一种可控硅准变频方法及空调电扇单相异步电机驱动模块应用与流程

1.本发明涉及单相异步电机变频驱动控制领域，尤其涉及一种可控硅准变频方法及空调电扇单相异步电机驱动模块应用。


背景技术：

2.目前典型变频空调压缩机驱动采用pwm技术实现变频工作，工作状态虽理想，但实现成本较高，采用3对大功率高反压mos管或igbt，还要搭上kw级pfc(也要高反压大功率mos管)，一旦出现故障，无论真故障或维修人员失德，反正维修费用极高。这里实际上又引发了另一个问题：能否为空调补充一种自检功能，能定量显示空调偏离最佳工作状态的程度、或有什么问题严重到哪个等级。只要能确定出故障类型，维修所涉及的双方就不盲目或乱来了。此事的普遍性与迫切性在于随着高楼普遍，要在空调外机查看故障，即使空调用户自己是专业人员也因恐高不敢爬出窗外(去确认故障)，久而久之空调维修已成为乱收费重灾区，这换那坏再加氟随便编造，反正用户不会发现。更揪心的情景是维修人员好不容易冒着高空危险爬到窗外检修空调外机，发现是常见的压缩机移相电容坏了，但当时所带的移相电容数值大了10uf，维修人员肯定是直接换上，能工作就说修好了，不会告诉用户移相电容数值大了10uf。这会导致工作电流远超标运行，不仅耗电增加20％，还会掩盖发现缺氟的问题(定频空调工作电流逐渐变小一般是缺氟了)。
3.要凭现有定频空调所设置的若干温度传感器、压缩机工作电流，实现空调自检工作状况，定频空调因压缩机及毛细管定额工作，有天然的优势，因此定频空调又迎来了新的发展模式。而采用复杂技术的变频空调将遇到挑战了：变频空调的售价几乎是定频空调的一倍，但效果感受有限。在小房间或近距离仔细体验发现定频空调的主要问题是温度调节太过迟钝，制冷很长时间了仍不停制冷；到制冷停了又长时间不启动制冷，调温度解决不了问题，可令人意外的是许多变频空调也同样有这个问题。实际上要解决这个问题也并非只有理想的变频空调，只要做到定频空调压缩机不怕频繁启停，问题就有了转机。根据这个技术路线，为定频空调压缩机增加一个低速运转模式，压缩机每次启停都经过低速档缓冲过渡(又叫软起动)，实现制冷的短间隔怠速启停，从而使定频空调也能带来新感受。更直接地说，为定频空调压缩机单相异步电机补充一种低转速大力矩驱动模式(简称：准变频移相驱动)，是解决这个问题的突破点。
4.至此先将上述复杂的问题引出过程总结出两个结论：1、要实现空调工作状况自检，空调的结构必须精简典型，定频空调有天然的优势；2、定频空调也能避免长时间过冷过热的问题，通过缩短压缩机启停工作间隔来实现，前提是要给单相异步电机增加低转速大力矩模式及补充一种压缩机怠速运行状态。
5.单相异步电机补充了准变频低速运行模式，同时也能简化电扇电机的生产工序，不再需要为调速分段绕制线包及增加抽头引出线、或另设调速铁芯电感线圈。特别是加入mcu单片机作控制，能将功能设计得非常实用方便，或灵活多变，且价格低廉(如国产stc15
系列、stc8g系列，售价都印在技术文件中：1-2元)。例如一种电扇调速模块，凭电源通断就能切换电扇风速，因此电扇只要一个自锁按钮式电源开关就能兼调速了，简洁可靠。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提供了一种两相准变频方法，该方法使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为约17hz的准交流电，实现了准变频，从而无需额外引入pwm控制器便能实现变频功能。
7.一种由可控硅构成的两相准变频方法，所述方法基于可控硅的控制电路包括mcu单片机，bcr可控硅以及电源部分，所述mcu单片机根据交流电的正负交替波序有选择地触发可控硅导通输出，使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为16.67hz的准交流电；
8.所述有选择地触发可控硅导通输出规则：从正波触发输出算起，接着出现的一负一正波不触发不输出，接着出现的负波触发输出；即每次都间隔一周两个波输出一个波，输出的波仍正负交替，频率为原来的1/3，实现了降频，获得频率为16.67hz的第一路准交流电；
9.以同样的规则输出获得第二路准交流电，所述第一路准交流电与所述第二路准交流电之间相位差一个10ms的波，将所述第一路准交流电与所述第二路准交流电构成用于驱动单相异步电机的两相准交流电，简称两相准变频交流电或两相准变频方法。
10.本发明还提供一种基于两相准变频方法实现的空调压缩机单相异步电机驱动模块，以原移相电容运行模式为基础再增加准低频两相运转模式，以获得空调压缩机启动时先经过低速档运转过渡；
11.所述空调单相异步电机驱动模块的功能实现方式：当连接到端口(1)的来自空调室内机的两根压缩机供电线加电时，所述空调单相异步电机驱动模块的可控硅控制电路在4线连接端口(2)上的bcr1及bcr2输出连接点输出频率为16.67hz的两相准交流电，用于驱动空调压缩机单相异步电机启动时作低速运转过渡；若干秒后，可控硅bcr1、bcr3改变为全波触发、bcr2不触发，在4线连接端口(2)上的bcr1及bcr3输出连接点输出的是同一个全波交流电，即变为原移相电容构成的电机正常运行方式；
12.对延续使用继电器的电路设计或/和大功率空调领域，bcr1、bcr3的全波导通状态切换可用继电器触点j1、j2代替，继电器j1、j2常闭触点平时切换在bcr1、bcr2构成的两相准低频交流模式为低速起动过渡；起动缓冲若干秒后，继电器j1、j2触点切换到电机的主绕组直接连交流电输入、电机的副绕组连接移相电容c串联到交流电输入，进入到原移相电容构成的电机正常运行方式。
13.具体的，所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用方法包括：
