CN102927656A - 空调辅助电加热器的故障检测方法及故障保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空调辅助电加热器的故障检测方法及故障保护电路，利用温度保护器对空调辅助电加热器的加热温度进行检测，并在超过设定温度的期间，控制所述空调辅助电加热器断电停止运行；利用电流检测电路对空调辅助电加热器的交流供电回路进行电流检测，若电流为零，则首先切断空调辅助电加热器的交流供电，并在延迟设定时间后，重新为所述的空调辅助电加热器供电，然后再次对所述交流供电回路进行电流检测，若电流仍为零，则判定所述空调辅助电加热器故障。本发明在满足空调器对电加热器过热保护要求的前提下，实现了对电加热器故障的准确检测，降低了电加热器及保护器件异常所导致的严重质量问题发生的几率，提高了空调产品的整机安全性能。
Description
技术领域
本发明属于空调与制冷工程技术领域，具体地说，是涉及一种用于对空调产品中的辅助电加热器实现故障检测及保护的方法和电路结构设计。
背景技术
随着制冷技术的不断发展，空调产品已经从过去单一的制冷功能逐步发展到今天集制冷、制热、除湿、空气净化等多种功能于一体的综合型电气设备。现有的空调产品为了提高冬季的制热效果，主要是通过在空调器室内机中增加辅助电加热器，利用辅助电加热器产生的热量来满足用户的供热需求。辅助电加热器在空调器中的作用越来越重要，尤其是定速产品，辅助电加热器的用电功率能够占到冬季整机用电的50%以上，辅助电加热器功率要求的增大与空调器整机安全设计之间的矛盾就变得越来越突出。
对于传统的空调器产品来说，对空调辅助电加热器的控制只是进行电加热器周围温度方面的检测，即通过检测辅助电加热器的加热温度是否过高来判断是否需要继续为所述的辅助电加热器供电，进而达到对辅助电加热器过热保护的设计目的。但是，这种传统的控制方式，并无法实现对空调辅助电加热器自身故障的检测，因而对于因空调辅助电加热器自身故障所引发的整机质量问题，目前还缺少一种行之有效的检测手段，由此也给空调产品的安全运行造成了一定程度的威胁，很可能会引发严重的质量问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调辅助电加热器的故障检测方法，能够对空调辅助电加热器实现准确的故障检测，以避免因空调辅助电加热器故障而引发的整机危险事故的发生。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种空调辅助电加热器的故障检测方法，利用温度保护器对空调辅助电加热器的加热温度进行检测，并在超过设定温度的期间，控制所述空调辅助电加热器断电停止运行；利用电流检测电路对空调辅助电加热器的交流供电回路进行电流检测，若电流变为零，则首先切断空调辅助电加热器的交流供电，并在延迟设定时间后，重新为所述的空调辅助电加热器供电，然后再次对所述交流供电回路进行电流检测，若电流仍为零，则判定所述空调辅助电加热器故障。
优选的，将所述温度保护器和电流检测电路设置在空调辅助电加热器的交流供电回路中，通过切断空调辅助电加热器的交流供电回路来控制空调辅助电加热器断电停止运行。
为了避免交流电流正常过零引起的故障误判问题，所述电流检测电路首先将交流供电回路中的交流电流整流变换成直流检测信号，然后针对所述直流检测信号进行所述交流电流是否为零的检测判断，以提高故障检测的准确性。
由于交流供电回路的电流为零有可能是因为温度保护器动作导致的，也就是说是进入了正常的过热保护状态，而不是因为空调辅助加热器故障造成的，因此需要在首次切断空调辅助电加热器的交流供电后，延迟合适的设定时间，使得空调辅助电加热器的温度能够下降到设定温度以下，以使温度保护器退出保护动作后，再对空调辅助电加热器的交流供电回路进行重新检测，若电流仍为零，才能证明是空调辅助电加热器自身出现了故障，此时可以立即切断所述空调辅助电加热器的交流供电回路，并进行报警提醒。若在延迟所述设定时间后重新为空调辅助电加热器供电时，检测到所述交流供电回路的电流不为零，则可以判定上次电流为零只是进入了正常的过热保护状态，空调辅助电加热器是正常的，应继续为所述的空调辅助电加热器供电。
为了给空调辅助电加热器留出足够的降温时间，以保证温度保护器能够退出过热保护状态，满足对空调辅助电加热器是否故障的检测要求，所述设定时间至少应设定在3分钟。
