,可以使用5线的步进电机更换,但是要注意制冷量相当。例如,电子膨胀阀损坏可以使用性价比高的三花DPF(Q)1.3C替换。
二、空调制冷(热)系统原理制冷(热)系统原理图如图9所示。
1.制冷工作原理
机器处于制冷模式时,四通换向阀的电磁线圈不通电,维持图10所示管口的接通状态,管口1与4通,管口2与3通。压缩机工作时,从室内热交换器处吸入低温低压制冷剂气体,通过压缩机做工,从排气口排出高温高压制冷剂气体,经消音器后进入四通换向阀的1口,从4口出接到室外热交换器,通过轴流风扇的强制对流热交换,冷凝为高压中温制冷剂液体,经过滤器过滤杂质,电子膨胀阀节流降压,气管消音器后接到二通截止阀,使冷媒在室内热交换器中气化蒸发,经三通截止阀后接到四通换向阀的2口,从3口出,被压缩机吸气口吸入低温低压的气态冷媒,从而实现制冷循环。
2.制热工作原理
四通换向阀电磁线圈得电,改变里面柱塞的位置,使管口1、2接通,3、4接通,冷媒流动方向如图11所示。
压缩机从吸气口吸入低温低压制冷剂的气体,做工后从排气口排出高温高压制冷剂气体,经高压排气消音器进入四通阀1口,从2口出,高温气态冷媒经三通截止阀直接接到室内热交换器,贯流风扇工作,冷热交换把热风吹向房间进行制热气流循环,通过二通截止阀接消音器电子膨胀阀、过滤器至室外热交换器吸收环境热量气化蒸发,并从四通换向阀的4管口入3管口出后接到气液分离器,气液分离后气态低温冷媒被压缩机吸入,形成制热循环。
三、“变频”切换“定频"方法及其应用
该款空调为了方便无遥控开机、维修充注冷媒方便以及调试需要,可以由变频切换至定频运 “变频”切换“定频”方法:打开空调的面板盖,找到应急运转按钮,如图12所示。当按一次时,机子就是制冷模式定频运行;当按两次应急运转按钮,就是制热模式定频运转。此模式也称为“试运行模式”,当机器运行30min或任意按压遥控器按钮时,自动切换到非定频模式运行。此功能,对于维修空调的师傅而言很重要,可以更好、快捷诊断、维修空调。
“变频”切换“定频"模式的应用:当因移机或空调要充注、补加冷媒时,由于携带电子秤麻烦,一些维修师傅采用把机子由变频运转切换到定频,这样通过表压法充注冷媒量相对比较准确。如果处于变频运转状态,充注冷媒压力不好把握,可以使用手动应急运转(试运转)开机,管路排空后就可以对系统充注冷媒。夏季,一般定频模式下冷媒低压侧运行压力在0.45MPa~0.65MPa之间(具体依据外机周边的环境温度而定)。电流一般在2.4A~3.2A之间(随着使用环境温度而定)。
四、 外机电控板接插端口功能
三菱电机MSZ-ZC09VC全直流变频空调外机电控板由两块板组成:一块为电源输入功率板,另一块为变频控制板。电源输入功率板主要对AC220V电源进行EMI滤波,电源接通/切断控制等;变频控制板是整台外机控制的核心,该板子通过控制IPM功率模块从而控制变频压缩机转速,间接调节制冷量;能实现对电子膨胀阀开度控制,实现供冷(热)的负荷需求;能实现对外风机的转速控制(仅有高、低速),满足不同冷量匹配热交换的需要;能对四通换向阀制冷/热切换的控制;能对各种温度电流 数据保护,确保空调安全、稳定运行等。
1.电源输入功率板(如图13所示)
交流AC220V电压从TAB61 (白色线)、TAB62(.蓝色线)输入,经EMI滤波器提高电源质量,从继电器X64输出电压接变频板整流桥DB61、DB65、CN726、CN727接变频板的CN725,主要是X64.X63(四通换向阀)继电器控制、电流检测控制以及+12V电源供给等。
2. 变频板(如图14所示)
CN725接电源输入板的CN726.CN727插接端口;CN724接电子膨胀阀;CN641接外机排气温度传感器和除霜温度传感器;CN642模块铝散热片温度传感器;CN601通信电路接口;CN932外风机接口;CN931外风机霍尔传感器接口。
五、空调传感器电路原理与检修
管温、室温传感器作为采集温度数据重要的器件,在本变频空调中起着十分重要的作用。往往通过传感器采集的温度信息通过传感器输入电路来得到不同的电压值,送到CPU中,来控制空调器的温度、压缩机转速、风速、除霜以及防冻结保护等。外机传感器安装位置如图15所示。