14.应用方法a、原空调主控板不作改动，原空调外机连线中的两根压缩机供电线连接所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的交流电输入连接端口(1)，通讯控制接口sip4(3)不用，使定频空调压缩机每次起动都经过低速档运转过渡；
15.应用方法b、对原定频空调主控板增加一种按时间长度设定压缩机工作或停止的运行模式，空调遥控器增加这种时间长度设置的配套功能；定频空调压缩机停止工作时包括压缩机电机低速档运转，一种压缩机怠速工作状态，即采用频率为16.67hz的两相准交流
电驱动空调压缩机电机，使压缩机频繁短间隔启停正常化；它不仅能产生近似变频空调的效果，更重要的是还提供了一种用于检测定频空调的测试模式，能以最短1分钟为间隔设定工作/怠速时间轮换运行；进入测试模式运行时，空调各温度检测点的读数及压缩机工作电流会发送到用户电脑或手机，以让用户判断空调系统问题；用户也可将一些实测数据输入空调以修正当地空调安装环境与标准空调测试环境的差异，为自检功能创造更准确的判断基础；
16.设置或控制命令通过通讯控制接口sip4(3)通知驱动模块；
17.应用方法c、原定频空调主控板及遥控器不作改动，为原定频空调增设定时红外遥控装置：所述定时红外遥控装置具有记录两个空调遥控器的按键发码，当所述定时红外遥控装置记录了最低温度制冷及不制冷的红外码后，所述定时红外遥控装置会定时循环发送所记录的这两种红外码；循环发码定时间隔也可按5分钟、10分钟的间隔设置；所述定时红外遥控装置可以是充电型或插电型，插在空调附近并转动红外发射管对准空调室内机；
18.应用方法d、为拓宽所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用灵活性，所述空调压缩机单相异步电机驱动模块还可增加以下功能：
19.a、交流电输入连接端口(1)的瞬时断电作控制命令：在通电2秒内未发生断电，就按正常软启动后全速运转，直到断电；若在通电2秒内有0.5秒的断电若干次，则作为控制命令，例如断电1次表示运转5分钟停5分钟循环，断电2次表示运转10分钟停5分钟循环，断电3次表示运转5分钟停10分钟循环；
20.b、用3芯或4芯长连接线连接到通讯控制接口sip4(3)以逻辑电平组合控制；
21.c、用3芯或4芯长双绞线连接到通讯控制接口sip4(3)以rs串行通讯控制，复杂的控制，包括设置各种时间参数要记入到mcu单片机的flash eeprom中，断电不丢失；
22.d、用无线模块通过spi串行接口同mcu单片机连接，实现无线设置空调压缩机的低速启动延时或/和高低速运行定时循环规则。
23.本发明还提供一种基于两相准变频方法实现的电扇单相异步电机调速模块，以原移相电容运行模式为基础再增加准低频两相运转模式，以获得电扇电机增加一个低速档运转模式；
24.所述电扇单相异步电机调速模块的功能实现方式：当连接到端口(1)的交流输入通电时，所述电扇单相异步电机调速模块的可控硅控制电路在4线连接端口(2)上的bcr1及bcr2输出连接点输出频率为16.67hz的两相准交流电，用于电扇电机平时作低速档运行；通过插拔电源或按钮开关瞬时断电再接通，经单片机识别这种瞬时断电控制命令，可控硅bcr1、bcr3转变为全波触发、bcr2不触发，在4线连接端口(2)上的bcr1及bcr3输出连接点输出的是同一个全波交流电，即电机变为原移相电容构成的全速运行方式；
25.对延续使用继电器的电路设计，bcr1、bcr3的全波导通状态切换可用继电器触点j1、j2代替，继电器j1、j2常闭触点平时切换在bcr1、bcr2构成的两相准低频交流模式为平时电扇作低速档运行；一旦瞬时断电控制切换，继电器j1、j2触点切换到电机的主绕组直接连交流电输入、电机的副绕组连接移相电容c串联到交流电输入，进入到原移相电容构成的电机全速运行方式。
26.优选的，所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用方法还包括将其中所述的测试模式功能升级为一种定频空调的自检功能，自检过程通过按键或操作遥控器启动，根
据现有定频空调所设置的若干温度传感器、压缩机工作电流，自动设特定时间间隔的工作/怠速运行，对运行状态改变引起的各温度传感器温差变化、电流变化，作出空调运行问题或故障判断，将自检结果按数码表示在空调室内机的显示屏上或经无线网络发送到电脑或/和手机上。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.(1)单片机加持可控硅所实现的两相低频准交流电，用来驱动单相异步电机有比用移相电容产生旋转磁场有更好的启动力矩及低速运转可靠性，特别适用需要大力矩低转速作软启动过渡或长时间安全低速运转的应用领域，如定频空调模拟变频效果、或压缩机新增按预设启停定时间隔的(短间隔怠速启停)运行模式。并以此发展出一种具有定频空调压缩机怠速工作状态的精简型空调，增设一项定频空调工作状况自检功能，能定量显示空调偏离最佳工作状态的程度、或有什么问题严重到哪个等级。
29.(2)这种单相异步电机的准变频驱动技术还可用于电扇调速，能简化电扇电机的生产工序，不再需要为调速分段绕制线包及增加抽头引出线、或另设调速铁芯电感线圈。再结合用单片机作控制，使用更灵活方便，凭电源通断就能切换电扇风速，从此电扇只要一个自锁按钮电源开关就能兼调速了，简洁可靠。
附图说明
30.图1是可控硅准变频单相异步电机驱动模块图；
31.图2是可控硅准变频移相方法及结构图；
32.图3是ac非隔离单片ic开关电源正端接可控硅连接图；
33.图4是ac非隔离单片ic开关电源负端接可控硅连接图；
34.图5是用继电器作高低速工作模式切换的电路；