作为实现上述空调辅助电加热器故障检测方法所需要的一种硬件支持，本发明还提供了一种空调辅助电加热器的故障保护电路，包括温度保护器、电流检测电路和控制器；所述温度保护器检测空调辅助电加热器的加热温度，并在超过设定温度的期间，控制所述空调辅助电加热器断电停止运行；所述电流检测电路对空调辅助电加热器的交流供电回路进行电流检测，生成检测信号输出至控制器；所述控制器在检测到电流为零时，首先切断所述空调辅助电加热器的交流供电，并在延迟设定时间后，重新为所述的空调辅助电加热器供电，然后再次检测电流是否为零，若电流仍为零，则判定所述空调辅助电加热器故障。
优选的，所述温度保护器串联在空调辅助电加热器的交流供电回路中，通过切断所述的交流供电回路控制所述空调辅助电加热器断电停止运行。
为了提高故障检测的准确性，所述电流检测电路连接交流供电回路，检测交流供电回路中的交流电流并整流变换成直流检测信号，输出至所述的控制器，所述控制器针对所述的直流检测信号进行交流供电回路中交流电流是否为零的检测判断，以避免交流电流正常过零引起的故障误判问题。
作为所述电流检测电路的一种优选电路组建方案，在所述电流检测电路中包含有电流互感器、整流电路、分压电路和钳位电路，所述电流互感器连接在所述的交流供电回路中，产生感应电流输出至整流电路整流成直流电压后，输出至分压电路转换成电压检测信号，所述电压检测信号通过钳位电路进行电压幅值的钳制处理后，输出满足控制器的接口电压要求的直流检测信号传输至所述的控制器。
进一步的，所述控制器根据接收到的检测信号控制一开关元件通断，所述开关元件的开关通路串联在所述空调辅助电加热器的交流供电回路中。
优选的，所述开关元件为继电器，所述继电器的线圈在控制器输出的控制信号的作用下通电或者断电，进而控制其活动触点吸合或者断开，所述继电器的活动触点串联在空调辅助电加热器的交流供电回路中。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过对空调辅助电加热器采用温度和电流双重检测的控制方式，来控制电加热器运行，进而在满足空调器对电加热器过热保护要求的前提下，实现了对电加热器故障的准确检测，降低了电加热器及保护器件异常所导致的严重质量问题发生的几率，提高了空调产品的整机安全性能。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的空调辅助电加热器故障保护电路的一种实施例的电路原理图；
图2是空调辅助电加热器的供电线路图；
图3是本发明所提出的空调辅助电加热器的故障检测方法的一种实施例的检测流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
本实施例为了解决空调器在冬季制热运行的过程中，空调辅助电加热器的控制回路无法判断电加热器是否正常的问题，提出了一种空调辅助电加热器的故障检测技术。该故障检测技术通过在空调辅助电加热器的供电控制回路中设置温度保护器和电流检测器， 采用对空调辅助电加热器的加热温度和供电电流进行双重检测的方式，来决定是否为辅助电加热器继续供电，由此确保了空调辅助电加热器运行的安全性，实现了对空调辅助电加热器故障的准确检测。
具体来讲，可以利用温度保护器对空调辅助电加热器的加热温度进行检测，当检测到辅助电加热器的加热温度超过设定温度时，通过控制所述辅助电加热器断电停止运行，从而使整机进入保护状态，达到过热保护的设计目的。与此同时，利用电流检测电路对空调辅助电加热器的交流供电回路进行电流检测，若检测到电流变为零，则可能存在两种情况：一种是空调辅助电加热器出现故障；另外一种是由于温度保护器执行保护动作而导致的供电中断。为了区别是哪种情况，可以首先切断空调辅助电加热器的交流供电，并在延迟设定时间后，重新为所述的空调辅助电加热器供电，然后再次对所述交流供电回路进行电流检测，若电流不为零，则可以判定之前的电流为零，是由于温度保护器动作所导致的交流供电回路断开，属于正常的过热保护过程，而不是电加热器自身的问题；若电流仍为零，则可以判定是空调辅助电加热器自身出现了故障，此时应该立即切断所述空调辅助电加热器的交流供电，以避免引发严重的质量事故。
为了满足上述设计要求，本实施例从硬件电路和软件控制两方面出发，对现有空调产品进行改进，以实现对空调辅助电加热器的过热保护和故障检测。
下面首先对空调辅助电加热器的故障保护电路的具体组建结构及其工作原理进行详细地阐述。