1.内外机传感器电路原理
(1)室温传感器(RT11,如图16所示)
主要用于检测房间的温度,以便与遥控设定的温度比较,决定是开或停止压缩机运转。当检测温度比设定温度高0.59C以上时,压缩机运转;当检测温度比设定温度低1C时空调压缩机停止运转。实测RT11传感器阻值大约在8kΩ/30°C。
(2)室内热交换器管温传感器(RT12、RT13,如图17所示)
变频空调在实际运行过程中,蒸发器管温传感器RT12、RT13(一主一次)检测室内热交换器出口、入口温度通过传 感器输入电路转为电压数据送入CPU,从而调节电子膨胀阀的开度与压缩机的转速等。
这两个管温传感制冷时能起到防冻结保护(系统缺冷媒,导致室内热交换器结冰的保护功能)作用,在制热时能起到防冷风保护(要求室内热交换器制热时达到一定的温度内风机才能运转,避免一开机就运转,出现吹冷风现象)作用。实测RT12、RT13传感器阻值大约在8kΩ/30°C。
(3)压缩机排气口传感器(RT62,见图15所示)
用于检测排气温度,以便对压缩机转速、电子膨胀阀流量进行控制与保护。正常排气温度在75°C~95°C之间,如果检测排气温度达到110°C,压缩机就会降频运行,达到115°C压缩机停转,报排气高温保护。实测该传感器阻值大约在220kΩ/30°C。
(4)室外机除霜管温传感器(RT61,如图18所示)
制热模式下,压缩机连续运转大于30min,而且RT61检测管温小于3°C,压缩机立即停止运行。压缩机停止运行50s后外风机停转,同时四通换向阀继电器吸合,再过5s压缩机开启进入除霜模式。实测该传感器阻值大约在10kΩ/30°C。
(5) IPM散热片温度传感器(RT64,如图19所示)
主要用于压缩机驱动模块(IPM)过温升保护。当该温度传感器检测到IPM模块的温度达到80°C则保护停机3min后会自动重启,如果故障依旧,外机停机,且外机的LED指示灯每隔2.5s闪烁7次。
以上数据通过热电偶万用表测量,由于测试的环境、机器的性能以及仪表的差异,测量难免有误差,数据仅供参考!外机传感器电路原理图如图20所示。
2.传感器电路常见故障检修
例1:一台三菱电机MSZ ZC09VC 全直流变频空调,早上、晚上制冷基本正常,但是中午、下午经常不制冷。故障检修:上门检查,时值夏季的中午,开机内外机运转,能制冷,但制冷效果不理想,运行大约13min后外机停转,内机运行指示灯闪烁,每隔2.5s闪烁5次。用户描述,机器已使用9年一直没有维修过,这是第-次。检查内机的过滤网干净,出风量正常,很不容易才爬到外机位置,发现外机的热交换器翅片已经严重堵塞,估计散热不良导致制冷效果差,早上、晚上基本能制冷,而中午、下午不能制冷说明受环境温度的影响比较大,足以说明散热确实有问题。
使用涤尘清洗外机翅片后,上电开机,外机冷凝风扇出风量大,内机制冷效果明显改观。事后分析,一旦室外热交换器翅片堵塞,就会导致散热不良,内机蒸发温度高,压缩机吸入冷媒温度高,排气温度也高,当排气温度传感器检测到排气温度达到110°C时压缩机开始降频,一旦达到115°C时压缩机保护,外机停转,内机运行指示灯就会报故障,每隔2.5s闪烁5次。
提示:这是一台典型的因制冷系统散热不良导致排气传感器检测过温升报故障的机器。在检
修故障保护的机子时要区分故障类型、范围,确定是冷媒系统还是电气系统导致的故障。在检修过程中,还要思考制冷系统和电控系统的关联性,这样可以提高检修效率。
例2:一台三菱电机MSZ- ZCO9VC 全直流变频空调,内外机运转正常,大约2h左右,外机停转,内机运行指示灯每隔2.5s闪烁3次,外机LED指示灯每隔2.5s闪烁1次。
故障检修:上门检查,开制冷模式,内外机制冷正常,使用大约2h左右,外机停止工作,内机运转,内机运行指示灯每隔2.5s 闪烁3次,外机LED指示灯每隔2.5s闪烁1次。能运转2h才出现故障,说明制冷系统基本正常,问题可能出在电控部分。用户告知,外机安装在楼顶,由于没有使用地架而是直接把外机安放在楼板上,近些年由于楼板下水口不畅,导致外机被水淹了多次,之后陆续就出现此故障。