35.图6是为断电控制单片机需要二极管单向隔离供电的电路；
36.图7是ac隔离电源模块负极接二极管单向隔离供电的电路；
37.图8是电容储能型晶体管驱动可控硅的电路；
38.图中：1、交流电输入连接端口；2、电机主副绕组及移相电容的4线连接端口；3、通讯控制接口sip4；4、单相异步电机m；5、移相电容c。
具体实施方式
39.本实施例序号用数字(1、2、3、等)，图中部件号引用用圆括号或字母开头，如：交流电输入连接端口(1)，可控硅bcr1。
40.本发明的突破点是将单相交流电转成两相准低频交流电用来驱动单相异步电机，使其增加一个低速运转模式。并且所用的功率器件是有很强过载能力的双向可控硅(很难让其烧毁)，其廉价、驱动简单、交流电直接双向工作，由mcu单片机触发驱动工作很方便。本发明的目的是要让可控硅实现的两相准低频交流电用到定频空调压缩机或交流电扇中的单相异步电机上，使之产生前所未有的务实效果。本发明的提出分三个层面：可控硅实现两相准低频交流电的方法(1、6、7)、两相准低频交流电实现的单相异步电机驱动模块(2、4、5)、空调压缩机电机驱动模块的配套应用方式(3、8)。
41.1、一种由mcu单片机、bcr可控硅、电源部分构成的可控硅准变频方法(见图2上
方)，用单片机根据交流电的正负交替波序有选择地触发可控硅导通输出(见图2下方)，使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为约17hz的准交流电；波触发输出规则为：从正波触发输出算起，接着出现的一负一正波不触发不输出，接着出现的负波触发输出；也就是每次都间隔一周两个波输出一个波，输出的波仍正负交替，频率为原来的1/3，实现了降频。以同样的规则再输出一路，两路相差一个波10毫秒，这两路就构成了两相准交流电(简称两相准变频交流电或两相准变频方法)，用来驱动单相异步电机作低速运转，有比原用移相电容产生旋转磁场有更好的起动力矩及低速运转可靠性。
42.采用双向可控硅bcr直接控制交流电具有极大的方便性与可靠性，因其直接连接交流电导通或截止(无须像晶体管那样先变成高压稳定直流电才能工作，且还要经全桥pwm驱动再变回交流电，典型采用3对大功率高反压mos管或igbt，还要搭上kw级pfc电路，也要高反压大功率mos管。目前的变频空调就是这种模式)，具有超8倍的短时过载能力(不像晶体管的两个p-n结,只要超出额定工作条件立即被高压击穿)。
43.围绕bcr可控硅的控制电路设计，从交流电取电降压整流稳压供电mcu单片机工作及触发可控硅，特征如下：从220v交流降压给单片机工作用的直流低压稳压输出正负极中的一极与交流电的一极及bcr可控硅的t1极是三者连接在一起的(见图2上方左)，使单片机的输出端口串联一只电阻就直接连接到可控硅的触发极g。bcr可控硅的t2极是交流电控制输出端。
44.这样的bcr还有多路，如bcr1、bcr2、bcr3(见图1)，它们的t1极都与交流供电的一端(如l)连接，t2极是各路的输出端，各bcr的g极分别接单片机的多个输出端(实际上有串电阻或还要加光耦隔离。各bcr的t1、t2间也通常还并联过压吸收电阻电容或压敏电阻)。具体的可控硅bcr隔离与非隔离连接单片机输出端口、或是直流低压稳压输出的正极接bcr的t1极/还是负极接bcr的t1极一般不再细述，统称为bcr1、bcr2、bcr3等。各路bcr控制输出交流电的另一极公共端同输入交流电的另一极(如n)也是共线的公共端(见图1)。
45.为取得输入交流电波形的各波出现的起始点，mcu单片机有一个输入端口串联高阻电阻r连接到交流供电的另一端(如n)，以获取交流电波形过零信息，称交流波采样电阻r，见图2上方左右两图。mcu单片机的这个输入端口工作在中断方式，交流电经高阻电阻r降压后，在每波过零时(一般用下降沿)都启动中断程序作为逐波控制交流电的基础，经延时后触发各对应可控硅bcr导通。
46.但这只是总的基本连接要点，具体根据应用所对应的空调主控板类型、所用元器件的供货来源形势，详细分情况进一步说明在下面6、7中。
47.2、本实施例提供了一种基于可控硅两相准变频方法实现的空调压缩机单相异步电机的驱动模块，(见图1)即：在原移相电容构成的正常(高速)运行模式外，再补充1所述的两相准低频交流作低转速启动过渡的单相异步电机驱动模块(简称：驱动模块)，其功能为：在原移相电容高速运行模式上再增加1所述的低频两相低转速模式，每次压缩机启停都经过低速档缓冲过渡(又叫软起动)。驱动模块安装使用特征(强调简单易用、安装方便，不改变现有定频空调)为一块名片大小的电路板(或有塑料外壳)安装在定频空调室外机的压缩机附近，装置了1所述电路部件(电源部分、可控硅bcr1、bcr2、bcr3、mcu单片机、交流波采样电阻r)外，还装置了交流电输入连接端口(1)、4线连接端口(2)、通讯控制接口sip4(3)。交流电输入连接端口(1)供来自定频空调室内机的两根压缩机供电连线连接；4线连接端口
(2)中的连接点分别是可控硅bcr1、bcr2、bcr3的3个t2输出端及一个与交流电输入连接端口(1)中一极共线的交流电一端，依次连接空调压缩机电机的主绕组、副绕组、移相电容、及主副绕组公共端；通讯控制接口sip4(3)四个插针分别是：+5vrx tx-5v，既可用作逻辑电平控制，也可用作rs串行通讯。
48.驱动模块的功能特征为：当交流电输入连接端口(1)加电时，根据交流波采样电阻r提供的交流电波形过零信息，mcu单片机控制可控硅bcr1、bcr2以频率为约17hz的准交流电两相在4线连接端口(2)的连接点输出，直接驱动电机m的主副绕组作低速大力矩运转，此时连接移相电容c的bcr3不触发，移相电容等于断开。约半分钟后，可控硅bcr1、bcr3改变为全波触发、bcr2不触发(也就是断开)，等于电机m的主绕组直接连交流电输入、电机m的副绕组串联移相电容c也连接到交流电输入，这就是原移相电容电机正常运行方式(全速运转)。