参见图1、图2所示，在空调器室内机的主控板上设置控制器IC1、温度保护器IC3和电流检测电路（如图1中虚线框中的部分）。其中，所述温度保护器IC3和电流检测电路可以连接在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中，通过切断空调辅助电加热器HEATER的交流供电，以控制空调辅助电加热器HEATER断电停止运行，使系统进入过热保护状态。
在本实施例中，所述温度保护器IC3可以采用一个设置有温度检测器件和开关器件的集成部件连接在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中，且布设位置应尽量靠近空调辅助电加热器HEATER的安装位置，以提高温度检测器件对空调辅助电加热器HEATER加热温度的准确检测。将所述开关器件串联在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中，当温度检测器件检测到空调辅助电加热器HEATER的加热温度超过设定温度时，自动控制所述的开关器件断开，以切断所述的交流供电回路，控制空调辅助电加热器HEATER断电停止运行，进入过热保护状态，直到空调辅助电加热器HEATER的温度下降到设定温度以下时，再控制所述的开关器件闭合，重新连通空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路，控制空调辅助电加热器HEATER重新上电，制热运行。
在所述电流检测电路中设置有电流互感器CT1、整流电路、分压电路、滤波电路和钳位电路，参见图1所示。其中，所述电流互感器CT1连接在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中，产生感应电流输出至整流电路以生成直流电压。具体来讲，可以将电流互感器CT1的一次绕组串联在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路的火线220V_L中，将电流互感器CT1的二次绕组连接到整流电路的交流侧。所述整流电路优选采用四个二极管V200~V203连接形成全桥整流电路，将电流互感器CT1感应输出的交流电流整流成直流电压后，输出至所述的分压电路。在本实施例中，所述分压电路可以采用由电阻R2、R3连接而成的电阻分压网络连接在整流电路的直流侧与地之间，用于对整流电路整流输出的直流电压进行降压变换处理后，通过其分压节点输出电压检测信号至所述的滤波电路。所述滤波电路可以具体采用由电阻R1和电容C1、C2连接形成的π型滤波网络，用于对分压电路输出的电压检测信号进行滤波处理后，输出至钳位电路进行电压幅值的钳制处理。在本实施例中，所述钳位电路可以采用一颗二极管V205和直流电源连接而成，所述直流电源的电压幅值应与控制器IC1的接口电压一致，以+5V为例进行说明，当通过分压电路输出的电压检测信号的幅值超过+5V时，二极管V205导通，将幅值钳位在+5V，以生成满足控制器IC1的接口电压要求的直流检测信号CT传输至所述的控制器IC1。
在本实施例中，优选采用控制器IC1的其中一路模数转换接口AD0接收所述的直流检测信号CT，以换算出交流供电回路中的交流电流值。根据所述的电流值便可以从一个侧面间接地反映出所述空调辅助电加热器HEATER的运行状况。而在本实施例中，为了达到检测空调辅助电加热器HEATER是否故障的设计目的，只需对所述电流值是否为零进行检测即可，具体检测过程可以参见后续对空调辅助电加热器的故障检测方法部分的相关描述。
本实施例之所以要将交流供电回路中的交流电流转换成直流检测信号后，再根据所述直流检测信号判断供电回路中交流电流是否为零，主要是考虑在采用交流电源对空调辅助电加热器HEATER供电的过程中，交流电流会周期性的过零点，为了避开交流过零时导致系统误判问题的发生，本实施例优选将供电回路中的交流电流首先整流变换成直流检测信号，例如直流电压，然后对所述直流电压进行采样检测，通过判断所述直流电压是否为零，来判断所述空调辅助电加热器HEATER是否故障。
当所述控制器IC1根据接收到的直流检测信号CT，检测到交流供电回路中的电流为零时，则通过其一路GPIO口P4.1输出控制信号P1，控制串联在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中的开关元件断开，以切断电加热器HEATER的交流供电，控制电加热器HEATER断电，进入保护状态。