走上楼顶平台,打开外机盖,发现的确有水淹过的痕迹,检查没有线路破损,用万用表逐一检测外机传感器、排气传感器阻值有242k2,正常。但测量除霜传感阻值时为o ,说明器件断路,由于除霜传感器安装位置较低,相对容易水淹失效。换用新的传感器后故障排除。
提示:由于传感器被水淹过,容易导致失效,因此,安装空调一定确保外机距屋面要有一定高度,避免水淹。否则容易触发漏电、器件加剧老化甚至损坏的现象。
例3:一台三菱电机MSZ-ZC09Vc全直流变频空调,开机正常制冷,30min左右,外机停止,外机的LED指示灯每隔2.5s闪烁7次。故障检修:上门检修,用户反映前段时间有个师傅来维修家里的其他房间空调,顺便也让师傅把这台空调加一下冷媒,结果制冷效果反而变差,而且开机30min左右就会出现外机停转、外机LED指示灯每隔2.5s闪烁7次的报故障现象。查阅维修资料得知属于散热片温度传感器过热保护。
通过检测与分析,开机时使用热电偶测量IPM散热器的温度:开机20min时达到78°C,接近30min时达83°C,此时外机停转,外机的LED指示灯每隔2.5s闪烁7次。开始以为压缩机问题,测量三端绕组正常,开机测量运行电流达到4.8A(额定电流为2.7A),低压侧压力达到0.8MPa,明显不正常,再结合用户的描述,初步判断之前的维修工加注冷媒过量导致压缩机负荷变大,运行电流变大,IPM(驱动模块)温升过高,一旦散热片传感器检测超过839C就会报故障停机。重新开机,开定频运转模式,泄放部分冷媒后机子修复!
提示:这是一台因冷媒充注量过度,导致压缩机工作电流大,IPM发热大从而使散热片传感器检测过温升报故障并停机的实例,要求维修人员要用多维角度看待故障现象,有时用户的信息是维修的突破口,给维修工作带来便利。
六、电源输入电路原理与检修
电源输入电路在电控板中的位置如图21所示,电源输入电路原理图如图22所示。
1.电源输入电路原理
三菱电机MSZ-ZC09VC全直流变频空调电源输入电路专门设置了一块板子,如图21所示,空调制造企业称之为电源功率控制板。该板子主要设置了防雷瞬间过高压保护电路、AC220V电源的EMI滤波器、电源供电继电器X64、四通阀供电继电器X63和电流检测电路。
(1)防雷瞬间过高压保护电路原理
由NR63、NR64压敏电阻以及放电管(接闪器)DSA61组成,如图23所示。如果有雷电或瞬间高电压串入电源电路,接闪器就会把瞬间高电压泄放到LDF接地端,避免高电压进入后面的电路导致烧毁器件。
如果进入电源电路的瞬间高电压比较高,就会把NR62压敏电阻直接击穿短路,从而把内机的保险管直接短路熔断,停止供电而保护电路。压敏电阻NR62型号是V14471U,见图23所示,表示该压敏电阻的直径是14mm,最大承受的电压值是470V,一旦损坏后更换时要注意,必须要选用高于450V的压敏电阻,但也不能选用耐压值过大的,否则起不了保护作用。
(2)EMI滤波器原理
EMI滤波器是一种为了消除电磁干扰而设置的滤波器。它由CX61、CX62差模安规电容、CY67、CY68、CY61、CY62、CY63、CY64共模安规电容以及L62、L63扼流线圈组成。
当有电流通过电路板或走线时,这条路径便成了向外辐射噪声的天线。当附近有其他电子设备时,此电波就会干扰到其他电子设备的正常工作。例如,在收音机旁放有电子产品时,收音机的音频会混入杂音。这就是电子产品的电路中发出的噪声,干扰了收音机的接收天线而产生噪声。当严重的噪声进入电路时,会造成信号失真,甚至导致电路发生故障。噪声的传播不仅限于由空间传递电波,还会通过电源线等传递给连接的设备。又由于开关电源的开关管工作于高频状态,也容易产生大量高次谐波,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。
因此,为了确保电源的质量,该机子在电源电路中接入了由电容、电感线圈组成的EMI滤波器,通过滤波器能够把差模干扰信号、共模干扰信号通过地线得以滤除、泄放。
(3)电源供电与四通换向阀供电原理
