双制式双系统空调的控制系统的制作方法

本实用新型涉及空调控制系统领域，具体是一种双制式双系统空调的控制系统。

背景技术：

车载空调设备的电源为直流28v和三相交流208v/400hz两种供电体制，在两种供电体制下空调设备均能正常工作，并在两种供电体制切换时，空调设备不停机，自动切换制冷系统。

直流28v为车辆底盘提供，发动机作为动力源，皮带轮带动汽车压缩机离合器旋转，连同冷凝器、蒸发器、冷凝风机及蒸发风机等部件实现制冷的目的。

三相交流208v/400hz为车辆油机提供，控制系统采用三相全波整流将三相交流208v//400hz转换成直流300v，再用变频技术将其转换成三相交流220v/50hz电压驱动交流压缩机工作。

现有的双制式双系统空调的控制系统电路复杂，元器件多、可靠性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的缺失，提供一种技术含量高、性能稳定、转换效率高、电磁兼容性好、可靠性高、适应电压范围宽的双制式双系统空调的控制系统，实时监测、自动分析判断、无缝切换交流制冷系统和直流制冷系统的压缩机工作，对一次电源无污染，且两制冷系统的控制电路共用，减少元器件的投入。

本实用新型的技术方案如下：

一种双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：包括控制主板ap1、操作板ap2、变频板ap3、模块板ap4、直流滤波器z，以及开关器件、信号检测元件、电气驱动部件，其中：

开关器件包括断路器qf01和直流断路器qf02，断路器qf01的进线端外接三相交流208v/400hz供电电源，直流断路器qf02的进线端外接直流28v供电电源，直流断路器qf02的出线端连接直流滤波器z的正极输入端，直流滤波器z的负极输入端接电源负极gnd；

控制主板ap1由pic16c73b单片机、继电器、接插件等构成，直流滤波器z的正极输出端连接控制主板ap1的1x03端子，直流滤波器z的负极输出端连接控制主板ap1的1x04端子，控制主板ap1通过1x03端子、1x04端子输入直流电压；断路器qf01的出线端分别连接至控制主板ap1的1x05端子、1x06端子、1x07端子，控制主板ap1通过1x05端子、1x06端子、1x07端子采集三相交流208v/400hz供电电源电压信号；

操作板ap2由pic16c73b单片机、指示灯、接插件等构成，操作板ap2的2x01端子与控制主板ap1的1x01端子连接，操作板ap2中有按钮开关sb1，按钮开关sb1的一端通过操作板ap2的2x02端子与控制主板ap1的1x08端子连接，按钮开关sb1的另一端通过操作板ap2的2x03端子与控制主板ap1的1x09端子连接，按钮开关sb1是空调开/关机控制键；

变频板ap3由电阻、电容、电感、接插件等构成，模块板ap4的核心器件为pm100cl1a060混合集成电路。变频板ap3的3x01端子与控制主板ap1的1x02端子连接，变频板ap3的3x14端子、3x15端子分别与模块板ap4的4x01端子、4x02端子连接，变频板ap3的3x16端子与模块板ap4的4x03端子连接；变频板ap3的3x11端子、3x12端子、3x13端子连接断路器qf01的出线端，模块板ap4的4x04端子、4x05端子、4x06端子分别连接交流压缩机mc2的u端子、v端子、w端子，变频板ap3、模块板ap4连同三相全波整流桥u将三相交流208v//400hz电源电压转换成三相交流220v/50hz电压驱动交流压缩机mc2工作。

变频板ap3的3x02端子连接变压器t的原边，3x03端子连接变压器t的副边，变压器t的原边输入电压为三相交流电源的线电压，变频板ap3根据变压器t的副边电压自动启动补偿功能；变频板ap3的3x06端子、3x07端子、3x08端子分别与3x11端子、3x12端子、3x13端子相连，还与三相全波整流桥u连接，由三相全波整流桥u对输入空调的三相交流208v//400hz电压进行整流，整流后直流电压送入模块板ap4的3x09端子、3x010端子；