49.对延续使用继电器的电路设计或大功率空调的领域，bcr3、及bcr1的导通状态切换可用继电器触点j1、j2代替，见图5。继电器j1、j2常闭触点平时(断电后)切换在bcr1、bcr2构成的两相准低频交流(低速档)模式作软起动缓冲；起动缓冲若干秒后，继电器加电，j1、j2触点切换到电机m的主绕组直接连交流电输入、电机m的副绕组连接移相电容c串联到交流电输入，这就是原移相电容电机正常运行方式(全速运转)。继电器虽然可靠性差，触点易烧坏，但正常工作时被认为没有压降，不用加装麻烦的散热器，有众多厂家仍在沿用。
50.通俗地说，2是将1的可控硅两相准变频方法再结合原来移相电容的正常工作方式拼在一起从而改进成一个更实用的(有两种转速的)驱动模块，以代替原来就一个移相电容的单速简单电路，为空调压缩机增加了软启动或怠速运行状态，实现空调压缩机频繁短间隔启停正常化。
51.3、虽然上述2设计出了能改进定频空调性能的压缩机电机驱动模块，但对成熟的空调生产技术领域，早已统一标准化(不会因一点小改进而调整生产线)，必须提出使用简便、效果明显的应用方式，并由浅入深地创造性地发掘配套性应用方案，使效果达到前所未有的程度(如应用方法b中的空调自检功能使问题严重程度用数值显示)。以下是本发明的应用推广性分类外围配套技术方案。
52.应用这种空调压缩机单相异步电机的驱动模块(图1)，通常可分为以下4种形式：
53.应用方法a、原定频空调主控板不作改动，原定频空调外机连线中的两根压缩机供电线连接(图1中的)交流电输入连接端口(1)，4线连接端口(2)接法也同2中所述空调压缩机电机驱动模块一致，通讯控制接口sip4(3)不用，能使定频空调压缩机不怕频繁的制冷起动或停止操作(因为驱动模块起停过程中有若干秒低速缓冲或怠速工作状态平稳过渡)，下述应用方法c、应用方法d也都属这种不改变原定频空调主控板方案。
54.应用方法b、对原定频空调主控板增加一种按时间长度设定压缩机工作或停止的运行模式(例如与调温度合在一起，当调温度到最低以下时就变压缩机连续工作分钟数了：15表示连续工作15分钟，停5分钟，不断循环；10表示连续工作10分钟，停5分钟，不断循环；5表示连续工作5分钟，停5分钟，不断循环)，或空调遥控器增加这种时间长度设置的配套功能(操作类似原空调定时操作，例如，压缩机间停：5分钟)。这些设置或控制命令通过(图1中的)通讯控制接口sip4(3)通知驱动模块(下面6.技术方案c、7.设计方案c中对这种连接通讯都还有进一步的解说)。实现技术包括一种定频空调压缩机怠速工作状态，使压缩机频繁短间隔启停正常化(短间隔制冷与怠速状态的不断轮转就是模拟变频效果)。
55.以前压缩机停止就是电机不转了，现在根据需要可包括电机作低速运转。是一种创新的定频空调压缩机怠速工作状态，能在压缩机泵结构不变、电机不用变频驱动的条件下，实现压缩机工作容量的调低，既可模拟接近变频空调效果，又可设计出发现制冷系统问题的工作流程。
56.发现制冷系统问题的工作流程指(仅以制冷为例)：按不同的时间比例插入怠速工作状态，根据定频空调系统特定温度检测点的温度传感器读数及压缩机工作电流，以发现制冷系统问题(或偏离正常工作状态的程度)。
57.定频空调系统特定温度检测点通常有：室内机蒸发器前后位置各一个(记为t1、t2，检测制冷情况)、室内机进风口一个(记为t3，检测环境温度)、毛细管上一个(记为t4，检测堵塞程度)、室外机冷凝器近出口处一个(记为t5，检测冷凝器散热工况)。再加一个压缩机工作电流(记为i)。
58.按时间长度设定压缩机工作或停止的运行模式，除了上面所述的较长时间(5-15分钟)设置外，这里为检测制冷系统问题还包括以最短1分钟间隔的运行+怠速时间设定模式(简称测试模式)。设t表示运行分钟数(含0)、设t0表示怠速分钟数(含0)，即测试模式压缩机工作按t分钟正常+t0分钟怠速的规则循环运行。
59.进入测试模式(t+t0)，t1、t2、t3、t4、t5、及i会通过无线网络发送给电脑或手机。
60.例如，测试模式(t+t0)＝1+0时(t0＝0就是压缩机连续正常运转)、t3＝30(度)时，应该i＝4(a)，但测试模式发送数据显示i＝3.5左右，工作电流偏小，要查漏加氟；
61.若i＝4.5a左右，测试模式改设t+t0＝3+1时，t1＝27(变化不大，之前26.5),蒸发器温度传感器温度变化并不大，表明有毛细管堵塞迹象、或被误加多了氟；
62.若t1＝28，再改测试模式t+t0＝5+1时，t1＝27，表明t1随t而(反比例)变(制冷变差)，应该是冷凝器散热通风欠佳，要清洗或查通风问题。
63.注意，测试模式只是提供检测问题的运行环境(给出的是t1-5、i数据)，对问题的判断是让人作的。而下面8中所述的自检功能才是空调自动选取流程查找空调运行问题，给出的是问题的直接表述。
64.t1、t2、t3、t4、t5、及i的正常工作曲线应该由空调说明书给出(或手机app、或电脑程序显示)，并提供用户将实际数据输入的修正功能，为自检功能创造更准确的判断基础。
65.另外，对按时间长度设定压缩机工作或停止的运行模式(为模拟变频空调效果)，当停止时间在5分钟以上的，一般是先怠速运行1分钟，然后停3分钟以上，再怠速运行1分钟热起动，接着就进入正常运行分钟数。而不是停止5分钟以上都以怠速方式运行，因为怠速运行方式只是低速运转力矩大(相对电容移相运行方式)，并不节能(转速远低于正常的1/3，电流只比正常小一点，大于正常运行电流的1/2。因为它不是理想的两相低频交流电)，所以怠速方式一般不作5分钟以上的连续运行。