电源供电原理:外机变频板的电源必须驱动继电器X64工作,触头闭合才会给变频板正常供电。而变频板的小电流供电主要由与X64触头并接的两只电阻R64A、R64B作为供电,使变频板得到AC220V,从而使开关电源、CPU等工作。一旦CPU接收到外机工作指示时,就会从CPU发出高电平经M54566反相器后输出低电平接到CN727⑥脚,X64得电工作,触头闭合,大电流输出至变频板,为启动外机做准备。
只有X64触点闭合,CT线圈才有电流流过,通过CN726③、④脚及电路处理后到CPU,CPU收到电压认为X64已闭合,才会处于待机状态。如果X64触头不闭合外机则处于不能工作状态(开关电源除外,因为开关电源由R64A.R64B跨接小电流供电)。
四通换向阀供电原理: 上电后外机的四通换向阀会进行瞬间得电换向动作的自检,或制热工作时四通换向阀也需得电。当CPU收到四通换向阀得电工作信号时,则发出高电平,经M54566反相器后输出低电平接到CN727①脚,继电器X63得电,触头闭合,从CN721送出AC220V电压供给四通换向阀线圈,线圈得电工作,由电生磁,改变内部阀芯位置,从而改变管口位置,实现制热模式。
(4)电源供电输出
电源供电经电抗器L61后,一路接DB65整流桥为PFC(功率因数)电路供电;另一路接DB61整流桥为变频板的压缩机IPM、风机IPM(直流电机变频驱动芯片)模块、开关电源等供电。
2.电源输入电路常见故障检修
例1:一台三菱电机MSZ- ZC09VC 全直流变频空调,外机不工作,听见外机有继电器吸合声,但3s左右又听见触头断开声。故障检修:上门检查,发现内机能开机,但外机不工作。打开外机机壳,看见外机指示灯亮但一直闪烁,说明内机供给外机的AC220V电压正常。重新上电开机, 3min后内机继电器工作,送电到外机后能听见外机X64吸合,但约3s又有断开声,用万用表测量X64已动作,但马上又断开。认为外机变频板保护电路有问题,仔细检查发现发现X64线圈触头接触不良(.上电后虽然有吸合动作,但触头是没有闭合的),由于没有电流流过电流互感器CT,CN726③、④脚也就没有电压送到CPU,CPU误判为机器故障,所以3s左右X64从吸合动作跳到断开,更换X64后故障排除。
提示:此例故障,CPU没有侦测到CT电流互感器送回的电压,但又送出了X64 动作的信号,继电器短暂吸合后断开,在实际检修过程中应清楚控制逻辑,否则维修会陷入困难。更换的继电器建议使用进口欧姆龙、松下等品牌,以提高继电器的耐用性,因为继电器触头工作电流大,长时间频繁动作易烧蚀触点,导致接触不良或不接通现象。
例2:一台三菱电机MSZ- ZC09VC全直流变频空调,外机有时能工作,有时不能工作。故障检修:上门检查,看内机铭牌发现该机使用11年了。用遥控器开机内机能工作,3min后外机也运转,重新开机后外机又不工作了,用遥控器调为制冷模式的最低温度,等了大约10min, 外机未运转,仅是内机送风的状态。
对内机、外机电控板逐一检查,没有发现元件、线路损坏或虚焊。测量内、外机板各路电压,一切正常,维修陷入瓶颈!
拆内、外机板回工作室维修,接上负载、传感器等,开机发现内机继电器每次都能吸合动作,但是外机继电器还是有时吸合有时不吸合。因元件、线路无异常,所以先对板子进行清洗、烘干,但故障依旧。不吸合时X64线圈没有DC12V电压,经查,反相器、CPU没有输出,但也没有虚焊,M54566反相器也无异常,开关电源输出的各路电压正常,CPU复位电路、晶振电路也正常。是否因电源质量差或者EMI滤波器性能变差,导致电路高次谐波影响电源质量,使CPU达不到起控的条件?逐一:更换差模安规电容CX61、CX62,共模安规电容CY67、CY68、CY61~CY64后,经通过不同时间段多次试机,确认故障排除。
提示:一些使用10年以上的空调,要考虑器件老化对机器的影响,可采取替换法检测,因为器件老化可能在使用仪表测量时,并不精准。