所述的双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：所述的控制主板ap1上设有dc/dc模块电源，在直流电压输入16vdc～32vdc范围时，dc/dc模块电源均输出24vdc电压给单片机，采样电路、继电器线圈等电路，控制电路不受直流电压输入范围的影响；所述的变频板ap3连同变压器t实现变频电路自动补偿功能，当ac3～208v//400hz电源输入电压低于208v时，变频电路自动补偿，保证ac3～208v/50hz电压驱动交流压缩机mc2工作。

信号检测元件包括用于检测空调回风温度的回风温度传感器rt1、用于检测室外温度的室外环境温度传感器rt2、用于检测交流压缩机温度的交流压缩机排气温度传感器rt3，以及变频板ap3中内设的电流互感器，其中回风温度传感器rt1接入控制主板ap1的1x10端子，室外环境温度传感器rt2接入变频板ap3的3x04端子，交流压缩机排气温度传感器rt3接入变频板ap3的3x05端子，由控制主板ap1接收回风温度信号，由变频板ap3接收室外环境温度信号和交流压缩机排气温度信号，并由变频板ap3内设的电流互感器采集交流压缩机的电流信号；

电气驱动部件包括直流继电器ka1、ka2和ka3，直流操作交流接触器km01以及直流接触器km02，直流继电器ka1的线圈一端连接控制主板ap1的1x14端子，直流继电器ka2的线圈一端连接控制主板ap1的1x15端子，直流继电器ka3的线圈一端连接控制主板ap1的1x16端子，直流接触器km02的线圈一端连接控制主板ap1的1x17端子，直流继电器ka1、ka2、ka3和直流接触器km02线圈另一端并接后连接控制主板ap1的1x13端子，直流操作交流接触器km01的线圈两端分别连接控制主板ap1的1x18端子、1x19端子；

所述直流滤波器z的正极输出端通过直流继电器ka1的常开触点分别连接至蒸发风机mf1和蒸发风机mf2的高档正极端，直流滤波器z的正极输出端通过直流继电器ka2的常开触点分别连接至蒸发风机mf1和蒸发风机mf2的低档正极端、直流滤波器z的正极输出端通过直流继电器ka3的常开触点连接至汽车压缩机mc1的正极端，蒸发风机mf1、蒸发风机mf2、直流压缩机mc1的负极端分别与直流滤波器z的负极输出端连接，由直流滤波器将直流电压源的电压滤波后，再通过直流继电器ka1、ka2、ka3的常开触点闭合供电至蒸发风机mf1、蒸发风机mf2、直流压缩机mc1；

直流滤波器z的正极输出端还通过直流接触器km02的常开触点分别连接至冷凝风机mf3、冷凝风机m4的正极端，直流滤波器z的负极输出端还分别连接至冷凝风机mf3、冷凝风机m4的负极端，由直流滤波器将直流28v电压滤波后，再通过直流接触器km02的常开触点闭合供电至冷凝风机mf3、冷凝风机m4；

直流操作交流接触器km01的常开触点接入断路器qf01的出线端与变频板ap3入线端之间，三相交流208v/400hz电压经交流接触器km01的常开触点闭合送入变频板ap3。

所述的双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：所述交流接触器km01还有常闭辅助触点，常闭辅助触点接入直流继电器ka3和控制主板ap1的1x16端子之间，实现直流操作交流接触器km01和直流继电器ka3的联锁控制。

所述的双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：所述直流继电器ka1的线圈反向并联二极管d1，直流继电器ka2的线圈反向并联二极管d2，直流继电器ka3的线圈反向并联二极管d3，直流操作交流接触器km01的线圈反向并联二极管d5，直流接触器km02的线圈反向并联二极管d4,用于释放线圈断电时产生的感性电动势；

所述的双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：所述三相全波整流桥u中有三个并联支路，每个并联支路均有两个二极管同向串联构成，三个并联支路的负极端共接后与变频板ap3的3x09端子连接，三个并联支路的正极端共接后与变频板ap3的3x10端子连接，变频板ap3的3x06端子、3x07端子、3x08端子一一对应接入三个并联支路中两二极管之间。

