本教程采用图文的形式讲解了空调器的结构和维修技巧。

第4章 空调器各系统的工作原理及电路分析

    任何空调器均由三大系统组成，包括制冷（热）系统、通风系统、电气系统。
    电气系统又包括若干个单元电路，如压缩机电路、内外风机电路、导风电机电路、四通换向阀电路、电加热电路、温度检测电路、显示操作电路、CPU及工作条件电路等。

4. 1制冷（热）系统
    空调器的制冷（热）系统由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、干燥过滤器等首尾连接构成的封闭循环系统。系统中循环流动的工质是制冷剂。

1．制冷剂
    制冷剂又称为制冷工质、冷媒。制冷剂应具备易凝结，冷凝压力不要太高，蒸发压力不要太低，单位容积制冷量大，蒸发潜热大，比容小、水溶解度很小等特性。此外，还要求制冷剂在工作过程中，应具备不燃烧、不腐蚀等性能。空调器目前应用的制冷剂有三种：R22、R502、无氟制冷剂。

    制冷剂的压力单位有兆帕（MPa）、公斤力／厘米2 （kg/ cm2）。两者的换算公式如下：1 MPa≈10个标准大气压≈10kgf/cm2。

（1） R22制冷剂
    R22是氟里昂22的简称，又称F22，化学名称为二氟一氯甲烷，分子式是GHCIF2，分子量86.48，R22特性见表4－1。
 

（2） R502制冷剂
    R502制冷剂是混合工质制冷剂，属于共沸混合溶液，由48. 8％的R22，51. 2％的R115混合而成。其标准蒸发温度为－45. 6℃。
    在相同温度条件下，R502的单位容积制冷量比R22和R115两者高，并具有两者的优点。另外，R502的汽化潜热大，气体密度大，制冷剂循环量大，在较低的蒸发温度范围内可获得较高的制冷系数。

（3）无氟制冷剂
    空调器使用的无氟制冷剂型号有R407c等。无氟制冷剂R407，属于非共性混合工质，由R12，R125，R134a三种制冷剂组成，三种成分的比值为2300，2500，5200。标准蒸发温度为－43. 8℃ ，蒸发压力为6. 36kg/cm2，冷凝压力为232kg/cm2。

2．制冷工作原理
    空调器制冷是利用制冷剂在制冷系统中周期性地连续不断地形态变化，来达到制冷降温的目的。
　　　　　　　吸热　放热　
    即     液态→气态→液态
    这是利用制冷剂由液态变到气态时，会从周围空气中吸取热量。就如用酒精棉球擦过的皮肤，一定会有凉爽的感觉，事实上是酒精在蒸发的时候，夺取皮肤上热量的缘故。

    图4－1所示是空调器的机械压缩式制冷系统的工作原理，也是空调器的制冷基本工作原理。
 

    机械压缩式制冷系统，又称蒸气压缩制冷系统。它是由压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器四个基本部件组成。工作时，从毛细管节流后的低温低压液态制冷剂从蒸发器内不断地吸收室内空气热量而气化成为低温低压状态的气态制冷剂，从而达到降温除湿的目的。气态制冷剂经压缩机吸入及压缩后形成高温高压状态的气态制冷剂，排至冷凝器内与室外空气进行了热交换，将热量排至室外而冷凝成高温高压状态的液体制冷剂，接着流过孔径极小的毛细管后，到达蒸发器时又形成低压低温状态的液态制冷剂，至此便是整个制冷过程。制冷剂在制冷系统中以气相一液相一气相，如此不断反复地发生相变，最后达到降温去湿的效果。

3．单冷空调器制冷系统
    单冷型空调器又称冷风型空调器，单冷型空调器具有制冷、除湿、送风功能。
（1）单冷窗式空调器制冷系统
    如图4－2所示。单冷窗式空调器制冷系统由压缩机、冷凝器、过滤器、毛细管、蒸发器等组成。完成蒸气压缩机制冷循环的四个关键部件是：①压缩机；②冷凝器；③毛细管；④蒸发器。
 