例3:一台三菱电机MSZ- ZC09VC全直流变频空调,不制热,内风机一直无风。故障检修:该机制热模式一直没有热风出,经查发现外机工作,内机热交换器开始结冰,开机大约8min~10min后内机运行指示灯每隔2.5s闪烁2次,进入保护模式(属于室内管温传感器故障)。经测量RT12阻值为16kΩ(环境温度15°C)。说明该管温传感器没有故障,细查故障后发现四通换向阀没有供电,再测量是由于电源输入电路板中的X63继电器触头损坏所致,如图24所示,听到动作声,但是触头没有真正吸合,导致四通换向阀不通电,没有真正由制冷至制热换向,所以空调仍然按制冷模式运行,由于室内管温传感器检测热交换器温度一直处于未达到制热的管温,起到防冷风保护,因此一直没吹风,并报故障。更换12V继电器后故障修复。
提示:四通换向阀线圈断路也会导致这种情况。关于更换的DC12V继电器,由于该款的是薄装欧姆龙G5NB-1A系列,见图24所示,并且安装位置周边有大量空间,只要触头额定电流值大于3A/AC250V均可替换,脚位不一样可以采用跳线的方式,元件需用硅胶等作适当固定。
七、PFC电路工作原理与检修
PFC电路在变频板中的位置及主要器件,如图25所示。PFC电路控制原理图,如图26所示。
1. PFC电路工作原理
(1)PFC电路作用
PFC电路是功率因数调节电路,主要用来表征空调产品对电能的利用效率。功率因数越高,说明电能的利用效率越高。变频空调电源由于采用AC-DC-AC变换模式,电源采用传统的非线性器件二极管组成的桥式整流、电容滤波,会使AC输入端电流产生严重的波形畸变,向电网注入大量的高次谐波,因此网侧的功率因数不高,仅有0.6左右,并对电网和其他电气设备造成严重谐波污染与干扰。早在80年代初,日本本土品牌的变频空调已对这类装置产生的高次谐波电流所造成的危害引起了关注并采用措施提高功率因数。1982年,国际电工委员会制订了IEC55-2限制高次谐波的规范(后来的修订规范是IEC1000-3-2),促使众多的电力电子技术工作者开始了对谐波滤波和功率因数校正(PFC)技术的研究。变频空调产品中引入PFC电路,就可以大大提高对电能的利用效率以及满足压缩机高频运转时所需的大电流。
PFC有两种,一种是无源PFC ( 也称被动式PFC),一种是有源PFC(也称主动式PFC)。无源PFC一般采用通过在电源电路中添加大电感(电抗器)补偿方法,减小交流输入的电流与电压之间相位差来提高功率因数,但无源PFC的功率因数不是很高,一般只能达到0.7~0.8,国内早期的变频空调主要采用这种方式提高功率因数。
有源PFC由大电感(电抗器)、电容及功率因数驱动电子元件组成。通过专用芯片、可靠的算法及合理的电路去调整、控制电流的波形,以对电流和电压间的相位差进行补偿,使电流与电压波形相位尽量同步。主动PFC的功率因数通常可达0.9以上,由于采用PFC控制电路及器件的成本相对较高,所以只有在功率较高的电器产品上才会使用这种设计。近年国内知名品牌变频空调普遍采用有源PFC控制技术来提高功率因数。
(2)PFC电路工作原理
PFC电路主要由DB65、TR821、PC821、IC821、IC621、IC851组成。DB65是25A全波整流桥;TR821是高速功率三极管,型号为GT30]322,最大工作电流达到30A;PC821是PFC驱动专用IC,型号为TLP351,如图27所示,由开关电源1、2端绕组经D883二极管整流、C881滤波后输出直流电压专供此驱动芯片;IC821、IC621为与非门集成块,如图28、29所示,用于控制高低电平信号,间接控制PFC输出的PAM脉冲;IC851是外机的CPU,依据采样信号分析,通过过脚输出PAM脉冲幅值调制波形,用以控制PFC电路。
刚开机压缩机处于低频启动时,PFC电路未工作,当压缩机转速上升,PFC电路启动。CPU的③、⑤脚都输出高电平,送到IC621( HCOO )的①、⑨脚, 而②脚接下拉电阻R82F,通过与非门逻辑关系,从③脚输出高电平,同理⑤脚也为高电平,加到IC821(HCOO )的②脚为高电平。如果送到IC621④脚电压正常(正常时是高电平,保护动作时是低电平),则⑥脚输出低电平。
与非门的另一侧,如果IPM变频模块工作正常,模块的④脚通过上拉电阻R623接+5V,所以IC621 13脚为高电平,12脚与⑧脚并接后接下拉电阻R626为低电平,从11脚输出高电平。从CPU的宣脚输出高电平,加到IC621⑨脚,而10、11脚并接也是高电平,通过与非门逻辑关系,因此从⑧脚输出低电平送到IC821①脚。