66.带adc功能的mcu单片机检测、记录，并通过有线或无线传送给电脑或手机显示或打印都有成熟的技术方案(通过无线网络传电脑或手机推荐的低成本方案可用esp8266，详见发明专利cn202111098910.4一种基于h5js本地编程的物联网字节透传方法及cn201911220992.8一种udp网络协议实现浏览器显示心电图的装置和方法)。
67.注：以上从工作电流及各温度传感器温差判断故障仅适用精简类定频空调。精简类定频空调指不用自动控制膨胀阀、压缩机进排气管间没有短路管路阀调节负载，这些复
杂技术会使从工作电流判断故障变得很复杂。精简类定频空调可借助压缩机怠速工作状态调节负载；怠速工作状态运行1分钟对人没有不适感(所以能模拟变频空调)。
68.从工作电流及各温度传感器温差判断空调故障对mcu单片机容易实现(对空调机械结构不作改变)，相对空调维修人员通过测氟管路压力判空调问题，既麻烦危险(高层要爬出窗外接管路)，又不精确，要到问题很严重了才能会实施(请维修人员上门检查)。而这里提供的测试模式是将空调的运行状态以定量的数值呈现给用户，让用户判断与最佳状态的差距。
69.对目前没有测试模式的定频空调，用户可网购一个家用电计量表(约20元)其包括了测电流、功率等，将空调室内机电源插头插在家用电计量表上即可看到当前空调工作电流；及网购1、2个带软引线温度传感器探头的数显测温模块，安装到空调室内机蒸发器片状通风口的1、2个温度检测点，观察温度变化。
70.应用方法c、原定频空调主控板及遥控器不作改动，补充一种(外置)定时红外遥控装置。这种定时红外遥控装置具有记录两个空调遥控器的按键发码(俗称学习型遥控器)，当这种定时红外遥控装置记录了制冷最低温度(确保制冷会起动。注意适用的风速、风向等先调好)及不制冷(注意适用的送风风速、风向等先调好)后(简称所记录的两种空调状态)，定时红外遥控装置会定时循环发送所记录的这两种(空调状态，包括风速、风向)发红外码；定时也可按5分钟、10分钟的间隔设置；这种(外置)定时红外遥控装置可以是充电型的或插电型的，插在空调附近并转动红外发射管对准空调室内机，使空调不断收到定时红外遥控装置的发码控制，按发码所记录的两种空调状态不断循环运行(包括短间隔制冷与怠速状态的不断轮转模拟变频效果)。这实际上也属a(原定频空调主控板不作改动)的一种具体应用方案。
71.应用方法d、为拓宽这种空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用灵活性，该驱动模块(图1)本身的控制功能也可增加如下(注：上述应用方法a、应用方法c所针对的驱动模块是同一种基本型的，即2所述的，这里提出再增加其功能)：
72.a、(图1中的)交流电输入连接端口(1)的瞬时断电作控制命令：在通电2秒内未发生断电，就按正常软启动后连续全速运转，直到断电(原定频空调主控板无须任何改动)；若在通电2秒内有0.5秒的断电若干次，则作为控制命令，例如断电1次表示运转5分钟停5分钟循环，断电2次表示运转10分钟停5分钟循环，断电3次表示运转5分钟停10分钟循环。(断电控制实施方法详见：发明专利201611208010.x一种单片机电源开关兼换档模块及其控制方法。其实这种技术早就在灯具中有应用，作多路切换，俗称开关分段控制模块，早期是用通用cmos数字电路实现的。目前这种断电控制大量应用在led灯双色调光上)。
73.b、用3芯或4芯长连接线连接到(图1中的)通讯控制接口sip4(3)以逻辑电平组合控制。
74.c、用3芯或4芯长双绞线连接到(图1中的)通讯控制接口sip4(3)以rs串行通讯，复杂的控制，包括设置(时间)参数要记入到mcu单片机的flash eeprom中，断电不丢失，就要用这种rs串行通讯方式(具体可根据功能要求约定命令通讯格式)。
75.d、用无线模块(如：nrf24l01+)通过spi串行接口同mcu单片机(stc15系列或stc8g系列)连接，实现无线设置空调压缩机的低速启动延时、或高低速运行定时循环规则。原定频空调主控板不作改动(原红外遥控器也不变)，而是对驱动模块再补充无线模块
(nrf24l01+)构成具有无线遥控功能的驱动模块。配套的无线遥控盒，控制装在空调外机中的具有无线遥控功能的驱动模块。即原红外遥控器在室内控制空调内机，补充的无线遥控盒去窗口控制空调外机。带无线遥控驱动模块上的mcu具有断电不丢失信息保存功能，使得无线遥控盒非每次都用，仅在需要改变设置时才用一下。
76.注：上述应用方法a、应用方法c、应用方法d.d都是对原已有定频空调不作改变，用补充驱动模块及无线遥控的方法实现(本发明的)定频空调软启动、怠速运行状态模拟变频效果，或压缩机新增预设启停定时间隔运行模式。
77.4、本实施例还提供了一种基于可控硅两相准变频方法实现的电扇调速模块(在原移相电容构成的全速运转基础上再补充两相准低频交流驱动单相异步电机低速运转，实现具有两档转速的调速模块)，结构特征为(强调简单易用、安装方便)，所述调速模块为充电头大小的电路板，可有塑料外壳，安装在电扇机座内，电路板上装置了1所述的可控硅控制电路(电源部分、可控硅bcr1、bcr2、bcr3、mcu单片机、交流波采样电阻r)外，还装置了(图1中的)交流电输入连接端口(1)、4线连接端口(2)。交流电输入连接端口(1)接220v交流电输入电源线；4线连接端口(2)中的连接点分别是可控硅bcr1、bcr2、bcr3的3个t2输出端及一个与交流电输入连接端口(1)中一极共线的交流电一端，依次连接电扇电机的主绕组、副绕组、移相电容、及主副绕组公共端。
78.功能特征为：交流电输入连接端口(1)的交流供电具有瞬时断电作为控制命令：凡断电0.5秒左右(按钮断电再按下)就按控制命令执行，从低速档到高速档依次切换。中速档可以没有，有的话是用低速档到高速档的自动定时循环模拟(例如低速6秒、高速5秒循环)。用这种电扇调速模块构成的电扇只要一个自锁按钮开关即可开关兼调速(简洁可靠美观低成本)。