    从图中可以看出，压缩机工作时，就会将系统内的制冷剂压缩为高温高压（100℃ ，20kg/cm2左右）蒸气，排送至冷凝器。在轴流风扇作用下，室外侧的空气会流过冷凝器肋片之间，将制冷剂放出的热量排出，使制冷剂降温冷凝成高压液态制冷剂。高压液态制冷剂经过滤器滤除有形脏物后，送毛细管节流，制冷剂压力降低至4.5～5. 5kg/cm2（其蒸发温度随之大幅度降低），进入蒸发器内蒸发，制冷剂蒸发所需的热量，是在离心风扇的作用下将室内侧的空气流过蒸发器肋片．把热量传给制冷剂，失一去热量的低温空气又吹至室内，不断循环，便达到给室．内降温的目的。然后，气态制冷剂又被压缩机吸入，不断重复上述的过程，进行制冷循环。

    当室内的湿热空气流经蒸发器的肋片之间时，空气中的水分有一部会在低温肋片表面凝结下来，从接盘排出。此过程反复进行，室内空气的水分逐渐减少，空气的湿度降低，就是空调器的除湿作用。

（2）单冷分体壁挂空调器冷系统
    如图4－3所示，由压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管、三通阀、二通阀、低压液体管（又称高压管、细连接管）、气体管（又称低压管，粗连接管）等组成。从图中可以看出，这种空调器较之窗式空调器增加三个器件，即二通阀、三通阀、室内外机连接粗细管。
 

    二通阀、三通阀用于室外机与室内侧的通／断控制，空调器出厂时二者均关闭，以保证工厂在室外机充注的制冷剂不被流失。空调器安装后，这两个阀门均被打开，以使室外侧与室内侧接通，实现制冷剂量的循环流通。

    当接通电源制冷开机时，压缩机开始运转，来自室内机蒸发器的低压制冷剂气体通过气体管、三通阀被压缩机吸入后，压缩成高温、高压气体，排入室外机冷凝器内，其热量与空气交换后排出室外，制冷剂被冷却后由气态冷凝成为液态，经过滤器送毛细管节流降压后，经二通阀、液体管喷入室内蒸发器时呈现低压，在相应低压下，制冷剂吸收外界热量气化制冷。经过蒸发器外部的空气得到冷却而降温，冷却后的空气由内风扇吹向室内，实现制冷。

（3）分体单冷柜式空调器制冷系统
图4－4，图4－5）所示是两种单冷柜式空调制冷系统，前者毛细管位于室外机，后者毛细管位于室内机。各部件的作用及制冷循环同于分体壁挂空调器。
 
 

（4）分体一施二空调器制冷系统
    如图4－6所示，由1个压缩机、1个冷凝器、2个二通阀、2个三通阀、2个电磁膨胀阀、2个蒸发器、两组粗／细连接管，组成两个制冷循环系统。
 

    制冷循环的节流工作由电磁膨胀阀进行。两个制冷循环工作如下：
    A室内机的制冷循环工作：压缩机排出的高温高压液态制冷剂、流经冷凝器降温冷凝为高压液态制冷剂→经分支管1→A电磁膨胀阀节流降压→A二通阀→A细连接管→流经A蒸发器吸热气化成气态制冷剂后→A粗连接管→A三通阀→分支管2→储液器→被压缩机吸入，进下一次的制冷循环。

    B室内机的制冷循环工作：压缩机排出的高温高压液态制冷剂→流经冷凝器降温冷凝为高压液态制冷剂→经分支管1→B电磁膨胀阀节流降压→B二通阀→B细连接管→流经B蒸发器蒸发气化成气态制冷剂后→B粗连接管→B三通阀→分支管2→储液器→被压缩机吸入，进行下一次的循环。