由于送到IC821①脚为低电平,②脚为高电平,通过与非门逻辑关系,③脚输出高电平,使TR822(NPN型三极管)工作,IC821④脚为高电平。此时,如果CPU的②脚输出PAM脉冲,TR823(NPN型三极管)工作,通过发射极送PAM波到⑤脚,当⑤脚处于PAM脉冲波高或低电平时,⑥脚输出PAM波,送到PC821(TLP351,PFC驱动IC),如果送到③脚的波形为低电平时,②、③脚有电压差,TLP351工作,⑤脚送出放大后的PAM波,与交流电的过零点同步,来驱动TR821对电抗器进行储能;如果送到③脚的波形为高电平时,②、③脚无电压差,TLP351暂停工作,⑥脚输出低电平,送到TR821的基极为低电平,截止,此时电抗器储存的能量抬高电压迫使整流桥、滤波电容等电路中的电流跟上电压波形,提高功率因数。PFC电路一直处于工作或停止的快速切换状态,保障供电需要,调节电流与电压波形至同相位,提高功率因数。
(3)PFC母线电流过大保护原理
如果PFC电路母线电流过大,就会流经电阻R831(阻值为0.025Ω),当电流达到25A时,在电阻两端形成0.625V的电压差,通过R832后加到光耦器PC831(NEC2501)初级输入端,内部的发光二极管工作,次级导通,从而使IC621④脚被拉低至低电平,而③、⑤脚本身已并接至高电平,所以⑥脚输出高电平,再次进入②脚与①脚的高电平与非门后从③脚输出低电平,加到CPU的④脚,报PFC电流过大(短路)故障,通过CPU同步控制外机X64断开触头,切断主电源电路;同时CPU的②脚停止输出PAM脉冲波,PFC电路无信号输出。另一路加到IC821②脚。由于①脚为高低平,②脚由于电路保护动作得到低电平,与非门逻辑控制后③脚得到高电平,TR822不工作,④脚为低电平,而⑤脚由于没有得到CPU②脚的PAM脉冲波输出也为低电平,⑥脚输出高电平接到PC821③脚,由于②、③脚之间没有电压差,导致TLP351不工作,从⑥脚输出低电平,TR821不工作,PFC电路处于停止状态,实现保护停机,外机变频板红色的LED指示灯每隔2.5s闪烁2次,予以过流保护提醒。
(4)IPM变频模块电流过大保护原理
如果IPM模块电流过大,模块就会进行保护,避免更大范围损坏元件。从IPM④脚输出低电平(FO保护信号)加到IC621 13脚,12脚通过上拉电阻R624接+5V,为高电平,11脚输出高电平,而11脚与10脚并接也是高电平、CPU 5脚送到IC621⑨脚的高电平通过与非门逻辑控制,使⑧脚输出低电平,加到CPU的⑥脚,报IPM模块故障,通过CPU同步控制外机X64断开触头,切断主电源电路;同时cPU的②脚无PAM脉冲波信号输出。另一路低电平加到IC821①脚。由于IC821②脚是高电平而①脚为低电平,通过与非门逻辑控制③脚输出高电平,所以TR822不工作,④脚为低电平,而⑤脚由于受到CPU保护所以没有PAM信号,为低电平,通过与非门逻辑控制⑥脚输出高电平,加到PC821③脚,由于与②脚没有电位差,内部的发光二极管不工作,⑥脚为低电平,因此PFC功率驱动三极管TR821不工作,进入保护状态,空调停机,外机变频板红色的LED指示灯每隔2.5s后闪烁12次,予以IPM模块过流保护提醒。
2.PFC电路常见故障检修
例1:一台三菱电机MSZ-ZC09VC全直流变频空调,低频运转正常,一旦压缩机升频就会停机,且室外变频控制基板.上红色LED灯每隔2.5s闪烁13次。故障检修:根据故障现象可知DC电压异常。重新开机低频启动后在升频时测量大滤波电容两端的电压为DC273V,明显偏低,对三颗大电容放电后检测负载没有短路现象。再次上电开机,压缩机启动瞬间有DC314V电压,比较正常,但是-升频DC电压严重下降,报直流电压异常保护。细查后发现电阻R831一个引脚虚焊(该电阻正常工作时承受的电流较大,用的是5W的水泥电阻,容易出现虚焊现象),导致PFC电路负极不能构成回路,致使PFC电路不启动,因为压缩机高频运转时需要的电流比较大,由于PFC电路不能工作,所以直接把DC电压拉低,出现报DC异常故障。补焊后试机,故障排除。