具体来讲，所述开关元件可以选择一颗继电器RY1连接在所述的交流供电回路中，参见图1所示。由于继电器RY1所需的驱动电压一般为12V，而通过控制器IC1输出的控制信号P1的电压值为0-5V，因而需要在控制器IC1与继电器RY1之间增设一个驱动器IC2，将控制器IC1输出的控制信号P1转换成0-12V的直流电压，输出至继电器RY1线圈的一端。将所述继电器RY1线圈的另一端连接+12V的直流电源，继电器RY1的常开触点串联在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中，最好串联在交流供电回路的火线中。当控制器IC1检测到电流不为零时，输出低电平的控制信号P1至驱动器IC2。此时，驱动器IC2将其输出脚3C置为低电平，使继电器RY1的线圈得电，吸合其常开触点，连通空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路，使电加热器HEATER通电运行。当控制器IC1检测到电流为零时，输出高电平的控制信号P1至驱动器IC2。此时，驱动器IC2将其输出脚3C置为高电平，即12V，使得继电器RY1的线圈断电，断开其常开触点，切断空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路，使电加热器HEATER断电停止运行。
当然，所述开关元件也可以采用可控硅、交流接触器等其他可控开关元件串联在空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中，实现对供电回路的通断控制。
基于上述硬件架构，下面结合图3对空调辅助电加热器的故障检测方法进行详细地阐述，包括以下步骤：
S301、在空调器运行在制热工作模式下时，当空调辅助电加热器HEATER达到开启条件时，控制电加热器HEATER开启；
S302、利用温度保护器IC3对空调辅助电加热器HEATER的加热温度进行实时检测；
S303、通过控制器IC1实时地检测通过电流检测电路输出的检测信号CT，以判断出空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中的电流是否为零；
S304、若电流为零，则执行后续步骤；否则，返回步骤S303继续对空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路进行电流检测；
S305、切断空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路，控制电加热器HEATER断电停止运行；
在本实施例中，可以利用控制器IC1输出高电平的控制信号P1，经由驱动器IC2作用于继电器RY1的线圈，使继电器RY1的线圈断电，进而控制其串联在交流供电回路中的常开触点断开，以达到切断所述交流供电回路的设计目的；
S306、延迟设定时间T后，重新为所述的空调辅助电加热器HEATER供电，即控制继电器RY1的常开触点重新吸合；
在这里，所述设定时间T应根据空调辅助电加热器HEATER的冷却速度具体确定，至少为3分钟，以便能够给温度保护器IC3留出足够的动作时间；
在本实施例中，所述设定时间优选设定成3分钟，一方面可以保证空调辅助电加热器HEATER在这段时间内能够降温到设定温度以下，另一方面可以达到快速输出故障检测结果的设计目的；
S307、检测空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路中的电流是否为零；
S308、若电流仍为零，则判定所述空调辅助电加热器HEATER故障，立即切断空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路，并进行报警提醒；若电流不再为零，则判定空调辅助电加热器HEATER正常，维持空调辅助电加热器HEATER的交流供电，控制电加热器HEATER继续加热运行，并返回步骤S303继续检测。
在本实施例中，之所以对空调辅助电加热器HEATER的交流供电回路进行两次电流是否为零的检测过程，是因为第一次电流为零，有可能是因为电加热器HEATER的加热温度超过设定温度，温度保护器IC3动作，进入正常的过热保护状态所导致的交流供电回路切断，并不是因为电加热器HEATER故障引起的。而在延迟3分钟后，再次闭合继电器RY1的常开触点，由于此时电加热器HEATER的温度已经下降到设定温度以下，温度保护器IC3已经退出了保护状态，其内部的开关器件已经闭合，因而不会再对检测结果产生影响，因此，若此时检测到电加热器HEATER的交流供电回路中的电流仍为零，则应该是电加热器HEATER自身出现了问题，应该立即切断向电加热器HEATER的交流供电（可以采用控制继电器RY1的常开触点断开的方式实现），以避免危险事故的发生。