79.当交流电输入连接端口(1)，经交流波采样电阻r，mcu单片机控制可控硅bcr1、bcr2以频率为约17hz的准交流电两相在4线连接端口(2)的连接点输出，直接驱动电机的主副绕组作低速运转，此时连接移相电容c的bcr3不触发，移相电容c等于断开。当切换到高速档(按钮断电再按下)，可控硅bcr1、bcr3改变为全波触发、bcr2不触发(也就是断开)，等于电机的主绕组直接连交流电输入、电机的副绕组串联移相电容c也连接到交流电输入，这就是原移相电容电机正常的全速运转。
80.通俗地讲，4同2，是将1的方法再结合原来移相电容的正常工作方式拼在一起从而改进成一个更实用的(有两种转速的)驱动模块，以代替原来就一个移相电容的单速简单电路，为单速单相异步电机电扇实现了两种转速。同2，也可用继电器来代替bcr3。
81.在不介意交流电非过零触发的应用领域，高速档的移相电容c及bcr3可取消，代之以bcr2改在每波的5毫秒(90度)处触发(但运行效率比移相电容低，仅用在低端廉价产品)。
82.关于断电控制实施方法详见：发明专利201611208010.x一种单片机电源开关兼换档模块及其控制方法。其实这种技术早就在灯具中有应用，作多路切换，俗称开关分段控制模块，早期是用通用cmos数字电路实现的。目前这种断电控制大量应用在led灯双色调光上。
83.5、还可简化出一种只有一路输出的(1中所述的)单相16.67hz准交流电输出模块，用塑料盒封装成一个单相异步电机电扇微风电源转接头(或称电扇减速插件)，用来对交流电扇(移相电容型的或交流电机定子半边套短路铜环的都行)实现无改动微风功能，效果比
有售卖的可控硅调速器好在无噪声及过零触发。即图2中的一路16.67hz准交流电输出，并用塑料盒封装成一个插件。
84.实用背景是当今空调已成主流，电扇已退缩。但家庭空调的一种新用法是睡觉房间不开空调，通过微风电扇将其它开空调房间的冷气缓缓导入，这样睡觉房间感受更舒适。因此所说的微风电扇要求风叶尺寸不能太小，但转速要很慢。目前市场上还没有这种经济实惠型(售价50元以下)的微风扇，那就用普通经典交流风扇加这种电扇外接微风插件解决。
85.6、1中所述的可控硅准变频方法中提及的bcr可控硅控制电路构成是个原理性基本结构，对于上述具体应用来说，还要根据所对应的空调主控板类型、元器件供货来源形势或元器件性价比，设计出若干种更经济适用的优选技术方案。
86.就1中所述的bcr可控硅控制电路来说，有以下技术方案：
87.技术方案a、选稳压输出的正极与交流电的一极及bcr可控硅的t1极三者连接在一起(见图2上方左)的方案具有更多的合理性(如放宽可控硅触发性能选择范围，因为不用到g+t2-触发方式、mcu单片机下拉有更大的驱动电流)。
88.技术方案b、当采用非隔离高效单片ic电源时，典型的稳压输出是负极与交流电的一极及bcr可控硅的t1极三者连接在一起的方案(简称稳压下输出方式)，对大功率可控硅的触发单片机直接驱动会有点问题(bcr触发方式为g+t2-，一些可控硅，如bta16-800要50ma以上的触发电流。单片机口大电流还会引起其它问题)，采用电容储能晶体管驱动可控硅模式(见图8)，连接结构如下：
89.将稳压输出的负极、ac交流电的一极、及bcr可控硅的t1极连接在一起、再接上mcu单片机电源负极、滤波电容c2负极、晶体管tr1发射极，bcr可控硅的t2极是输出端，稳压输出的正极与mcu单片机电源正极、及充电电阻r5一端、滤波电容c2正极连接在一起，晶体管tr1集电极与充电电阻r5另一端、储能电容c5一端连接在一起，储能电容c5另一端连接限流电阻r6一端，限流电阻r6另一端连接bcr可控硅的触发极g，晶体管tr1基极串联一只电阻与单片机的输出端口连接。
90.技术方案c、当这种非隔离带强电mcu单片机要与其它弱电控制部件连接时(有严重安全问题)或为适应电容降压桥式整流的经济型供电模式时，bcr可控硅的控制电路可采用光耦隔离或磁芯变压器隔离驱动可控硅模式。
91.光耦隔离连接结构如下(见图2上方右)：将bcr可控硅的t1极与交流供电的一端连接，bcr可控硅的t2极是输出端，t2端同时与光隔离ssr输出的一端连接，光隔离ssr输出的另一端串电阻r2连接bcr可控硅的触发极g，bcr触发极g同时接电阻r1到bcr可控硅的t1极。光隔离ssr的输入端正极与单片机电源正极连接，光隔离ssr的输入端负极串联一只电阻r1与单片机的输出端口连接。
92.磁芯变压器隔离连接结构如下：将bcr可控硅的t1极与交流供电的一端连接，bcr可控硅的t2极是输出端，磁芯变压器次级一端接bcr可控硅的t1极，隔离变压器次级另一端接可控硅bcr的触发极g，磁芯变压器初级一端接单片机电源正极，磁芯变压器初级的另一端串联一只电阻与单片机的输出端口连接。
93.这种隔离驱动驱动可控硅模式对单片机供电连接不作限制，只要能适用单片机工作就行，特别适用常用ac隔离电源模块供电单片机实现安全的单片机对外通讯连接(俗称“冷底板”)，或适用电容降压桥式整流的经济型供电模式(见图2上方右)。
94.注意：光耦隔离ssr器件本身就是光耦可控硅，仅是功率较小。
95.变压器触发(变压比适配得好)可实现更小的驱动电流，次级正负波还有补触发功能(即万一正半波未触发导通，紧接着出现的负半波还会补触发)使触发更可靠，但成本高、体积大。
96.上面3.应用方法b中的与定频空调主控板通过sip4(3)口的连接通讯就要求这种隔离驱动可控硅模式。但还要注意，定频空调主控板通过sip4(3)口的连接，通常同时也在sip4(3)口的正负连接点提供了5v工作电压，驱动模块就不再需要电源部分了。