提示:PC821、TLP351 IC821、TR823、TR822损坏,也会导致压缩机低频能短暂运转,一旦升频就出现停机现象。
例2:一台三菱电机MSZ-ZCo9VC全直流变频空调,外机继电器X64不吸合,外机不工作。故障检修:上门检查,发现内机能开机,3min后内机继电器也能动作,但是外机继电器X64不吸合(导致外机变频板大电流电路不通电,外机不工作),经过测量,X64绕组、触头一切正常。机器上电时,测量外机接线端子S1.S2有AC220V电压,但X64的线圈两端没有+12V电压(控制端信号没受控输出,所以继电器不工作)。细查后发现TR821已击穿短路,导致大电流流经电阻R831,因此,PC831光耦器工作,而IC621的④脚接低电平,送出低电平至CPU的④脚,通过CPU控制继电器X64不工作,PFC电路短路保护。更换同规格三极管后故障排除。
提示:由于GT30J322的工作特点,开、关速度快且时间短,建议更换开关时间在20us-30us之间的管子比较适用,开关速率低的管子达不到要求,仍容易炸裂。
八、外机开关电源原理与检修
开关电源实物如图30所示,开关电源原理图如图31所示。
1.开关电源工作原理
该开关电源使用的器件基本都是进口厂家的,例如,开关变压器使用的是松下的U2H1A系列;开关振荡稳压模块使用的是松下MIPO0223S,如图32所示;滤波电容使用的是尼吉康的,因此开关电源的稳定性与耐用性较高。
已滤除谐波后的AC220V电源送到变频板后分为两路,一路接至整流桥DB61整流后,通过C63A、C63B、C63C滤波后得到纯净稳定的+310V左右的直流电。通过在“+”极串接F801(3.15A保险管)后接到开关变压器的⑤脚,从⑦脚输出接到振荡稳压集成块IC801(MIP0223S )的③脚,期间在输入的初级绕组(⑤-⑦)之间并接了ZD801以及⑦脚接电容C804后接地(起到吸收MIP0223S内部开关管的反峰电压的作用),避免高频率的开形关状态(导致过高的反峰电压击穿集成块内的开关管),从而导致集成块的损坏。当开关电源输出电压过高时,次级一共有四组电压输出,其中+12V电压用于反馈到电压调节的开关输入控制端,如果电压过高,就会使ZD802击穿,使之导通能力变强,流过电流变大,通过D802 (该器件作用就是防止集成块MIP0223S内部击穿损坏,导致大电流通过ZD802反向串入开关电源次级电路烧毁关联+12V供电的相关元件:例如电子膨胀阀、继电器等)限流电阻R801接到MIP0223S的①脚,通过集成块内部(如图32所示)的Shuntregulator限流电阻减弱控制PWM脉冲的占空比,使Power Mosfet 场效应管开关的工作频率变低,直到稳定开关电源次级输出电压;如果因市电影响输入电压变低,输出电压也会变低,为了保持次级的稳定输出,就会增强控制PWM脉冲的占空比,从而使场效应管工作的频率适当变高,最终达到稳压的目的。
该振荡稳压集成块MIP0223S还具有过流、过热保护功能。-旦出现异常就会通过比较器和触发器来控制场效应管的输出为0V,此时,开关电源不起振.不工作,起保护作用,避免损坏开关电源和相关电路。
该开关电源共有四组电压输出,第1路:+12V,主要为电子膨胀阀、继电器等元件供电;第2路:+5V,主要为CPU、运放传感器 等供电;第3路:+15V,主要为变频压缩机功率驱动模块、直流外风机驱动模块供电;第4路:+15V,主要为PFC(功率因数)调整电路中的驱动芯片TLP351单独供电,而且其电源的接地也接到其专用的DB65整流桥的负极与本开关电源不共地。
该开关电源工作电压在AC85V~AC274V之间,能达到最大的输出功率为90W,内部场效应管承受最大的电压为700V,流过最大电流可达1.15A。
2.开关电源常见故障检修
例1:一台三菱电机MSZ-ZC09VC全直流变频空调,外机不工作。故障检修:经查,内机工作正常,但是外机不工作,压缩机、风机都不转。上电后,能听见外机有四通阀、电子膨胀阀自检动作的声音,外机不工作,且内机运行指示灯出现-直闪烁。 这说明开关电源基本正常。为什么压缩机、外风机不工作呢?
