胡 超

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東 佛山528311）

0 前言

空調(diào)系統(tǒng)的能耗在現(xiàn)實生活中是一個不可忽視的問題。 因此，研究設(shè)計低能耗空調(diào)系統(tǒng)對于節(jié)能來說非常重要。空調(diào)壓縮機控制器是空調(diào)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。采用基于單片機控制的電動空調(diào)壓縮機控制器是一種有效的低功耗節(jié)能手段。 電動空調(diào)壓縮機是由電機、電子控制單元和壓縮機等組成,壓縮機由電機驅(qū)動,電子控制單元控制電機的運轉(zhuǎn)。永磁無刷直流電機因為性能優(yōu)良等特點在諸多行業(yè)備受重視,尤其在節(jié)能方面具有巨大優(yōu)勢。 無刷直流電機在空調(diào)壓縮機中采用變頻等技術(shù)，很大程度上降低了噪音和損耗，從而達到節(jié)能的目的。 采用基于單片機控制的控制器節(jié)能效果明顯，具有廣泛發(fā)展前景。

1 電動空調(diào)壓縮機工作過程

壓縮機是電動空調(diào)系統(tǒng)中一個非常重要的部件，它為空調(diào)系統(tǒng)的正常工作提供了保障?？照{(diào)壓縮機在空調(diào)系統(tǒng)中主要用來壓縮驅(qū)動制冷劑。 空調(diào)壓縮機的工作過程有蒸發(fā)和冷凝過程，壓縮機把制冷劑壓縮后進行冷卻，同時通過散熱片向空氣中散熱，制冷劑也發(fā)生形態(tài)變化，壓力也同時升高。 制冷劑隨后被送到到蒸發(fā)器中，壓力下降。 此時散熱片吸收空氣中大量的熱量。 經(jīng)過這樣一個循環(huán)過程，空調(diào)壓縮機不斷工作，就不斷把熱量散發(fā)到空氣中，從而進行調(diào)節(jié)氣溫的工作。電動空調(diào)壓縮機一般都采用電機驅(qū)動，而且現(xiàn)在空調(diào)壓縮機的電機多采用無刷直流電機進行驅(qū)動。 無刷直流電動機，是一種用電子換向的小功率直流電動機。這種電動機的特點是結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，工作效率高。 無刷直流電動機中采用的是自控式逆變器，它的輸出頻率不是獨立調(diào)節(jié)的，而是受安裝在同步電動機軸上的轉(zhuǎn)子位置檢測器控制。 這也是電動空調(diào)壓縮機的具體工作方式。電動空調(diào)壓縮機主要通過單片機控制器進行相關(guān)的控制和調(diào)節(jié)，對空調(diào)系統(tǒng)的一些設(shè)定參數(shù)進行控制，并進一步控制電動空調(diào)的低功耗和節(jié)能效果。

2 控制器低功耗節(jié)能設(shè)計途徑

控制器是控制電動空調(diào)的的主要部件。要想使空調(diào)的功耗低從而達到節(jié)能的目的，必須對控制器進行全面的設(shè)計，主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分。硬件和軟件的雙重設(shè)計和結(jié)合使低功耗成為常態(tài)，并為節(jié)能提供了保障。

2.1 單片機的合理選擇

單片機在現(xiàn)代生活和工業(yè)中的電子產(chǎn)品中廣泛應用。 單片機實質(zhì)上是一種微控制器， 它主要功能是將多種處理器以及接口等通過相應的芯片集成而成。 與其它普通的微處理器相比較的話，單片機的最大優(yōu)點就是不用外接其它的硬件，從而節(jié)約了制造成本。 單片機有很多顯著的特點，比如單片機的結(jié)構(gòu)比較簡易、方便用戶使用，可通過模塊化進行編程；單片機可靠性很強，可以連續(xù)進行長時間的工作。 此外，單片機本身需要的電壓較低，因而能耗也比較低。 單片機本身可以做成小規(guī)模產(chǎn)品，便于使用者攜帶。 可以說單片機的功能是十分強大的，能夠滿足現(xiàn)實中很多實際需求。 單片機應用在電動空調(diào)的壓縮機控制時需要進行相應的匹配和合理選擇。 只有這樣才能充分發(fā)揮單片機的優(yōu)勢，進而達到節(jié)能的目的。 整個空調(diào)壓縮機系統(tǒng)的控制器要采用合適的單片機，以期滿足需要的供電電壓等相關(guān)要求。 單片機具體在空調(diào)待機不需要正常工作時進行控制，降低空調(diào)能耗，從而節(jié)約電能。 在空調(diào)其它工作狀態(tài)下時單片機再進行對應的控制。 單片機作為一個核心部件，它性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到空調(diào)的工作效率以及低功耗的實現(xiàn)甚至減小能源消耗等，所以在進行單片機的選擇時要合理、規(guī)范而有效。

