制冷设备电气控制电路主回路控制原理

要排除制冷设备电气故障，必须熟悉一般的电气控制原理，从易到难，解决实际维修问题，才能做到迎刃而解。而电气控制的发展，从最初的机械式到电子式，再从单片机控制到PLC应用以及PLC与人机界面组合，到联网控制，电气控制发展越来越智能化。本文从最简单的控制电路入手，对每一种电路应用略举一例，希望能起到抛砖引玉的作用。

　　电气线路，分为主回路和辅助控制电路，在这里介绍的主要就是辅助电路。主回路的控制电路实际上很简单，如图为单相主回路，常见于家用空调及小型制冷设备的主机电路。电路中交流接触器KM受控于机械式温度控制器或主控电路板，C为启动电容器。
如图所示线路常见于15kW及以下功率的制冷设备，如商用空调、小型中央空调及工业冷冻设备等。该电路由空气开关QA、交流接触器KM、热继电器FR及制冷压缩机组成。只要闭合QA，主回路即得电，但制冷压缩机的工作受控于辅助控制回路。

如图常见于压缩机电机功率大于15kW的制冷设备。由于电机功率过大，一般不能直接启动，在制冷改备的主机中，常采用该电路，即常说的“星-三角”(Y-△)降压启动电路。图中KM1为主接触器，KM3为星启动接触器。当压缩机受控工作时，KM1、KM3吸合，压缩机启动，此时启动电流为全压启动时电流的1/3，当压缩机电机达到一定转速时，KM3断开，KM2吸合，压缩机投入全压运行，完成了“星三角”启动过程。

还有一种压缩机电机，电机的引出线接成星形，但它的启动电流却较大，又不能采用Y-△启动法，常用图4的自耦变压器启动方法。自耦变压器启动法是利用自耦变压器降压来实现启动的。用自耦变压器启动时，KM3先行吸合，紧接着KM2吸合，这时电源电压接 在三相自耦变压器的全部绕组△，而压缩机在变压器低压绕组供电下启动，当压缩机转速上升到接近额定转速时，KM2、KM3失电，KM1闭合，自耦变压器从 电网中切除，压缩机投入运行中。为了获得小同的启动转矩，自耦变压器的次级有不同的电压抽头，如次级绕组电压为初级绕组电压的60％和80％不等。这种电路在美国约克水冷柜机中多见。

还有一种商用压缩机，引出线也是接成星形的，却没有采用庞大的自耦变压器来启动，直接从压缩机的三个接线柱引线到主控交流接触器即可，例如丹麦丹佛丝之美优乐火容量涡旋式压编机。原因是这种压缩机采刚了软启动器，并集成了一些保护接口，如压缩机电机过热保护，如出现过热，压缩机都将不能崩动。

　　由于主回路中电气元器件少，这部分电路的检修比较容易。

　　用万用表甚至用肉眼都能发现问题，如电线、电缆绝缘层破坏，交流接触器触点烧蚀等。接触器线圈烧毁、压缩机电机直流电阻变化及绝缘变化，可借助万用表判断。热继电器和断路器都有试验按钮，用手按动按钮，断路器若不动作，必定损坏无疑。在维修中，接触器触点烧蚀、断路器按试验钮不动作、热继电器不复位、电线电缆绝缘破坏，都必须更换。热继电器更换后必须重新调整整定值。

　　断路器如用国产部件替代原进口件，选购时应注意留有余量。
如图为一般制冷设备的控制电路，常见于商场、超市展示柜等。FU为电源相线熔断器，SA为自锁开关，WK为温度控制器(以机械式为主)，K1为低压保护开关，K2为高压保护开关，FR1为热继电器常闭触点，KM为交流接触器。

当SA闭锁时，温度控制器WK未达到设定温度，WK闭合，KM得电后压缩机工作，同时KM辅助常开触点闭合，运行指示灯HLl(绿)点亮。当达到 设定温度时，WK断开，KM失电，压缩机停止工作，HL1熄灭；直到温度上升到一定温度(温控器一般有温差设定开关，设定温差值，2℃、4℃较常见) 时，WK再次闭合。电路便如此周而复始的工作。HL3为电源指示灯，HL2为故障指示灯。