从上述两个制冷循环中可以看出，压缩机、冷凝器是公用。

4．热泵冷暖空调器制冷（热）系统
    单冷空调器制冷运行室外机吹出暖风，如果将这个“热风”转换至室内，就可实现空调器的制热功能。为此，热泵空调器如在压缩机后面装置一个改变制冷剂流向的装置，就可实现空调器既能制冷、又能制热的目的。
    热泵型空调器制冷在冬季使用时，可以将室外低温环境中的热量取出，排向室内，同时空调器消耗功转化成的热量也对室内升温有利。
图4－7所示是热泵冷暖空调器的制冷（热）系统，由压缩机、室外热交换器、四通换向阀、主毛细管、辅助毛细管、单向阀、二通阀、三通阀、高／低压连接管、室内热交换器等组成。
 

    四通换向阀用于切换制冷剂走向，使制冷、制热时制冷剂走向在压缩机以外的部位相反。辅助毛细管、单向阀用于切换节流1－1－Al，室内、外热交换器的作用，制冷时同于单冷空调器，制热时的作用正好相反，即室内侧热交换器作为冷凝器，室外侧热交换器作为蒸发器。

（1）制冷工作

    如图4－8所示，与一单冷空调器制冷系统的工作基本相同。制冷运行时，四通阀的线无工作电压，阀体处于默认状态．其管口1，2接通，管口3 ，4接通，使制冷制冷剂循环向如图箭头所示，制冷剂在循环过程中将单向阀内的钢球吹离锥形口，单向阀导通，将辅毛细管旁路，辅助毛细管不起作用。这样，压缩机排出的高压高温制冷剂→经四通阀管口43→先流经室外侧的热交换器进行放热冷凝为液态后→经过滤器→单向阀→主毛细管节流后→二通阀→室内侧热交换器进行吸热蒸发为气态→三通阀→四通阀管口1、2→被压缩机吸回，完成一个制冷循环，实现制冷剂在室内吸热从而降低室温的目的。
 

（2）制热工作
    如图4－9所示，制热运行时，四通阀的线圈得到220VAC;电压，线圈产生磁场，吸动内部的阀芯动作向左移动，使管口1、4接通，管口2、3接通，制冷剂走向如图箭头方向所示，会推动单向阀内的钢球堵塞锥形口，单向阀截止，制冷剂只能通过辅助毛细管循环流动。这样，压缩机排出的高温高压气态制冷剂→流经四通换向阀的管口4、1→三通阀→室内热交换器进行散热冷凝为液态制冷剂→二通阀→主毛细管＋辅助毛细管双重节流后→过滤器滤除有形脏物→室外热交换器吸热蒸发为气态→经四通换向阀的管口3、2→被压缩机吸回，完成一制热循环，实现制冷剂在室内散热达到制热目的。
 

    冬季使用热泵空调器时，因室外侧温度低，室外侧热交换器会经常结霜，导致热交换效果差，甚至不能工作。所以，热泵型空调器必须具有除霜的功能。除霜过程通常是通过短时间（8min左右）将制热转换成制冷运行来实现，使室外侧热交换器在较高温度和压力下，能够快速融化冰霜。此后，空调器又会恢复原来的制热效果。

    热泵型空调器在冬季制热时从室外空气中吸取热量，并利用这部分热量连同压缩机输入功率的转换来给室内供热，但其供热量将随室温度的降低而减少。一般来讲，当室外环境温度在5℃以下，制热能力急剧变小，当温度在－5℃时几乎不能满足供热的要求，且因制冷剂在蒸发器不能从外界空气中吸收足够热量而无法完全蒸发气化就进入压缩机，易损坏压缩机内的阀片，即产生液击，造成压缩机的损坏。

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4.2通风系统
通风系统，主要负责对室内、外热交换器进行通风散热（冷）。