2.2 電路的全面統(tǒng)籌

空調(diào)系統(tǒng)作為一個系統(tǒng)的整體，缺少不了電路的設(shè)計。 而空調(diào)壓縮機控制系統(tǒng)的電路設(shè)計也非常復雜，電路的設(shè)計包括主控電源電路設(shè)計、低功耗電源電路設(shè)計以及模式切換電路設(shè)計等相關(guān)設(shè)計，必須全面統(tǒng)籌進行合理有效的設(shè)計。 在主控電源電路的設(shè)計環(huán)節(jié)，多采用雙路供電工作方式，并采取電子開關(guān)轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)相應工作模式的切換。主控電源根據(jù)電機工作模式的需要，進行相應電壓的供應，以提高電源轉(zhuǎn)換效率。 在低功耗電源電路設(shè)計環(huán)節(jié)，電源可采用低功耗直流電-直流電，從而滿足相應的電壓和電流的要求。兩路電源都可以產(chǎn)生相應的電壓給單片機供電，當單片機進行工作模式的轉(zhuǎn)換時，電子開關(guān)能夠切換到要使用的電源。 在設(shè)計電子開關(guān)時，依據(jù)控制器的輸入電流和輸入電壓來進行選擇，同時考慮到散熱體積、散熱效果和成本，選擇合適的晶體管來作為電子開關(guān)的材料?？照{(diào)系統(tǒng)的工作模式其實可以分為兩大類，就是低功耗模式以及其它功耗工作模式，根據(jù)實際需求，單片機需要在這兩大類工作模式之間進行相應的切換，因此必須設(shè)計相應的模式切換電路。其中喚醒電路是模式切換電路的一種有效方式。 使用者可以通過調(diào)節(jié)外部信號來控制控制器中的相應程序?？刂破魍ㄟ^外部速度信號以及不同占空比來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并同時調(diào)節(jié)相應的電壓和電流在一定范圍內(nèi)變化。 總而言之，電路的設(shè)計在空調(diào)系統(tǒng)中是一個十分重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，需要根據(jù)實際情況和設(shè)計目標做好各電路的設(shè)計以及各電路之間的全面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，從而提高工作效率，達到低功耗和節(jié)能的效果。

2.3 控制軟件的編程

任何一個電子產(chǎn)品的成功運行，除了在硬件上進行相應的保證和升級，軟件的設(shè)計和編程也非常重要。 必須對硬件進行相應的軟件控制才能使硬件正常甚至高效工作。控制軟件在編程的時候可以采用模塊化的編程方式，從而控制電機的待機、起動、停止、低功耗等工作模式。 控制軟件除了使空調(diào)進行相應模式的工作之外，使空調(diào)進行安全的正常工作也十分重要。 因此在控制軟件的編程環(huán)節(jié)，也需要針對現(xiàn)實生活中常見的安全問題進行合理有效編程。比如要避免在空調(diào)剛通電時出現(xiàn)過壓、過載、過流、過溫等情況，從而保證空調(diào)系統(tǒng)起動正常。因此在軟件編程的時候要考慮到各種保護機制，防止在系統(tǒng)工作的時候產(chǎn)生故障影響安全。 控制軟件的編程也可以降低空調(diào)系統(tǒng)的功耗。其中在編程的時候采取限流降速的方法來降低功耗。也就是控制軟件根據(jù)使用者的具體需要，限制壓縮機的工作電流，并且可以調(diào)整相應的限流值。 如果壓縮機的電流超過了限制的電流，控制器會則根據(jù)之前設(shè)定好的程序來降低電機轉(zhuǎn)速，減少能耗，從而實現(xiàn)節(jié)能。通過軟件的編程，可以根據(jù)實際情況，使控制器執(zhí)行相應的程序，從而控制電機的運行，使空調(diào)系統(tǒng)在待機等環(huán)節(jié)實現(xiàn)低功耗，從而達到節(jié)能的目的。

3 結(jié)語

采用單片機來進行電動空調(diào)壓縮機的控制是一種有效的低功耗節(jié)能方式。本研究在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的必要性以及壓縮機工作過程的背景下，具體提出了三種控制器低功耗節(jié)能設(shè)計措施。 要合理選擇單片機，進行相應工作模式的控制和切換。要全面統(tǒng)籌電路，在主控電源電路設(shè)計、低功耗電源電路設(shè)計以及模式切換電路做好設(shè)計和協(xié)調(diào)。 軟件在控制時編程環(huán)節(jié)要考慮實際情況， 并要保障空調(diào)系統(tǒng)的安全問題。 這些措施的實施都為空調(diào)系統(tǒng)的低功耗和節(jié)能提供了有效思路和合理建議。

［1］朱勇.基于DSP 的集成式無刷直流電動機驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學,2014.

［2］孫民,李聲晉.一種基于dsPIc3F040ll 的空調(diào)壓縮機用無刷直流電動機控制器設(shè)計[J].微電機,2008.