風冷熱泵機組控制器的研制與應用

袁廣超，郭 建，陳 玲，湯繼保，崔坤理

（合肥通用機械研究院，安徽合肥 230088）

1 概述

風冷熱泵機組（以下簡稱冷水機組）采用空氣循環散熱方式，具有節電、節水、環境污染小、安裝簡單方便、運行費用低、一機冬夏兩用設備利用率高等特點。冷水機組作為一種比較成熟的高效環保型供冷（熱）產品，近年來在我國得到了廣泛的應用。然而，冷水機組控制器的關鍵部件基本上是從國外進口，不但增加了產品的成本，也給售后維修帶來了不便。本文在比較國外各類冷水機組控制系統的基礎上，采用成熟的控制技術，按標準化、系列化進行國產化研制，重點完成了電子溫度控制器和自動除霜控制器的開發。

2 冷水機組控制器的工作原理

2.1 控制器的組成

冷水機組控制系統由一臺內嵌式控制箱、各種執行器件（如壓縮機、風機、接觸器、換向閥）及現場檢測傳感器等部件組成。控制箱內有電子溫度控制器、自動除霜控制器、中間繼電器和時間繼電器等器件。冷水機組控制模式包括制冷控制、制熱控制、制熱時的自動除霜控制等控制過程，冷水機組控制原理框圖如圖1所示，電子溫度控制器的原理圖如圖2所示。

2.2 制冷控制過程

選擇制冷模式時，制冷、制熱模式選擇開關SEL1斷開，電子溫度控制器的“cool”端與交流24V的L線相連，“heat”端與交流24V的N線相連，三極管G4截止，G3飽和導通。此時，調節電位器RV1可設定制冷時的回水溫度值，其控制過程如下。

1）當溫度傳感器TH1測得回水溫度大于等于設定溫度＋2℃時，比較器IC1B①腳輸出高電平，三極管G6飽和導通，繼電器RY2吸合，中間繼電器K2、K3、K6和時間繼電器KT2同時得電動作；時間繼電器KT2延時6分鐘后中間繼電器K1得電動作，然后接觸器KM3、KM1和時間繼電器KT1、KT3同時得電動作；時間繼電器KT3延時1.5秒后KM4得電動作，壓縮機滿載運行；時間繼電器KT1延時3分鐘后退出鎖定。隨著壓縮機的運行，冷水機組的出水溫度逐漸降低，當回水溫度小于設定溫度＋2℃時，比較器IC1A的②腳輸出低電平，三極管G7截止，繼電器RY3斷開，中間繼電器K2失電，卸載電磁閥YV1得電，壓縮機卸載運行；當回水溫度大于等于設定溫度＋4℃時，IC1A的②腳又輸出高電平，繼電器RY3吸合，中間繼電器K2得電，卸載電磁閥YV1失電，壓縮機滿載運行。

圖1 冷水機組控制原理圖

2）當回水溫度小于等于設定溫度時，比較器IC1B①腳輸出低電平，三極管G6截止，繼電器RY2斷開，時間繼電器KT2、中間繼電器K1失電，繼而接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4 和時間繼電器KT1、KT3同時失電，壓縮機停機。隨著冷水機組的出水溫度逐漸升高，當回水溫度大于等于設定溫度＋2℃時，比較器IC1B①腳又輸出高電平，繼電器RY2吸合，時間繼電器KT2得電延時6分鐘后K1得電，繼而接觸器KM1、KM2、KM3和時間繼電器KT1、KT3 同時得電，KT3 延時 1.5 秒后，接觸器KM4得電，壓縮機滿載運行，時間繼電器KT1延時3分鐘后退出鎖定。在制冷運行時，2＃室外風機受風壓開關PK2的控制，當PK2閉合時，2＃室外風機運轉。

2.3 制熱除霜控制過程

在制熱模式下，當壓縮機累計運行時間超過除霜間隔的設定值，且滿足除霜條件，除霜壓力控制器PK1_DFP閉合，則開始除霜；除霜開始2分鐘后，如果室外盤管溫度高于除霜退出整定溫度值，溫度控制器TK2_DFT閉合，或除霜運行10分鐘后，則退出除霜。除霜開始和退出的判斷及控制過程如下。

圖2 電子溫度控制器原理圖

壓縮機累計運行計時如圖3所示，壓縮機運行時“L”、“N”端有 220V 的交流電，三極管 G8、二極管D16截止，計時器IC2正常計時；當壓縮機停止運行時“L”、“N”端無220V的交流電，三極管G8、二極管D16導通，計時脈沖被鉗位到低電平，計時器IC2停止計時。當壓縮機累計運行時間超過除霜間隔時間的設定值，由D7—D14構成的與門輸出高電平，此高電平一方面使IC6的⑩腳輸出低電平停止IC2的計時，另一方面使IC6的11○腳輸出低電平打開IC7B。此時如除霜條件不滿足，由IC5A、IC5B構成的觸發器保持原態，冷水機組繼續制熱運行；如除霜壓力條件滿足，除霜壓力控制器PK1_DFP閉合，則由IC5A、IC5B構成的觸發器翻轉發出開始除霜信號，三極管G2飽和導通，繼電器JK1吸合，中間繼電器K5得電動作，換向閥YV2、卸載電磁閥YV1和接觸器KM1、KM2同時失電，壓縮機進入除霜工作狀態；室外風機接觸器KM1、KM2在除霜狀態下，受風壓開關PK3控制。除霜間隔時間根據使用環境由撥碼開關SW現場設置，設置范圍是30分鐘到90分鐘。