97.说清了单片机输出端隔离与非隔离控制bcr可控硅方式，在本文表述中就统称为bcr，其t1极与交流供电的一端连接，t2极是输出端，并且这样的bcr还有多路，如bcr1、bcr2、bcr3等(见图1)，它们的t1极都与交流供电的一端连接，t2极是各路的输出端。1中所述的两相准变频交流输出就是第一路由第一bcr1输出、第二路由第二bcr2输出(具体的隔离与非隔离连接单片机与可控硅就不再细述)。
98.7、随着led灯的驱动电源单片开关电源恒流芯片大量面市，ac-dc开关电源单片ic、或高压降压型dc-dc芯片也大量面市，将这些使用方便(外围电路极简单，无ic供电辅助绕组)的高性能开关电源芯片用于所述的可控硅准变频方法中的电源部分，实在是恰到好处。下面就分几种典型情况做出设计方案。
99.设计方案a、采用无ic供电辅助绕组的ac-dc开关电源单片ic、用电感构成非隔离稳压输出，为单片机驱动可控硅提供工作电源，实现6.技术方案a中所述的：稳压输出的正极与交流电的一极(也是整流滤波后的高压正端)及bcr可控硅的t1极三者连接在一起的方案(简称稳压上输出方式)，关键连接如下(图3)：交流电的一极ac端、高压半波整流滤波电解电容c1正极、逆程续流二极管d5负端、稳压输出滤波电容c2正端、稳压输出采样电阻r5一端、单片机mcu电源正极、及可控硅bcr的t1极连接在一起；高频降压电感l一端、稳压输出滤波电容c2负端、稳压管dw正端、及单片机mcu电源负极连接在一起；开关电源ic的开关管d端接高频降压电感l另一端及逆程续流二极管d5正端，开关电源ic的反馈控制fb端接光耦oc输出边的正端，光耦oc输出边的负端、开关电源ic的地端、高压整流二极管d0正端、及高压半波整流滤波电解电容c1负极连接在一起；交流电另一极的ac端、抗上电冲击限流电阻r0的一端、交流波采样电阻r的一端连接在一起，也是交流公共输出端；交流波采样电阻r的另一端接单片机mcu的输入端口，抗上电冲击限流电阻r0的另一端接高压整流二极管d0负端，单片机mcu的输出端口串联电阻r1接可控硅bcr的g极；稳压管dw负端接光耦oc输入边led的负端，光耦oc输入边led的正端接稳压输出采样电阻r5另一端。用电感代替变压器构成非隔离稳压输出，具有低成本高可靠性小体积。稳压输出的正极与交流电的一极连接在一起的方案(稳压上输出方式)需要用光耦oc作稳压采样反馈，常用于隔离电源的ic芯片(有自供电免辅助绕组的一类)都能用作这里的非隔离稳压电源ic芯片，如：csc7203、dk1203。
100.设计方案b、采用高压降压型dc-dc芯片、用电感构成非隔离稳压输出，为单片机驱动可控硅提供工作电源，实现6.技术方案b中所述的：稳压输出的负极与交流电的一极(也是整流滤波后的高压负端)及bcr可控硅的t1极三者连接在一起的方案(简称稳压下输出方式)，关键连接如下(图4)：交流电的一极ac端、高压半波整流滤波电解电容c1负极、逆程续流二极管d5正端、稳压输出滤波电容c2负端、单片机mcu电源负极、及可控硅bcr的t1极连接
在一起；高频降压电感l一端、稳压输出滤波电容c2正端、稳压反馈二极管d6正端、及单片机mcu电源正极连接在一起；开关电源ic的开关管d端、高压半波整流滤波电解电容c1正极、及高压整流二极管d0负端连接在一起；交流电另一极的ac端、抗上电冲击限流电阻r0的一端、交流波采样电阻r的一端连接在一起，也是交流公共输出端；交流波采样电阻r的另一端接单片机mcu的输入端口，抗上电冲击限流电阻r0的另一端接高压整流二极管d0正端，单片机mcu的输出端口串联电阻r1接可控硅bcr的g极；稳压反馈二极管d6负端、开关电源ic的电源正端、开关电源ic的电源滤波电容c3正端、稳压输出电压采样电阻r7一端连接在一起；稳压输出电压采样电阻r7另一端、稳压输出电压采样分压电阻r6一端、开关电源ic的反馈控制fb端连接在一起；开关电源ic的电源滤波电容c3负端、稳压输出电压采样分压电阻r6另一端、开关电源ic电源负极、高频降压电感l另一端及逆程续流二极管d5负端连接在一起。这种稳压输出的负极与交流电的一极及bcr可控硅的t1极三者连接在一起的方案(简称稳压下输出方式)，对大功率可控硅的单片机直接驱动会有点问题(负半波不触发或要求很大的触发电流会引起其它问题)，可采用6.技术方案b的电容储能晶体管驱动可控硅模式、或6.技术方案c的光耦隔离驱动可控硅模式(既然用了光耦隔离，bcr可控硅的t1极改接到上边的交流电另一极也一样可行)。稳压下输出方式的优势是实现稳压不用光耦oc、电源芯片能自供电，因此这类高压降压型dc-dc芯片特别丰富，如：lnk304、xd308h、sm7012、viper12a、bp2525x、kp35026vga、wd5205、lp2179、sx3701(前4种典型，后5种优化得更简单。其实凡上拉fb型通用ac-dc开关电源单片ic都能用在这里)。
101.上述典型接法(稳压下输出方式，属buck输出结构)稍作调整就可变为buck-boost输出结构，也实现设计方案a中所述的稳压输出的正极与交流电的一极及bcr可控硅的t1极三者连接在一起的方案，调整接法为：交流电的一极ac端、高压半波整流滤波电解电容c1负极、高频降压电感l一端、稳压输出滤波电容c2正端、单片机mcu电源正极、及可控硅bcr的t1极连接在一起；逆程续流二极管d5正端、稳压输出滤波电容c2负端、单片机mcu电源负极连接在一起。这种buck-boost输出结构，它将交流电的一极与bcr可控硅的t1极连接在一起的连接点(也是整流滤波后的高压负端)变为稳压输出的正极；将高频电感l逆程产生的比整流滤波后的高压负端(即稳压输出的正极)更负的电压作为稳压输出的负极。从而实现了设计方案a中所述的稳压输出的正极与交流电的一极及bcr可控硅的t1极三者连接在一起的方案(不再需要6.技术方案b中的电容储能晶体管驱动可控硅模式、或6.技术方案c的光耦隔离驱动可控硅模式、也不需要7.设计方案a中的光耦oc)。这种(如此省元件的优选)方案之所以不典型是因为它的稳压输出单纯由高频电感l储能逆程产生，比典型的dc-dc buck稳压下输出方式效率略低、或高频电感l要求略大一点，但就这里的稳压电源是用于mcu单片机驱动可控硅，效率问题可忽略、高频电感l也不存在要加大的问题。完整的电路图可参考sm7055.pdf。