初步观察外机板没有元件烧毁的现象。使用万用表测量直流风机驱动模块的供电⑤、②脚,没有+15V电压,变频压缩机驱动模块VP1供电脚也没有+15V电压,估计是开关电源问题。测量开关电源+5V、+12V供电正常,但是测量风机、变频压缩机驱动模块+15V供电没有电压,断电后测量整流二极管等元件一切正常, 用放大镜观察发现二极管一端已经虚焊,补焊后,测量+15V输出正常,故障排除。提示:由于该机开关电源采用了大量的贴片元件,而工作时,流过整流二极管的电流较大,温升较高,久而久之就会导致松脱、虚焊等现象,造成没有+15V电压输出。
例2:一台三菱电机MSZ-ZC09VC全直流变频空调整个外机不工作。故障检修:上门检查,内机工作正常,上电延时后内机继电器吸合,送电到外机,但是外机得电后,没有听见四通阀和电子膨胀阀自检工作的声音,压缩机、风机都不转,外机LED指示灯也不亮,整个外机不工作。
检测各保险管正常,也没有看见线路板哪处有损坏的地方,使用万用表测量开关电源四路均没有电压输出,但是测量大滤波电容C63A、C63B、C63C两端有+325V电压,说明输入的交流电、整流滤波电路及器件正常,问题系开关电源不工作所致。
测量MIPO223S振荡稳压集成块的②、③脚正反向阻值正常,没有击穿损坏,逐一检查开关 电源各器件也正常,细查后发现R801贴片电阻一端的细小铜箔断裂,导致R801断路,所以没有电压送到MIPO223S振荡稳压集成块的①脚控制端,开关电源不工作,没有电压输出,导致外机无反应。重新飞线补焊后故障修复。
提示:由于R801贴片电阻安装位置就在MIP0223S附近,正常工作时,MIP0223S发热,时间长了,热量就会波及周边的器件或细小的连接线路,导致老化、折断、损坏的现象。因此,维修时建议各位师傅注意发热器件周围的线路和器件。
例3:一台三菱电机MSZ- ZC09VC 全直流变频空调,外机有时工作,有时不工作。故障检修:上门检查,发现机子能开机,制冷正常,告知用户机子没问题。时隔几天刚好天气转潮(回南天),用户来电话告知,机子又不制冷了,再次上门检查,发现内机能工作,但是外机无反应,爬出室外,拆卸下外机壳,测量大滤波电容C63A等两端有DC330V电压,正常,但是开关电源次级没有电压输出,断电后检查负载没有短路现象,说明开关电源有问题。
逐一检查开关电源各器件,没有发现异常,但使用电烙铁给MIP0223S振荡稳压集成块三个引脚补焊后上电后能开机了,输出电压也正常,但是这三个引脚表面上看没有虚焊现象,为什么补焊后能开机,以为修复,收拾工作准备赶往另外一家。当业主再次开机时发现机子又不能开机,重新检查,发现当用烙铁靠近MIPO223S振荡稳压集成块一会后或者对三个引脚加热后机子就能开机,说明MIP0223S振荡稳压集成块性能老化,只有在干燥的天气才能开机,在潮湿的环境下不能工作,网购松下MIP0223S更换后一切正常。
提示:当遇到一些有时能开机有时不能开机的故障,可以检查是否有虚焊现象。如果遇到在干燥天气使用正常,潮湿天气不正常的机子,检查是否有器件老化、带载能力差的现象,可以对怀疑的器件采用“加热”或者使用酒精等“降温”的方法进行逐一排除,实现快速修复。
例4:一台三菱电机MSZ- ZC09VC 全直流变频空调,当变频压缩机高频运转时,外机有时会自动死机,无反应。故障检修:该机子维修一波三折,当机子处于中低频运转时一切正常,旦高频运转有时正常,有时会自动死机。维修时一直以为是变频压缩机驱动模块问题,耗费了大量的时间检查电流保护电路等,结果无功而返,一度陷入维修困境。
无意间在中频运转时测量了开关电源输出电压,各路电压明显偏低,但是机子仍然能工作,使用遥控把温度调低,使压缩机高频运转后发现,有时30s后死机,有时2min后死机,有时也能正常运行没有什么规律。在死机前测量升频时开关电源输出电压分别是+9.2V. +3.6V、+12.4V,明显偏低,估计是电压过低进入保护状态。逐一检查开关电源发现更换C805电容后故障修复,原来是c805电容有轻微漏电的现象,导致MIP0223S振荡稳压集成块输入的控制电压由于C805轻微漏电导致电压偏低,而在中低频时压缩机三相电压不是很高,电流不大,这样开关电源负荷不大,输出电压正常,当高频运转时,压缩机电流大、电压高,会把直流电压瞬间拉低,开关电源如果带载能力弱,或者有器件轻微漏电就会导致有时会自动死机的现象。
提示:维修时,要打开思路,遇到类似自动升频死机的故障,除了检查是否过流保护外,还要重点检查电源供电、帶載能力是否有问题,以及是什么原因导致此问题,这样多思考、多动手,就能走出维修困境,事半功倍。
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