1.窗式空调器的通风系统
    图4－10所示是窗式空调器的通风系统的工作。包括室内侧空气循环系统、室外侧空气循环系统，主要离心风扇、过滤网、轴流风扇、进风口、出风口、摆叶等组成。离心风扇和轴流风扇共用一个双轴电机。对于设置有换新风功能的空调器，还设置有新风口。
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 （1）室内空气循环系统
    离心风扇旋转时，在扇叶的作用下产生离心力，中心形成负压区，使进风口的气流沿轴向吸入风扇内，沿径向朝四周扩散，然后在蜗壳的引导下，气流沿出风口方向流出。其循环方向如下：
    室内空气→室内侧进风口→过滤网滤掉尘埃→穿过室内侧热交换器，成为温度较低的空气（或制热时成为温度较高的空气）→经出风口→吹入室内→使室内空气降温（制热时升温）。
    对于设置摆叶的窗式空调器，通过电机驱动摆叶左右慢速摆动，使被降温（制热为升温）后的空气均匀吹向各个方向或指定方向。

（2）室外空气循环系统
    由轴流风扇负责。轴流风扇运转，使风扇进风侧压力低，出风侧压力高，从而在进、出风口之间形成一个压力差，由于压力差的存在，空气在扇叶的运转下，始终沿轴向流动。使室外侧空气循环方向如下：
    室外空气→室外侧箱体左右进风口吸入箱体→流经压缩机、过滤器、毛细管、风扇电机对它们进行通风冷却后→将气流直接吹向室外侧热交换器强制散热（制热时为吸热）→室外侧出口排出室外，实现室内外热量交换目的。
    有的轴流风扇还设置有叶轮，用于将空调器底盘内的凝露水甩到室外热交换器，这样在制冷工作可提高室外侧热交换器对制冷剂的冷凝效果，提高换热效果。

（3）换新风系统
    换新风系统，由室内／外侧隔离板的新风门（又称闸门）、箱体上侧的气门组成。主要用于排除室内混浊的空气。

    按动空调器前面板的换新风开关，通过传动机构，打开新风门，由离心风扇吸入的新风约占室内循环风量的15%，与室内循环空气经热交换器降温（制热为升温）混合后，由出风口吹入室内，以保持室内空气一定的清洁度和舒适度。

    图4－11所示是窗式空调器换新风工作。新风系统由空调器内隔板中的排出门（又称闸门、新风门）、箱体上侧的气门组成。打开新风门，由离心风扇吸入的室外新风约占室内循环风量的15%，室内循环空气热交换混合后，送回室内，以保持一定的清洁度和舒适度。换新风时间不宜过长，否则会造成制冷（热）量的损失过大。
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2．分体空调器的通风系统
    普通分体空调器、变频分体空调器的室内、外通风系统是相同的。分体挂机、分体柜机的室外通风系统也相同，不同的是室内风系统。

（1）室外通风系统
    图4－12所示分体挂机的室外通风系统，采用轴流风扇。轴流风扇运转时，室外空气由空调器的背部和侧面吸入，穿透室外热交换器，与室外热交换器交换热量后，升温后的热空气（制热时冷空气）由前方吹出，经出风口排向室外。
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（2）分体挂机室内通风系统
    图4－13是分体挂机室内通风系统。进风口（又称进风格栅）里侧依次是空气过滤网、室内热交换器、贯流风扇。贯流风扇采用前倾式，气流沿叶轮径向流入，穿过叶轮内部，然后沿径向从另一端排出。
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    当贯流风扇运转时，室内空气经进风口被吸入，经空气过滤网净化后，穿过室内热交换器进行热量交换后，变成冷空气或热空气，沿风道经出风日吹向室内。因此，进风口的温度能代表室内温度，出风口的温度能代表空调器的制冷量。

（3）分体拒机室内通风循环
    图4－14所示分体柜机室内空气循环系统。当离心风扇运转时，室内空气从下部的进风口被吸入，经空气过滤网过滤除灰尘后，沿风道，途经室内热交换器变为冷空气或热空气，继续经风道，由出风口吹向室内。
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 （4）换新风系统
    图4－15所示是分体空调器换新风结构。开启换新风时，换气模块内的风扇电机使室内、外空气流通。
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    换新风安装步骤如下：①安装换新风管部件前估算换风管所需长度（换新风管越短越好），将其他多余的部分剪掉，将管罩装好，这样换新风效果更好。②将换新风管组件的卡钩卡进换风扇的相应卡槽里，并检查是否可靠。③换新风管须与室内外机连接管一起，用包扎带缠在一起至室外。

