空调启动保护器

空调启动难是困扰众多装有空调用户的一大难题。特别是旧居民区的用户这个问题尤为严重。这是因为电力线路和电力变压器的电流容量小、内阻大，而近年来家电的数量增加，家庭用电量成几倍、十几倍的增加。空调启动时电流很大，造成电压降低太多，致使长时间启动不起来，轻则缩短空调的寿命，重则烧毁压缩机。为了解决这个问题，我们设计了一个空调启动器。它可升压20V启动，如果升压后仍然达不到启动所需的电压，还可切断电源保护压缩机。如果不升压仍然高于250V，可实施超压保护切断电源。如果停电后马上来电，它可以延迟供电，以免制冷剂压力太大造成启动难。同时为了节省电能（因为自耦变压器导线粗、圈数少，空载电流大，如果空调停止运行时本机仍然工作，必然造成一定的电能浪费），采用了负载传感器，当空调运行时自动开机，停运时自动关机。经试验效果较好，介绍出来以飨读者。

本机电路原理如下图所示。当接插在输出插座上的空调电路接通以后，负载传感器便输出一个信号，触发双向晶闸管使其导通。这时自耦变压器的电源接通，电路开始工作。K1的常闭触点和自耦变压器的升压输出端联接，以保证启动大电流产生压降后，仍有一个合适的电压。

启动以后，如果电源电压高于240V、低于260V，经R1降压、VD1整流、R6分压后的电压高于稳压管VD2的击穿电压，通过VD2给晶体管VT2提供基极电流，使其导通。接在VT2集电极上的RV1得电，K1吸合，输入输出端直通供电，使电压降至正常范围。晶体管VT1是将VT2输出的信号反相后反馈到VT2的基极，这样当VT2截止时，K1上的压降也为零，VT1截止。当VT2导通时，RV1上的压降增大VT1也导通，R5上压降增大，VT2的基极电流增大，可有效地防止继电器因回跳而产生的“振荡”现象，使继电器的吸合和释放电压有一个“回差”。调整R5可调整回差的大小。

如果直流供电电压仍高于250V，R13和R14分压，经VD8整流以后的电压能使VD7击穿，则VT7得到基极电流而导通，K2压降增大，K2吸合，负载供电切断。因为切断负载后电压会再度升高，继电器不会回跳，所以不用设正反馈电路。K2上并联一个红色指示灯。当它断开时，电压通过负载加到指示灯上，使它发光报警。这虽然使负载上仍流过一定的电流，但因灯泡的功率很小，电流亦很小，所以对负载没有损害。

如果市电经升压后仍低于190V（实际市电只有170多伏），一般的空调器启动困难，若长时间启动容易烧坏压缩机，因而设了低压保护。当电压过低时，经R2、R3分压、VD3整流后的电压不能击穿VD4，VT3便会因没有基极电流而截止，VT4就会得到基极电流而导通，使K2上的压降增大，K2吸合，指示灯亮，负载上的电压降到很低。R9是正反馈电阻，当VT4截止时，输出一个信号，通过R9反馈到VT3基极，使之导通更深，可防止继电器“振荡”。

VT5、VT6及其附属电路是停电延迟供电电路。当停电时C5上的电压通过VD5很快放掉。再来电时VD5因电压反向而截止，直流电源便通过200k电阻给C5缓慢充电，因短时间C5上的电压不能使稳压管VD6击穿，所以VT6截止造成VT5导通，K2得电，K2吸合，负载暂时供不上电。当经过4～8分钟，C5上所充的电压达到VD6的击穿电压时，VT6就因得到基极电流而导通，造成VT5截止，K2压降为零，K2释放，给负载供电。C5不变时R11越大延迟时间越长。R12和R9的作用一样，是正反馈电阻。如果考虑到停电时间较长以后再来电，已不用延时，可将一个按钮开关串联一个100Ω的电阻，再并联到R11上，当不需延时的时候，只要按一下开关，便可立即供电。

自耦变压器质量是制作成败的关键。如果变压器线径细，内阻大，则启动时不但不能升压，反而有可能降压。因此，线径越粗、圈数越少越好。但线径太粗又会造成成本高，体积和重量增大。圈数太少会使空载电流太大，既易发热，又浪费电能。所以我们选用了环形铁芯。由于它是将硅钢带材按压延方向卷绕而成，所以磁阻很小。由于可在圆环心上穿绕导线，所以不但每伏的匝数可大大减少，而且每匝的长度也比其它同尺寸的铁芯短，因而可大大降低电源的内阻。根据我们实验，用Φ10cm的铁芯，每伏匝数可选定为1.5圈。主绕组用Φ1mm漆包线，升压绕组选Φ1.5mm漆包线，便可取得较好的效果。次级绕组因电流很小，用Φ0.3mm的线即可。要注意匝间和层间的绝缘，防止线间击穿，否则前功尽弃。

