常用的空调电机原理

空调电机原理

空调器的驱动电机有压缩机、风扇电机（轴流风机和贯流风机）、摆动送风叶片（步进电机和同步电机）等部件电机驱动。

1．压缩机电机

(1)单相异步电机：空调器用单相压缩机有两个绕

组，即启动绕组与运行绕组（主绕组），三个接线头，

其中C为公共端，S为启动端，R为运行端，一般采用

电容运行式（PSC）驱动，实行定速控制，其接线原理

如图3-2-4所示。

从图中可以看出，电机从启动到正常运行过程中，

副绕组电路始终都串接一只电容，这样电器运行性能

好，效率与功率因数高，工作可靠。

(2)三相异步电机

其结构与单相电机类似，不同的是三相电机定子由3组完全对称的绕组组成，这三个

注：将三相电源线的任意

两相对调即可使电动机

反转。

绕组嵌在定子铁芯槽中，而且在空间分布上彼此错开120°电度角。3 个绕组可接成Y形，亦可接成△形，当定子绕组中通入三相对称电流（即三相电流在时间位相上互差120°电度角）时，就会在定子、转子间的气隙产生旋转磁场，使转子因电磁感应而产生电磁转矩。三相异步电动机结构简单，性能优良，转矩、效率与功率因数都较单相异步电动机高，所以功率较大的空调器，如柜式空调器压缩机多采用三相异步电机。

三相异步电动机不需要启动和运行电容就能自动形成旋转磁场，其Y形和△形接线原理如图3-2-5所示。

(1)变频电动机

根据异步电动机的转速公式n=(1-S)60f/p（其中s=n/n0，n代表转子转速；n0代表旋转磁场转速；p表示极对数；f为电源频率。），只要改变异步电机的电源频率，就可以获得不同的电机转速。变频调速不但可以实现平滑调速，而且调速范围宽，效率高，反应快，启动电流小，对电网影响小，舒适性能好，是一种节能型的理想调速方法，尤其是热泵型空调器，可以通过变频调速来控制热泵制热量的大小，不受到室外气温的限制，因而大大提高其供暖能力。

变频器工作过程：变频器一般采用间接变频（交-直-交）方式，由整流和逆变两个过程组成。工频（50Hz ）的电网电流经电源滤波等预处理后，送往整流模块（如二极管整流电桥），整流出来的直流电直接输入逆变模块（如采用IGBT 作为基本元件的IPM 模块），逆变模块则在CPU 芯片的驱动信号作用下将直流电转变成不同频率的交流电，供给压缩机工作。

IPM 逆变模块工作原理：IPM 模块利用IGBT （绝缘栅双极型晶体管）作为开关元件。CPU 送来的六个驱动信号（即作为IGBT 基极信号）分别控制三相逆变电路的六个IGBT 开关的通断，在每个周期里每隔60°按一定的顺序轮流控制各个IGBT 的通断，从而在逆变电路的输出端获得一定频率的三相交流电，通过控制IGBT 开关通断时间的长短（即控制各相的正半周期和负半周期的脉宽），即可在三相的输出端获得不同频率的交流电。三相逆变电路基本原理及其输出的三相交流电波形如图3-2-6所示。

2． 风扇电机

空调器风扇用电机为一般为单相异步电机，采用PSC 接线方式。根据使用的需要，风扇电机可进行调速，调速方法有：定子绕组抽头式调速、可控硅调速等。

(1) 抽头式调速

V U-V

V V-W

V W-U

注： ①根据三相交流电的要求，在相位上相与相之间间隔120°。

②在任何时刻应同时有3只IGBT 开关闭合。

③每隔60°将有两只开关交换工作状态。开关闭合的顺序严格按照1、2、3、4、5、6的自然顺序依次进行。具体导通顺序为：1，2，3；2，3，4；3，4，5；4，5，6；5，6，1；6，1，2。如此循环。