退出除霜的判斷電路如圖4所示，開始除霜時IC5B的④腳輸出低電平，使除霜2分鐘計時器IC4開始計時，2分鐘后，IC4的④腳輸出高電平，此高電平信號一方面使或非門IC7C關閉，停止2分鐘計時，另一方面使8分鐘計時器IC3開始計時。同時與非門IC5D的11○腳輸出低電平打開或非門IC7D，如果室外盤管溫度高于除霜退出整定溫度值，溫度控制器TK2_DFT閉合，IC7D的11○腳輸出高電平復位壓縮機累計運行計時器IC2，由IC5A、IC5B構成的觸發器翻轉，退出除霜，即中間繼電器K5失電，換向閥YV2、卸載電磁閥YV1和接觸器KM1、KM2同時得電，壓縮機進入正常制熱工作狀態。如果溫度控制器TK2_DFT始終不能閉合，則在8分鐘后IC3的12○輸出高電平，也自動退出除霜，即最大除霜時間為10分鐘，最小除霜時間為2分鐘。

3 冷水機組的保護控制

冷水機組控制器設有多種保護措施，具有完善的保護報警功能。防凍結與高溫保護電路如圖5所示。

3.1 防凍保護功能

圖3 除霜間隔計時原理圖

圖4 除霜計時原理圖

在制冷狀態下開關SEL1斷開，或非門IC2B被封鎖固定輸出低電平，或非門IC3A打開。由出水溫度檢測傳感器TH2、滯回比較器IC1D及其周圍的電阻器等構成防凍保護電路。在出水溫度高于2℃時，比較器IC1D的13○腳輸出高電平，IC3A輸出低電平，IC3B輸出高電平，IC3D輸出低電平，三極管G2截止，繼電器RY1釋放，連鎖保護繼電器K6得電，冷水機組正常工作；當出水溫度小于2℃時，比較器IC1D的13○腳輸出低電平，IC3D輸出高電平，三極管G2飽和導通，繼電器RY1吸合，連鎖保護繼電器K6失電，接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4 和時間繼電器 KT1、KT3失電，壓縮機停機保護；在此之后，只有當出水溫度大于5℃時，比較器IC1D的3[1]腳又輸出高電平，解除防凍保護，通過復位開關才能重新開機。

3.2 高溫保護功能

在制熱狀態下開關SEL1閉合，或非門IC3A被封鎖，固定輸出低電平，或非門IC2B打開。由出水溫度檢測傳感器TH2、滯回比較器IC1C等構成高溫保護電路。在出水溫度低于60℃時，比較器IC1C的14○腳輸出低電平，三極管G2截止，繼電器RY1釋放，連鎖保護繼電器K6得電，冷水機組正常工作；當出水溫度高于60℃時，比較器IC1C的4[1]腳輸出高電平，三極管G2飽和導通，繼電器RY1吸合，連鎖保護繼電器K6失電，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4 和時間繼電器 KT1、KT3 失電，壓縮機停機保護；在此之后，當出水溫度小于55℃時，比較器IC1C的4[1]腳又輸出低電平，解除高溫保護，通過復位開關才能重新開機。

3.3 水流量低和排氣溫度高保護功能

在冷水機組運行中，若冷媒水流量低，流量開關QK1斷開；若壓縮機排氣溫度高，溫度開關TK1斷開。無論是QK1或TK1斷開，都使連鎖保護繼電器K6失電，接觸器KM1、KM2、KM3、KM4和時間繼電器KT1、KT3失電，壓縮機停機保護。

圖5 防凍與高溫保護原理圖

除上述的幾種保護外，還有壓縮機再起動延時保護，壓縮機雙繞組起動等多種保護功能。所有動作溫度點的比較都采用滯回比較器，避免了動作溫度點附近的振蕩，防止誤動作，提高了控制的可靠性。此外，所有中間控制繼電器、接觸器的線包電壓均為交流24V，增加了使用的安全性。

4 結束語

研制的風冷式熱泵機組控制器在實際使用過程中運行穩定、可靠，未發現任何異常現象，完全滿足設計要求，達到了預期的目的。該控制系統已通過客戶的定型驗收，替代了進口產品，并投入批量生產。

［1］彥啟森.空氣調節用制冷技術［M］.北京：中國建筑工業出版社,1985.

［2］王毓銀.脈沖與數字電路［M］.北京：高等教育出版社,1985.

［3］謝嘉奎,謝洪曛 ,金寶琴.電子線路（線性部分）［M］.北京：高等教育出版社,1983.