负载传感器可选用Ⅱ系列ZAING型，其允许通过电流为12A。晶闸管选择耐压700V以上、允许电流8A以上的即可。晶体管VT2、VT4、VT5、VT7选用电流大于50mA，耐压大于40V的NPN中功率硅管。VT3、VT6要选饱和压降小于0.4V，β值大于100的NPN小功率管。VT1要选穿透电流极小，耐压大于30V的硅PNP管。稳压管选用小电流时稳压特性好的，其反向击穿特性曲线越接近直角越好。继电器选接点允许电流10A以上，线圈电压24V的中功率继电器。其余元器件无特殊要求。图中其余元件值为R1、R2、R13为82k／2W；R6、R3、R14为半可变4.7k；R8、R10、为8.2k；R15为56Ω、1W；R5、R9、R12为1MΩ；R11为200k；C1、C5为220μ／25V；C2、C3、C6为10μ／16V；C7为0.33μ／900V；VD6稳压值12V，其余均为6V。

整机安装时要将变压器远离电路板，电路板上R1、R2、R13、晶闸管等消耗功率大的元器件置于一边，R6、R3和R14三个可调电阻置于便于调整的地方，其它无特殊要求。

整机只有延迟时间、低压保护、超压保护和升压及直供转换电压4个调整项目。调整时输入端接一个能在160V至260V之间调整的自耦调压器。输出端插上一个电熨斗或一个200W的灯泡。在R1上端与地之间接一块量程为500V的交流电压表或用万用表的500V交流电压档。若没有调整范围这么大的调压器，可将普通调压器输入输出端对调，可扩大调整范围，但需注意限定调整范围，否则容易烧坏。

首先调整升压和直供转换电压，它意味着当电压低到多少时自耦变压器升压输出；输出电压升高到多少时，再转换为直接供电（即不升不降）。先调整调压器使其升压，当电压表指示到245V左右时，调整R6使K1吸合，这时电压表上的指示应为225V。这时再降低调压器的输出电压，当电压表指示到210V左右时，继电器应该释放，表上指示应为230V。225－210=15（V），这就是电路的回差，如果回差太大，则应增大R5的阻值。如回差小一些，但继电器吸合和释放都很干脆，也可不再减小R5的阻值。

再调整低压保护的临界电压，它意味着当电压低到多少时不再给空调供电。降低调压器的输出电压，当电压表指示为190V时（这时如果减去自耦变压器升高的接近20V的电压，输入端实际电压已降至170多伏），调整R3使K2吸合，这时负载上的电源被切断，红色指示灯亮。再升高电压，当电压表上指示为205V左右时，K2应释放，红灯灭，负载通电。如回差太大，再增大R9的阻值，反之减小R9的阻值。

超压保护的调整：继续升高调压器的输出电压，当电压表上的电压指示到260V时，调整R14，使VT7导通，K2吸合，红灯亮，负载断电。如升高不到240V就断电了，则应减小R14再按前述步骤调整。当然，保护电压也可调整到250V，这样虽然对空调来说安全一些，但是电压适应范围变窄了。

最后调整延迟时间：延迟时间不要求非常精确，只要在4～8分钟之内均可。测试最好有一块秒表，也可用手表代替。测量时将输入电压断开10秒左右再接通，同时开始计时。如果在5分钟左右恢复供电为最好。如果8分钟以上，应把R11的阻值变小，时间4分钟以内，则应检查R11的阻值，C5的容量和VD6的稳压值是否正确。如没问题，再增大R11的阻值。R12和前面几个正反馈电阻的调整方法一样。需要指出的是，低压保护、超压保护和停电延时共用一个继电器，它们之间相互影响，所以，在继电器不振荡的前提下，反馈电阻尽量取值大一些，以减少相互影响。

在使用中，红灯亮后，有时搞不清是什么原因，这是共用继电器造成的。区别也很简单，停电延时时间很短，超过延迟时间就是高低压保护。高低压保护的电压之差在90V左右，所以很容易从电灯或其它家电上区别是电压过高还是过低。如嫌不方便，可以分别用3个继电器，把3个触点串联起来即可。也可在3个晶体管的集电极回路中分别串入红、黄、绿不同颜色的小灯泡。注意灯泡的压降不能太大，而发光效率要高。有些空调器接上以后，不能在空调停运以后使本保护器关机。这时因为空调器压缩机制冷虽然停止了，但是其他功能仍在工作——即没有完全关机，本保护器不停是正常现象。（蔡万顺）