4．3压缩机电路

维修提示：
    压缩机运转条件：①单相压缩机要求工作电压为220VAC±10%、运转电容的容量正确；②三相压缩机要求相序正确、三相电为380VAC±10%③变频压缩机要求相序正确、三相电为50～180V。

4.3.1单相电压缩机电路
    单相电压缩机电路根据控制方式分类有：机械控制式；电脑控制式；电脑控制斗交流接触式。

1． 机械控制式压缩机电路

这种结构仅见于机械控制窗式空调器。由压缩机、运转电容、过载保护器、主控开关、温控器等组成。运转电容是压缩机运转必须的条件，主控开关负责模式设定（制冷、制热、送风），温控器根据室温控制压缩机的控制，过载保护器负责压缩机的过流、过热保护

（1）单冷机械控制式压缩机电路如图4－16所示。当主控开关设置于强冷（HIGH COOL）或中冷（MED COIL）、弱冷（（LOW COOL）任意一挡位，主控开关的①脚均与⑧脚接通，使220V L→主控开关①、⑧脚→单冷温控器→过载保护器→压缩机及运转电容、220V N，构成回路，启动压缩机运转，驱动制冷系统的制冷剂开始循环及液态气态相换转换，空调器开始制冷。
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    当单冷温控器感知室温降到设定温度－1℃时自动断开，切断压缩机供电回路，空调器停止制冷。停机后室温逐渐升高，当升一高至设定温度＋1℃时，单冷温控器自动闭合，开始第二轮制冷。以后重复上述过程，使空调器自动开／停机，将室温控制在设定温度±1℃范围内。

    空调器工作时，如压缩机因故工作电流过大或过热时，过载保护器会自动断开，切断压缩机回路，压缩机停止运转。待压缩机温度下降到允许值时过载保护器自动恢复到接通状态，压缩机恢复运转。

 （2）冷暖热泵机械控制式压缩机电路
    如图4－17所示。采用的冷暖温控器，有三个触点，C （Mm）是公共端子，L（LOW）是低温端子，H （HIGH）是高温端子。
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    选择制冷时，主控开关的0、④脚接通，使220V L→主控开关的0、④脚→冷暖温控器的L、C脚→过载保护器→压缩机及运转电容→220V N，构成压缩机回路。

    选择制热时，主控开关的0、③脚接通，压缩机回路为：220V L→主控开关的0、③脚→冷暖温控器的C、H脚→压缩机和运转电容→220V N。

    当空调器制冷（热）到设定温度时，冷暖温控器自动断开，空调器停止制冷（热）。待室温回到开机温度时，冷暖温控器自动闭合，开始第二轮制冷（热）。

2．电脑控制式压缩机电路

（1）倒相驱动器式
    如图4－18所示，由压缩机、运转电容、过载保护器（有的内置在压缩机内卜压缩机继电器、倒相驱动器、CPU、通电延时3min器件C1等组成。这种电路广一泛应用于电脑型分体壁式、分体柜式、窗式空调器。
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    当CPU的CM压缩机控制端输＋5V出高电压时，送驱动器ULN2003（或TDA2003）的输入端IN1，被倒相放大后由OUT1输出端输出约0. 7 V低电平，驱动继电器RYl动作其触点开关闭合，接通压缩机的220V供电回路，压缩机开始运转。

    当CPU检测室温达到设定温度－1℃（制热＋1℃）检测到异常信息时立即停机，令CM端转为输出0V低电平，使ULN2003内的倒相放大截止，切断RLY1的线圈回路，RLY1触点断开，切断压缩机的供电回路。压缩机停止运转。