④各相的波形如上图所示（从虚线开始即5，6，1三只开关导通时画起）。从图中可以看出，各相方波基本上可以与正弦波等效。

⑤通过控制脉宽即各方波的宽度就可以在各相上获得不同频率的交流电。

通过改变电机定子绕组的匝数来改变主绕组上的工作电压，从而达到改变磁通、调节转速的目的。抽头式调速的PSC 电机定子绕组由主绕组、副绕组和中间绕组（调速绕组）

三部分组成，这三部分绕组的常见接线方式有L1、L2和T 型三种，如图3-2-7所示。

(2) 可控硅调速

可控硅又称晶闸管，有单向可控硅和双向可控硅两种，其符号分别如图3-2-8a 、b 所示。 ① 单向可控硅特性

a ． 当晶闸管承受正向阳极电压，在门极加正向电压并有一定的门极电流时，元件导通。

b ． 管子在导通的情况下，门极即失去作用。

c ． 晶闸管在导通的情况下，只有当其正向阳极电

压减少到一定值或阳极电压变为负值，管子截

止。

② 双向可控硅特性

a ．四种触发方式：相对于T1端，I （T2+，G+

）、

Ⅱ（T2+，G-）、Ⅲ（T2-，G-）、Ⅳ（T2-，G+）。其中I 和Ⅲ灵敏度高，Ⅱ灵敏度较低，Ⅳ灵敏度最低。

b ． T1、T2间承受一定的电压时，在门极和第一电极T1间加触发电压及电流时，晶闸管导通。

c ．管子在导通时，当T1和T2间电压降到维持导通的最小电压以下或变为反向时，管子截止，直到下一个触发信号（脉冲信号）到来时才能重新导通。

③ 固态继电器

固态继电器简称SSR （Solid State Relay ）,它是采用双向晶闸管的无触点半导体继电器，

其原理如图3-2-9所示。在输入端施加触发信号时，光电晶闸管就对负载进行通断控制。

图3-2-8 晶闸管的符号(G 为门极) 图3-2-9 固态继电器结构框图

图3-2-7 电机接线原理

C

在空调器的风扇电机调速中，单片机输出的高低电平作为固态继电器的触发信号，并通过附属电路检测到工频正弦电流的过零点，由程

序控制计时，然后在一定的时刻接通负载的电流，

而电源电流过零点时晶闸管自动截止，如图3-2-11

所示（阴影部分为导通状态）。这样负载就可获得所

需的有效电压，若此电压供给电机，即可实现电机

绕组电压的改变，从而获得相应的转速。

3． 其它装置用电机

(1) 步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，即外加一个脉冲信号于电机时，电机就运动一步。图3-2-12a 是永磁式步进电机的原理图。其转子是由永磁体制成的圆柱体形两极永磁转子，定子内圆与转子外圆有一定偏心，因而气隙是不均匀的，在AA `处气隙最小，即磁阻最小。定子衔铁中套有一集中绕组，绕组两端由专用电源加入电脉冲信号。

定子绕组未通电时，电机磁路中有永磁转子产生的磁通。此磁通将使转子磁极的轴线趋向于磁路中磁阻最小的位置，即转子稳定在图示位置。当电源给电机绕组加入一个脉冲时，电流方向如图中箭头所示，使定子两个凸极形成图中N 、S 的磁极。此时定子两磁极与转子两磁极的极性相斥，转子就以箭头n 的方向逆时针转过约180°，直到定子磁极与转子磁极异性极相对为止。在时间t=T/2，即经过半个周期时，电源给定子绕组加入一个方向相反的负脉冲，电流方向与前相反，于是形成两个极性与前述相反的定子磁极，于是转子又向相同方向再向前转过约180°。

图3-2-12b 是格兰仕分体壁挂式室内机驱动摇摆叶片用的步进电机的内部绕组接线原理，这是一种四相励磁式步进电机，驱动电压为+12V 。

(2) 永磁同步电机

空调器出风栅摇摆叶片装置上用的微电机是永磁同步爪极自启动同步电机。电机驱动电压为~220V/50Hz ，它的定子由杯形机壳、环形单相线圈和爪极片组成；转子为具有高矫顽力的铁氧体磁环。爪极沿圆周均匀分布，爪极对数（磁极对数）由所要求的同步转速决定。摇摆电机爪极对数多，转速低，转矩较大，输出功率小，结构简单，无固定转向。

图3-2-11 斩波原理

图3-2-12a 步时电机原理

图3-2-12b 步进电机绕组接线原理 B

_ A B A

_

(二)主令开关（又称主控开关或选择开关）

主令开关通常安装在空调器的控制面板上。它是接通压缩机、风扇等执行设备的电源开关，

也是切换空调器运行状态的选择开关。

1．种类：机械旋转式和薄膜按键式，此两种开关的电气性能相同。其中薄膜按键式主令开关是一种轻触式的按键开关，性能稳定，外表美观，新型空调机上多采用这类开关。

2．机械旋转式主令开关

外观、结构组成和电气符号如图3-2-13所示，电气符号分单冷型和冷暖型两种。 基本工作原理：当旋转旋转轴时，轴上的凹凸卡位控制铜片的动作，使装在铜片一端的触点吸合或断开，从而控制各路外围设备电源的通断，使空调处于特定的运行状态。 接风机高速档

接风机低速档

接压缩机

2 接风机高速档 4 接四通阀

3 接压缩机 1 接风机低速档

13 图3-2-12 主令开关结构与符号