　　当保护装置因高低压异常和出现过载而动作时，KM都将失电，保护压缩机不进入工作状态；且FR2常开触点闭合时，K1常闭触点接通、K2常开触 点闭合，HL2点亮，指示机器存在故障。在此电路中，若制冷剂没有完全泄漏，还有部分制冷剂存在系统中，会造成机器低压保护停机，这种故障在系统压力均衡 后，压缩机又能重新启动，所以运行中，能看到HL2反复熄灭、点亮，压缩机反复启动，而机器却不制冷。

　　检修这种控制电路时，一查看FU是否熔断，如熔断，说明保护元件中有短路现象，一般以继电器、接触器线圈短路或接错线较常见。二查FR2是否断 开，复位后压缩机能否启动，如能启动说明压缩机等有过载现象，也有FR容量选小的可能。三查高压开关K1，如K1能复位，KM能动作，说明系统有超压现 象。检查时可同时观察高压压力表进行。若检测到KM线刚两接点有220V存在，而KM不动作，说明线圈已断路。若保护元件都正常，WK不闭合，说明WK已 损坏：而温度已到设定值时KM小断开，也说明WK已失灵。　如图所示控制电路多见于商用空调和工业冷水机的控制电路中，三相、单相都有。在这种控制电路中，当按F启动按钮SB2时，中间继电器KA线圈得电吸合并自锁，同时其他KA辅助常开触点接通。当还没有达到WK设定值时，WK闭合，接触器KM吸合，压缩机开始运行，同时运行指示灯HL2点亮。当达到设定值时，WK断开，HL2熄灭；直到温度上升到一定值时，WK又闭合，如此反复。 　　SB1为停止按钮。当按下SB1时，KA失电，KM回路失电，无论是否达到设定值，KM都不会闭合。这种控制电路有一个优点，当电源停电后再来电时，机器不会像图5那样自动启动，从而避免发生意外。而当保护元件出现问题时，故障指示灯HL1会点亮，此时按下启动按钮SB2时，电路根本不会工作，避免外行操作故障机而引起更大故障。
如图所示控制电路常见于大型制冷设备，如往复式冷水机组的控制电路中，包括在广东常见的水冷柜机。这是典型的“星-三角”

　　启动电路，自耦变压器降压启动法电路与此类似。按下启动按钮SB2时，KA吸合并自锁，当环境温度高于WK设定值时，WK闭合，主接触器KM1和时间继电器KT同时得电，KM1吸合，由于KT延时断开触点闭合，KM3吸合，压缩机启动；KT延时时间一一到，延时断开触点断开，延时闭合触点吸合，KM3失电断开，KM2得电吸合，控制回路完成启动转到运行的转换过程，压缩机投入运行中。

在中间继电器KA控制回路中串有各种保护元件，任何一保护元件由于故障引起动作时，KA即失电，自锁触点断开，压缩机将停止工作，点亮故障灯HL1。直到故障彻底解除后，再次按下启动按钮SB2，回路才能重新投入工作。
如图所示是以单片机为核心组成的控制电路。该电路主板安装于一个电控箱内，另配有带显示屏与按键组成的控制面板，控制面板也由单片机组成。控制面板与主控板通过电缆连接，通过一些通信协议来互相通信，如RS485协议。

　　主板由电源变压器降压后通过接插件JP1供电；IP5、JP6、JP7三个接插件连接外部保护装置的常闭点，为主板输入端口。

　　其中①端为公共端，JP5中⑨为1#压缩机高压保护输入端，⑧为低压保护输入端，⑦为过热保护输入端，⑥为过载保护输入端；⑤④③②为2#压缩 机的各保护元件输入端口，顺序与1#压缩机相同。JP6与JP5相同，为3#、4#压缩机保护元件输入接口；JP7⑨为冷却水量不足输入端；⑨为冷却泵过 载输入端，⑦为初效过滤网堵塞端，⑥为送风风机过载输入端，⑤为电加热过载端，④驻留，③为电源故障，②为异地控制按钮。