当检测到空调辅助电加热器HEATER出现故障时，可以启动报警器进行声光报警，以提醒用户注意；也可以将该故障所对应的故障码显示在空调器的显示屏上，以指导维修人员对故障进行准确定位。
当然，是否需要对电加热器HEATER故障进行报警提醒，可视产品设计要求确定，本实施例对此不进行具体限制。
本发明通过在空调辅助电加热器的控制回路中增加电流检测控制方式，不仅能够提高空调辅助电加热器在非正常工作时的安全性，而且能够更好地了解电加热器的运行状况，以便能够更好地控制电加热器安全运行。
当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种空调辅助电加热器的故障检测方法，其特征在于：
利用温度保护器对空调辅助电加热器的加热温度进行检测，并在超过设定温度的期间，控制所述空调辅助电加热器断电停止运行；
利用电流检测电路对空调辅助电加热器的交流供电回路进行电流检测，若电流变为零，则首先切断空调辅助电加热器的交流供电，并在延迟设定时间后，重新为所述的空调辅助电加热器供电，然后再次对所述交流供电回路进行电流检测，若电流仍为零，则判定所述空调辅助电加热器故障。
2.根据权利要求1所述的故障检测方法，其特征在于：将所述温度保护器和电流检测电路设置在空调辅助电加热器的交流供电回路中，通过切断空调辅助电加热器的交流供电回路来控制空调辅助电加热器断电停止运行。
3.根据权利要求1所述的故障检测方法，其特征在于：所述电流检测电路首先将交流供电回路中的交流电流整流变换成直流检测信号，然后针对所述直流检测信号进行所述交流电流是否为零的检测判断。
4.根据权利要求3所述的故障检测方法，其特征在于：所述设定时间至少为3分钟。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的故障检测方法，其特征在于：若在延迟所述设定时间后重新为空调辅助电加热器供电时，检测到所述交流供电回路的电流不为零，则判定所述空调辅助电加热器正常，并继续为所述空调辅助电加热器供电；若判定所述空调辅助电加热器故障，则立即切断所述空调辅助电加热器的交流供电回路，并进行报警。
6.一种空调辅助电加热器的故障保护电路，其特征在于：包括温度保护器、电流检测电路和控制器；所述温度保护器检测空调辅助电加热器的加热温度，并在超过设定温度的期间，控制所述空调辅助电加热器断电停止运行；所述电流检测电路对空调辅助电加热器的交流供电回路进行电流检测，生成检测信号输出至控制器；所述控制器在检测到电流为零时，首先切断所述空调辅助电加热器的交流供电，并在延迟设定时间后，重新为所述的空调辅助电加热器供电，然后再次检测电流是否为零，若电流仍为零，则判定所述空调辅助电加热器故障。
7.根据权利要求6所述的故障保护电路，其特征在于：所述温度保护器串联在空调辅助电加热器的交流供电回路中，通过切断所述的交流供电回路控制所述空调辅助电加热器断电停止运行。
8.根据权利要求6所述的故障保护电路，其特征在于：所述电流检测电路连接交流供电回路，检测交流供电回路中的交流电流并整流变换成直流检测信号，输出至所述的控制器，所述控制器针对所述的直流检测信号进行交流供电回路中交流电流是否为零的检测判断。
9.根据权利要求8所述的故障保护电路，其特征在于：在所述电流检测电路中包含有电流互感器、整流电路、分压电路和钳位电路，所述电流互感器连接在所述的交流供电回路中，产生感应电流输出至整流电路整流成直流电压后，输出至分压电路转换成电压检测信号，所述电压检测信号通过钳位电路进行电压幅值的钳制处理后，输出满足控制器的接口电压要求的直流检测信号传输至所述的控制器。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的故障保护电路，其特征在于：所述控制器根据接收到的检测信号控制一开关元件通断，所述开关元件的开关通路串联在所述空调辅助电加热器的交流供电回路中。
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