    R1、R2、C1 V1组成通电三分钟延时（英文为“3MIN－DELAY”）电路。延时原理是利用电容两端的电压不能跳变的特性，禁止压缩机停转后三分钟内再次启动，以避免压缩机由运转进入停止而立即再转入运转时，由于制冷系统平衡时间太短，压缩机启动力矩、电流增大，启动困难频繁动作后，易烧坏压缩机。

    首次开机或停机时间较长后再开机时，因电容 C1的两端电压通过R2全部放掉而为0V，使开机瞬间C1两端电压为0V，并通过V1将CPU的3min延时脚钳位于低电压，CPU据此判断不需要进行三分钟延时，可立即启动压缩机工作。

    空调器因某种原因停电后短时间（≤3min）又供电时，因电容C1容量、R2阻值均较大，放电时间长（大约3min），C1在上次开机时＋5V电源通过R1，V对它充有的电荷还没放完仍有一定电压，使V1截止，CPU的3min脚电压仍由＋5V通过R1提供为高电平，CPU据此延时3min后才令cm脚输出压缩机运行指令。

（2）三极管驱动式
    如图4－19所示，由压缩机、运转电容、过载保护器、RLY1压缩机继电器、驱动管三极管VTI，CPU，V1等3min延时器件等组成。
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    当CPU的CM输出＋7V高电平时，通过隔离电阻R33，对VT1的b极提供0.7V高电平，VT1饱和导通，对RLY1的线圈提供回路，线圈流经电流形成磁场，吸动触点开关闭合，接通压缩机的220V供电回路，压缩机开始运转。压缩机回路：220V L→FUSE1→RLY1→过载保护器→压缩机及运转电容、220V N。

    RC1阻容器件负责消除尖脉冲，避免压缩机停转时形成的反峰高压损坏压缩机。

    C1，V1，R1，R2组成3min延时电路，以保证压缩机停转3min后才能再次启动运转。

    3．电脑板＋交流接触器组成的压缩机电路

    如图4－20所示，由压缩机、运转电容、交流接触器、RLY1压缩机继电器、倒相驱动器ULN2003，CPU，3min延时器件C1等组成。这种电路应于分部柜空调器。
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    当室内机电脑板上的CPU执行压缩机运行程序时，由CM脚输出高电平，经ULN2003倒相放大后变成低电平，驱动RLY1触点闭合，使220V L经→RLY1→信号控制端子板的CM脚→交流接触器的线圈K→220V N，构成回路，交流接触器的线圈流经电流，形成磁场，吸动触点闭合接通Al，A2脚，从而接通压缩机的220V供电电路，压缩机开始运转。
压缩机回路：220V L→交流接触器的A1，A2脚→压缩机及运转电容→220V N。

4.3.2三相电压缩机电路
    如图4－21所示，由三相电压缩机、交流接触器、KB相序检测器、RLY1压缩机继电器、倒相驱动器ULN2003、CPU、3min延时器件C1和R1等组成。
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    当KB相序检测器检测到R、S、T三相电的相序正确时，其内部触点闭合接通C、A脚。这样，在室内机的CPU执行压缩机运行程序由CM输出高电平时，被ULN2003倒相放大后由OUTI输出低电平，驱动RLYI触点闭合，通过接线端子板的CM脚，接通交流接触器的线圈K回路，K形成磁场，吸动三组触点闭合，分别接通L1与T1脚、L2与T2脚、L3与T3脚，将过T相电、S相电、R相电，送压缩机的T、S、R端子，压缩机开始运转。

    交流接触器线圈回路：室内电源插头的220V L→R1.Y1→KB的C、A端→交流接触器的K，室外机三相电电源的N端。

    V1，R1，R2，C1负责通电压缩机延时3min启动。CPU通过检测3MIN DELAY电压高低，确定压缩机再次启动是否需要延时3min，如果为＋5V高电平则延时分钟，如果为0. 1 V以低电平，在接收开机指令后可立即启动压缩机，不需要延时。