所述的双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：所述的控制主板ap1上集成有dc/dc模块电源，dc/dc模块电源与控制主板ap1的单片机连接，由dc/dc模块电源供电至控制主板ap1的单片机，并由dc/dc模块电源通过单片机及外围电路供电至各个直流继电器、直流接触器、直流操作交流接触器的线圈。

所述的双制式双系统空调的控制系统，其特征在于：还包括压力保护元件，压力保护元件包括直流制冷系统低压压力开关sp1、交流制冷系统低压压力开关sp2，直流制冷系统低压压力开关sp1接入控制主板ap1的1x11端子，交流制冷系统低压压力开关sp2接入控制主板ap1的1x12端子。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型实时监测直流电压源和交流电压源的供电情况，无缝切换交流制冷系统和直流制冷系统的压缩机工作，保证空调设备正常制冷的需求。

2、本实用新型采用矢量变频技术，电压利用率高，减少了功率模块的开关次数降低了开关损耗，消除了偶次谐波，可靠性高，电磁兼容性能好。

3、本实用新型采用全波整流并辅以滤波、补偿电路，对一次电源无污染，可使交流电压源输入端波形对称。

4、本实用新型采用dc/dc模块电源和变频电路自动补偿功能，保证空调设备在宽电压范围可靠工作。

5、本实用新型控制主板ap1、操作板ap2、回风温度传感器rt1、直流继电器ka1、ka2和ka3、直流接触器km02等，两制冷系统控制电路共用，减少了元器件的投入。

附图说明

图1为本实用新型电路原理框图。

具体实施方式

以下结合图1对本实用新型作进一步的说明：

一种双制式双系统空调的控制系统，包括控制主板ap1、操作板ap2、变频板ap3、模块板ap4、直流滤波器z，以及开关器件、信号检测元件、电气驱动部件，其中：

开关器件包括断路器qf01和直流断路器qf02，断路器qf01的进线端外接三相交流208v/400hz供电电源，直流断路器qf02的进线端外接直流28v供电电源，直流断路器qf02的出线端连接直流滤波器z的正极输入端，直流滤波器z的负极输入端接电源负极gnd；

控制主板ap1由pic16c73b单片机、继电器、接插件等构成，直流滤波器z的正极输出端连接控制主板ap1的1x03端子，直流滤波器z的负极输出端连接控制主板ap1的1x04端子，控制主板ap1通过1x03端子、1x04端子输入直流电压；断路器qf01的出线端分别连接至控制主板ap1的1x05端子、1x06端子、1x07端子，控制主板ap1通过1x05端子、1x06端子、1x07端子采集三相交流208v/400hz供电电源电压信号；

操作板ap2由pic16c73b单片机、指示灯、接插件等构成，操作板ap2的2x01端子与控制主板ap1的1x01端子连接，操作板ap2中有按钮开关sb1，按钮开关sb1的一端通过操作板ap2的2x02端子与控制主板ap1的1x08端子连接，按钮开关sb1的另一端通过操作板ap2的2x03端子与控制主板ap1的1x09端子连接，按钮开关sb1是空调开/关机控制键；

变频板ap3由电阻、电容、电感、接插件等构成，模块板ap4的核心器件为pm100cl1a060混合集成电路。变频板ap3的3x01端子与控制主板ap1的1x02端子连接，变频板ap3的3x14端子、3x15端子分别与模块板ap4的4x01端子、4x02端子连接，变频板ap3的3x16端子与模块板ap4的4x03端子连接；变频板ap3的3x11端子、3x12端子、3x13端子连接断路器qf01的出线端，模块板ap4的4x04端子、4x05端子、4x06端子分别连接交流压缩机mc2的u端子、v端子、w端子，变频板ap3、模块板ap4连同三相全波整流桥u将三相交流208v//400hz电源电压转换成三相交流220v/50hz电压驱动交流压缩机mc2工作。