　　JP3、JP4为主板输出端，⑨、⑩同为电源相线输入口。JP3的①为1#压缩机输出，③为1#电加热输出；④⑤、⑦⑧与①②相同，分别为2# 压缩机、2#加热输出，3#压缩机、3#加热输出。JP4的④为4#压缩机输出，⑤为送风机输出，⑥为冷却泵输出，⑦、⑧分别为异地运行、报警，KM1、 KM2、KM3、KM4分别为1#～4#共4个压缩机的交流接触器。

　　JP8的⑧为温度传感器公共端，⑥为进风温度传感器输入端，⑤为出风温度传感器输入端。

　　由于采用了单片机控制，使得该制冷设备控制线路实现了智能化，可以自动检测各保护元件的输出是否正常。只要检测到保护元件因出现故障而动 作，CPU即锁死机器，停止任何输出，直到故障彻底解除，在手动复位控制面板的复位按钮后，才能再次启动该机器。该主板根据客户的制冷需求，可以控制 1～4个压缩机。笔者通过加装1个时间继电器，控制了5台压缩机。当该主板控制多个压缩机时有自动均衡功能，即KM1、KM2、KM3、KM4先后轮流闭合，而不会一开机只先启动KU1，从而保护了压缩机。

　　当传感器出故障时，CPU控制不开机并显示问题所在。检修由该主板组成的控制电路很简单，因为该板显示部分采用了液晶中文显示，按显示提示维修、更换相应元件即可。该主板由广州邦普电路开发公司生产。

如图所示为浙江丰恩电子厂生产的螺杆机PLC控制器，型号为PCC20，控制单个压缩机，A0～A3为PLC模拟输入端，输入为温度传感器上的电压信号，C2为模拟部分公共端。00～06为PLC数字量(也即开关量)输入端，C1为数字部分公共端。05接压缩机高压排气保护开关，06接冷冻水防冻保护开关，04接压缩机电机绕组温度开关，02接高低压保护开关，01接电源保护装置(如缺相保护器输出端等)，00为水泵连锁输入信号和断水继电器输出的串联输入。AC、N为电源相线、中线输入，用作PCC20电源。54为系统供液电磁阀输出，51为主接触器输出，53为星启动信号输出，52为压缩机三角形运行接触器控制信号输出，55、56、57为卸载电磁阀输出端。PCC20显示用数码管显示，显示部分和按钮部分组成控制面板，用通信线与PCC20通信。

如图所示，保护开关X00、X01、X02、S03、X04、X05任何一个动作，辅助继电器MO 将没有输出，并且Y00会有报警输出。只有在保护装置X00～X05都正常时，MO将接通。按下启动按钮X06时，当环境温度高于温控X07设定温度 时，S07闭合，Y01输出并自锁，TO开始定时，同时，由于T0常开触点闭合，Y02常闭接点接通，Y03输出，压缩机呈星形启动。当T0定时时间到 后，Y03输出停止，同时Y03常闭触点导通，Y02输出并自锁，星一三角启动转换完成。　PLC同样有故障显示功能，当外接显示设备为数码管时，可以显示故障代码，便于维修。当然，制冷设备使用的PLC并非市售的普通PLC。普通PLC只有分离的模拟量处理模块，而空调用PLC本身集成了模拟(温度传感器)接口体积小，通过增加相应的传感器和输入输出(也即常说的I／O模块)模块，便可增加控制压缩机制的台数。

　　在制冷设备中采用PLC控制，抗干扰能力增强，增加了控制线路的稳定性，并简化了控制线路，如省去了图中的中间继电器、时间继电器等硬件。不要 小看了几个继电器，在大型制冷设备中可足一个继电器盘。用继电盘，成本高，故障率高，故障点也就多，非经验相当丰富，一般很难胜任维修工作。

　　在一个微型三菱FXOS系列PLC中，辅助继电器一般都有496个，一般用定时器56个，而且常开、常闭接点数不受外部硬件数量限制，可以反复使用，程序编制，阅读也直观易懂。