102.设计方案c、对典型的隔离型ac稳压电源或现成的ac-dc稳压电源模块，5v直流输出端正负极中的任一端与交流电ac的一极及bcr可控硅的t1极连接都行，5v直流输出端正负极分别与单片机mcu电源正负极相连，单片机mcu的输出端口串联电阻r1接可控硅bcr的g极；交流电另一极的ac端，也是交流公共输出端，接交流波采样电阻r的一端、交流波采样电阻r的另一端接单片机mcu的输入端口。由于典型ac稳压电源是隔离的，稳压输出部分的正或负接交流电ac的一极都行，为有利可控硅触发(或单片机下拉更方便)，推荐正极与交流
电ac的一极及bcr可控硅的t1极连接(见图2左上)。
103.采用隔离型ac-dc稳压电源模块及隔离型可控硅驱动模式的针对性应用是单片机不带强电(俗称“冷底板”)，实现安全的单片机对外通讯连接。上述3.应用方法b的与定频空调主控板通过sip4(3)口的连接通讯就要求这种模式。
104.注意，这种双隔离的ac-dc稳压电源模块的稳压输出正负极是都不直接接220v交流电的l、n输入端的，通常的接法是稳压输出的负极与单片机的电源负极连接，作为信号地，连接到空调主控板的信号地(也就是国家规定的单相三线交流供电中的接地线)。此时的交流波采样电阻r的一端要接交流供电中的火线l端。
105.设计方案d、电容降压桥式整流的经济型供电模式(图2右上)：交流电另一极的ac端串联抗上电冲击限流电阻r0及降压电容c0到桥式整流d4输入端，桥式整流d4输入的另一端接交流电ac的一极及bcr可控硅的t1极，桥式整流d4的这两输入端再并联一只过压保护器vz；桥式整流d4输出正端接滤波电容c1正端及线性稳压ldo输入端，桥式整流d4输出负端接滤波电容c1负端及线性稳压ldo地端、滤波电容c2负端、单片机mcu电源负极；线性稳压ldo输出端接滤波电容c2正端及单片机mcu电源正极；交流电另一极的ac端也就是交流公共输出端，串联交流波采样电阻r到单片机mcu的输入端口；单片机mcu采用6.技术方案c所述的光耦隔离驱动可控硅bcr模式。这种电容降压方案成本更低，在电扇类廉价产品中更具优势。
106.在设计方案a、b、c、d各类中，都说到交流电输入一极串联抗上电冲击限流电阻r0，这是因为所述的驱动模块有在交流电输入接通时有瞬时断电作控制命令的功能，因此要适应上电时的多次瞬时断电操作，防止高压滤波电容或交流降压电容因电压突变引起打火、或上电冲击电流烧毁元件。
107.关于瞬时断电作控制命令还要注意，对有单片机无法关闭的耗电器件时(通常开关电源稳压输出端的负载电阻、上下分压电阻电压取样，都是无法关闭的耗电器件。但许多ldo稳压输出是高阻不耗电的，如图2右上的电容降压桥式整流的经济型供电模式就采用了ldo稳压输出)，单片机供电需要有二极管单向导通隔离。对于稳压下输出方式(见图6。若要更详细的解说见201611208010.x一种单片机电源开关兼换档模块及其控制方法)，接法为稳压供电正端接二极管正极，二极管负极与单片机电源正端连接，单片机电源正端同时接大容量滤波电容一端，大容量滤波电容另一端接单片机电源负端地，大容量滤波电容同时兼作断电控制断电时的短时供电。对于稳压上输出方式，即稳压输出正极与交流电ac的一极及bcr可控硅的t1极连接，单向导通隔离二极管串联在稳压输出的负极(见图7)。
108.8、上述3.应用方法b中讲到的测试模式可进一步改进为一种定频空调自检功能，补充在定频空调的常用标配功能中。自检过程通过按键或操作遥控器启动，根据现有定频空调所设置的若干温度传感器、压缩机工作电流，自动选特定时间间隔的工作/怠速运行，对运行状态改变引起的各温度传感器温差变化、电流变化，作出空调运行问题或故障判断，将自检结果按数码表示在空调室内机的显示屏上或经无线网络发送到电脑或/和手机上。
109.空调室内机显示屏原来典型的只有两位数码“88”(仅设置温度用)，用来表示空调问题或故障可采用以下表示法：
110.00-09：基本没问题，仅有点小差异，程度由0-9表示。
111.e0-e9：有问题，类型由0-9表示。
112.f0-f9：缺氟或加氟过多，程度由0-9表示。
113.h0-h9：毛细管堵塞或加氟过多，程度由0-9表示。
114.p0-p9：压缩机、电机或电容问题，分类由0-9表示。
115.经无线网络发送到电脑或手机上的自检结果，内容直接用文字说明，而不是简单的数码表示，非常实用。能经常通过自检有针对性地请求维护或维修(而不是要到不制冷才求救)，减少空调维修费用，特别是避免本就不该付出的费用，防止付费越修越坏的恶果。将空调维修观念从会制冷就算修好了改变为要能看到空调距最佳运行状态差多少。
116.9、1-7中所述的可控硅准变频方法及空调电扇中单相异步电机驱动模块，是用单片机、可控硅控制电路、电源电路等诸多部分构成的，一旦条件成熟，就可将各电路尽可能整合制程专用集成电路芯片或模块(即一个或几个专用配套ic或模块)。
117.注：1、6、7中所述的mcu单片机、可控硅控制电路、电源，这种都是研发阶段的原理性结构部件(或小批量试产品。更是为了说明原理)，一旦获得市场认可，大批量生产不可能再用mcu单片机逐个编程，必须要根据生产流程的合理性整合制程集成电路专用芯片或模块，至少是批量的otp制程(一次性编程)。