变频板ap3的3x02端子连接变压器t的原边，3x03端子连接变压器t的副边，变压器t的原边输入电压为三相交流电源的线电压，变频板ap3根据变压器t的副边电压自动启动补偿功能；变频板ap3的3x06端子、3x07端子、3x08端子分别与3x11端子、3x12端子、3x13端子相连，还与三相全波整流桥u连接，由三相全波整流桥u对输入空调的三相交流208v//400hz电压进行整流，整流后直流电压送入模块板ap4的3x09端子、3x010端子；

信号检测元件包括用于检测空调回风温度的回风温度传感器rt1、用于检测室外温度的室外环境温度传感器rt2、用于检测交流压缩机温度的交流压缩机排气温度传感器rt3，以及变频板ap3中内设的电流互感器，其中回风温度传感器rt1接入控制主板ap1的1x10端子，室外环境温度传感器rt2接入变频板ap3的3x04端子，交流压缩机排气温度传感器rt3接入变频板ap3的3x05端子，由控制主板ap1接收回风温度信号，由变频板ap3接收室外环境温度信号和交流压缩机排气温度信号，并由变频板ap3内设的电流互感器采集交流压缩机的电流信号；

电气驱动部件包括直流继电器ka1、ka2和ka3，直流操作交流接触器km01以及直流接触器km02，直流继电器ka1的线圈一端连接控制主板ap1的1x14端子，直流继电器ka2的线圈一端连接控制主板ap1的1x15端子，直流继电器ka3的线圈一端连接控制主板ap1的1x16端子，直流接触器km02的线圈一端连接控制主板ap1的1x17端子，直流继电器ka1、ka2、ka3和直流接触器km02线圈另一端并接后连接控制主板ap1的1x13端子，直流操作交流接触器km01的线圈两端分别连接控制主板ap1的1x18端子、1x19端子；

直流滤波器z的正极输出端通过直流继电器ka1的常开触点分别连接至蒸发风机mf1和蒸发风机mf2的高档正极端，直流滤波器z的正极输出端通过直流继电器ka2的常开触点分别连接至蒸发风机mf1和蒸发风机mf2的低档正极端、直流滤波器z的正极输出端通过直流继电器ka3的常开触点连接至汽车压缩机mc1的正极端，蒸发风机mf1、蒸发风机mf2、直流压缩机mc1的负极端分别与直流滤波器z的负极输出端连接，由直流滤波器将直流电压源的电压滤波后，再通过直流继电器ka1、ka2、ka3的常开触点闭合供电至蒸发风机mf1、蒸发风机mf2、直流压缩机mc1；

直流滤波器z的正极输出端还通过直流操作交流接触器km02的常开触点分别连接至冷凝风机mf3、冷凝风机m4的正极端，直流滤波器z的负极输出端还分别连接至冷凝风机mf3、冷凝风机m4的负极端，由直流滤波器将直流电压源的电压滤波后，再通过直流操作交流接触器km02的常开触点闭合供电至冷凝风机mf3、冷凝风机m4；

直流操作交流接触器km01的常开触点接入断路器qf01的出线端与变频板ap3入线端之间，三相交流208v/400hz电压经交流接触器km01的常开触点闭合送入变频板ap3。

交流接触器km01还有常闭辅助触点，常闭辅助触点接入直流继电器ka3和控制主板ap1的1x16端子之间，实现直流操作交流接触器km01和直流继电器ka3的联锁控制。

直流继电器ka1的线圈反向并联二极管d1，直流继电器ka2的线圈反向并联二极管d2，直流继电器ka3的线圈反向并联二极管d3，直流操作交流接触器km01的线圈反向并联二极管d5，直流接触器km02的线圈反向并联二极管d4，用于释放线圈断电时产生的感性电动势；

三相全波整流桥u中有三个并联支路，每个并联支路均有两个二极管同向串联构成，三个并联支路的负极端共接后与变频板ap3的3x09端子连接，三个并联支路的正极端共接后与变频板ap3的3x10端子连接，变频板ap3的3x06端子、3x07端子、3x08端子一一对应接入三个并联支路中两二极管之间。

控制主板ap1上集成有dc/dc模块电源，dc/dc模块电源与控制主板ap1的单片机连接，由dc/dc模块电源供电至控制主板ap1的单片机，并由dc/dc模块电源通过单片机及外围电路供电至各个直流继电器、直流接触器、直流操作交流接触器的线圈。

本实用新型还包括压力保护元件，压力保护元件包括直流制冷系统低压压力开关sp1、交流制冷系统低压压力开关sp2，直流制冷系统低压压力开关sp1接入控制主板ap1的1x11端子，交流制冷系统低压压力开关sp2接入控制主板ap1的1x12端子。

本实用新型中，各个温度传感器均采用ntc热敏电阻，ntc热敏电阻共计有回风温度传感器rt1(水滴状，25℃，10k，b值3950)、室外环境温度传感器rt2(水滴状，25℃，10k，b值3950)、交流压缩机排气温度传感器rt3(铜壳，25℃，50k，b值4050)，回风温度传感器rt1与控制主板ap1上采样电路连接；室外环境温度传感器rt2、交流压缩机排气温度传感器rt3与变频板ap3上采样电路连接。制冷系统压力检测装置有直流制冷系统低压压力开关sp1和交流制冷系统低压压力开关sp2。低压压力开关型号为xyk-0.05，制冷系统内压力低于0.05mpa，低压开关内的金属片发生移动，通过连接导杆拉动开关触点断开，当制冷系统内的压力升到0.2mpa时恢复接通。

本实用新型中，控制主板ap1根据回风温度传感器rt1的采样值t与操作板ap2上设定的目标温度t0的差值自动控制空调进行通风、制冷工作。当t≥t0+2℃时，为制冷运行，t≤t0时，停止制冷运行，转为送风运行；其他情况，为送风运行。

本实用新型中，控制主板ap1实时监测直流28v电源和三相交流208v//400hz电源的供电情况，控制主板ap1与操作板ap2之间进行数据通讯，电源供电情况在操作板ap2上显示。只有直流28v直流电源供电时，发动机皮带轮带动汽车压缩机mc1离合器旋转，连同冷凝器、蒸发器、冷凝风机mf3、冷凝风机mf4、蒸发风机mf1及蒸发风机mf2等部件实现制冷的目的；当直流28v电源和三相交流208v/400hz电源同时供电时，控制主板ap1上1x05端子、1x06端子、1x07端子有交流电压输入时，自动停止1x16端子输出dc24v电压，直流继电器ka3线圈失电，触点断开，切断汽车压缩机mc1的供电，延时1min后，自动切换至交流制冷系统工作，控制主板ap1上1x18端子输出dc24v电压，直流操作交流接触器km01线圈得电，触点闭合，三相交流208v/400hz电源电压经断路器qf01、直流操作交流接触器km01触点分别送至变频板ap3的3x11端子、3x12端子、3x13端子上，与其电路相连的三相全波整流桥u先将其转成直流300v电压，模块板ap4再将其转换成三相交流220v/50hz电压驱动交流压缩机mc2工作。

本实用新型中，控制主板ap1连同变频板ap3、模块板ap4对交流压缩机mc2的运行频率进行控制。当交流制冷系统工作时，交流压缩机mc2的运行频率受回风温度传感器rt1采样值t与设定温度t0的差值、室外环境温度传感器rt2采样值t2、交流压缩机排气温度传感器rt3采样值t3、交流压缩机额定电流in、交流压缩机运行电流i的控制，实际运行频率取最小值，具体如下：

a)温差对交流压缩机运行频率的控制：

t-t0≥7℃，压缩机运行频率＝53hz；

t-t0≥6℃，压缩机运行频率＝50hz；

t-t0≥4℃，压缩机运行频率＝47hz；

t-t0≥3℃，压缩机运行频率＝44hz；

t-t0≥1℃，压缩机运行频率＝42hz。

b)室外环境温度(t2)对压缩机运行频率的控制：

t2＜40℃时，不限频；

40℃≤t2≤58℃时，压缩机运行频率在55hz～42hz；

t2＞58℃时，压缩机运行频率维持42hz。

c)压缩机排气温度(t3)对压缩机运行频率的控制：

t3＜105℃时，压缩机运行频率不限制；

105℃≤t3＜110℃时，压缩机运行频率不上升；

110℃≤t3＜115℃时，压缩机运行频率以3hz/90秒的速度降频直至42hz；

115℃≤t3＜120℃时，压缩机运行频率以6hz/90秒的速度降频直至42hz；

120℃≤t3时，压缩机停止运行，保护指示灯2次/3秒闪烁报警。

压缩机停止时，如果t3＞98℃时，则维持停机。

如果排气温度传感器断开，则以42hz的频率运行。

d)压缩机工作电流对压缩机运行频率的控制：

i＜1.5in时，压缩机运行频率不约束；

1.5in≤i＜2in时，压缩机运行频率不升；

2in≤i＜2.1in时，压缩机运行频率以1hz/15秒的速度降频直至30hz；

i≥2.5in时，压缩机停止运行，保护指示灯4次/3秒闪烁报警。

本实用新型中，控制主板ap1上设有dc/dc模块电源，型号为urf2424p-6wr3，在直流电压输入16vdc～32vdc范围时，dc/dc模块电源均输出24vdc电压给单片机，采样电路、继电器和接触器线圈等，控制电路不受直流电压输入范围的影响；变频板ap3连同变压器t实现变频电路自动补偿功能，当三相交流208v//400hz电源输入电压低于208v时，变频电路自动补偿，保证三相交流220v/50hz电压驱动交流压缩机mc2工作。变压器t的原边输入电压为交流输入电压的线电压208v，副边输出电压为交流12v。

本实用新型中，保护功能包括有直流制冷系统压力保护sp1、交流制冷系统压力保护sp2、电源异常保护、模块过热保护、交流压缩机排气温度过高保护。当直流制冷系统压力异常时，控制主板ap1上1x11端子接口电路断开，1x16端子停止输出dc24v电压，直流继电器ka3线圈失电，触点断开，切断汽车压缩机mc1的供电，空调停止制冷，操作板ap2上保护指示灯亮；当制冷系统压力恢复正常后，1x11端子接口电路闭合，空调自动恢复制冷；当交流制冷系统压力异常时，控制主板ap1上1x12端子接口电路断开，1x18端子停止输出dc24v电压，直流操作交流接触器km01线圈失电，触点断开，交流压缩机mc2停止工作，操作板ap2上保护指示灯亮,当制冷系统压力恢复正常后，1x12端子接口电路闭合，空调自动恢复制冷；当检测到三相交流电源缺相(检测到三相电源无输入时判定为正常)时，电源异常指示灯亮，控制主板ap1自动停止1x18端子输出dc24v电压，直流操作交流接触器km01线圈失电，触点断开，交流压缩机mc2停止工作；当检测到输入的直流电源电压低于16vdc(±1v)或高于32vdc(±1v)时，维持原工作状态，直流电源指示灯闪亮；当模块ap4检测到自身过热或过流时会自动保护，停止输出三相交流220v/50hz电压给交流压缩机mc2，主控板ap1自动切换至直流制冷系统；当交流压缩机排气温度超过120℃时，压缩机停止工作，3分钟后自动恢复，外风机一直正常送风。为了更直观的显示空调保护报警状态，操作板ap2上数显故障代码。e0：通讯故障、e1：温度传感器故障、e2：三相交流电源缺相、e3：直流电源电压低于16vdc或高于32vdc、e4：直流制冷压力异常、e5：交流制冷压力异常、e6：交流压缩机排气温度大于120℃、e7：交流压缩机制冷电流异常、e8：模块过热保护、e9：排气传感器断开。

本实用新型中，控制主板ap1和操作板ap2的单片机型号pic16c73b，控制软件采用汇编语言，软件开发工具为microchipmpasmv02.30.11，软件开发环境为pc机，操作系统为windowsxp以上版本。

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。