Hướng dẫn kỹ thuật sửa mạch điện bơm nhiệt (heat pump)

Ở phần đầu trình bày khái quát về cấu trúc, nguyên lý, nguyên tắc hoạt động bơm nhiệt (heat pump), qua phần nội dung cung cấp các kiến thức cơ bản một bơm nhiệt hoạt động được thì mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành hoạt động như thế nào.

Sau khi đã nắm vững nguyên tắc hoạt động, chức năng các bộ phận mạch điều khiển, cảm biến… thì ở phần 2 sẽ chỉ cho bạn các lỗi hỏng của bơm nhiệt và phương hướng sửa chữa khắc phục.

Sơ đồ board mạch bơm nhiệt

Sơ đồ khối tổng quát về board bơm nhiệt gồm 5 khối chính là: khối nguồn, khối điều khiển, khối cảm biến, khối hiển thị và phím ( bao gồm mắt nhận) và cuối cùng là khối động lực. Ta có thể xem chi tiết hơn về các khối ở sơ đồ dưới.

Khối nguồn tạo nguồn điện áp một chiều 12VDC để cung cấp cho Motor đảo gió, relay máy nén, mạch tạo cao áp, đèn hiển thị, các mạch động lực . . . và 5 VDC để cung cấp cho bộ xử lý, các cảm biến, đèn hiển thị, bộ thu tín hiệu điều khiển (remote control), mạch bẫy lỗi…

Khối nguồn có thể là nguồn switching hoặc nguồn biến thế cách ly. Vi điều khiển nhận lệnh từ bộ thu tín hiệu (mắt nhận tín hiệu remote), cảm biến nhiệt độ nước nóng, cảm biến nhiệt độ nhà, cảm biến bụi vv . v… Sau đó vi điều khiển ra tín hiệu tới motor đảo gió (motor bước), quạt bơm nhiệt, relay máy nén. Quạt bơm nhiệt thường có xung phản hồi về để báo tốc độ quạt có đúng với yêu cầu của vi điều khiển hay không.

Chu trình hoạt động của bơm nhiệt

Chu trình hoạt động của một bơm nhiệt mono bình thường được hoạt động theo chu trình như sau (tùy theo đời máy và loại máy có thêm nhiều chức năng thì quá trình kiểm tra tăng lên):

Phân tích sơ đồ chi tiết mạch bơm nhiệt

Khối nguồn mạch trên sử dụng biến thế cách ly, sau đó ổn áp 12V và 5V bằng IC ổn áp 7812 và 7805. Vi điều khiển đã có 5V cấp nguồn, thạch anh 8MHz (kiểu thạch anh 2 chân có 2 tụ lọ C 33p). Mạch này sử dụng IC reset KIA7045 và đường 50Hz là loại 50Hz sau biến thế qua transistor. Khi vi điều khiển có đủ điều kiện hoạt động, vi điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ mắt nhận thông qua sự điều khiển của remote:

Mắt nhận chính là diode thu quang gồm 3 chân: chân 5V, chân mass và chân tín hiệu. Trên board mắt nhận sẽ có 1 điện trở nối tiếp chân 5V để hạn dòng cho mắt nhận, 1 tụ hóa để lọc nguồn. Đầu thu tín hiệu điều khiển gồm một diode quang nhạy tia hồng ngoại kết hợp với bộ khuếch đại, sử dụng điện áp 5V.

Khi nhận được chuỗi xung mã hóa dạng tia hồng ngoại do remote control phát ra, diode quang sẽ dẫn điện, đưa tín hiệu vào bộ khuếch đại và sau đó chuyển đến bộ xử lý. Bộ xử lý sẽ giải mã tín hiệu và ra lệnh cho các bộ phận thi hành lệnh tương ứng.

Mắt nhận thường có 2 kiểu chân chính là: 1 là 5 V; 2 là data; 3 là mass hoặc 1 là 5V; 2 là mass; 3 là data . ở mạch này ta cần chú ý: nguồn đã cấp ra mắt nhận hay chưa? Mắt nhận có nhận được tín hiệu hay không?. Muốn xác định 2 câu hỏi này ta phải đo nóng ( board có điện ) mới xác định chính xác được. Đo 2 chân 5V và mass tại mắt xem có 5V hay chưa . Sau đó đo chân tín hiệu với mass và bấm remote, nếu kim đồng hồ dịch lên dịch xuống có nghĩa mà mắt nhận bình thường, còn nếu bấm remote mà ta không đo thấy gì thì mắt nhận đã hư.

Mắt nhận nhận được tín hiệu từ remote với data Power thì bơm nhiệt sẻ khởi động. Khi đó quạt bơm nhiệt sẽ chạy. Tốc độ quạt được điều chỉnh bằng remote. Những board máy đời cũ thường hay chỉnh tốc độ quạt bằng relay, mỗi relay là 1 cấp độ quạt. Hiện nay người ta sử dụng điều khiển tốc độ quạt bằng xung PWM.

Trong mạch điện xoay chiều, TRIAC sẽ đóng điện khi cực G nhận xung kích, và ngắt điện khi điện áp trên công tắc T1 – T2 gi ảm đến 0 (hết một bán kỳ). Khi cực G nhận xung kích tại thời điểm đầu tiên của bán kỳ, TRIAC sẽ đóng và toàn ộ điện năng của bán kỳ sẽ chạy qua tải.

Nếu kích xung trễ sau thời điểm đầu tiên của bán kỳ, TRIAC chỉ đóng điện cho phần còn lại của bán kỳ qua tải. Kết quả công suất (số vòng quay) trên tải sẽ giảm. TRIAC trong mạch xoay chiều 50Hz sẽ đóng ngắt 100 lần/giây. Bộ xử lý sẽ chuyển xung điều khiển tốc độ quạt (có điện áp DC thấp) đến cực G của TRIAC qua trung gian cầu nối quang (để cách ly với điện áp AC cao).

Bộ xử lý sẽ lấy mẫu nguồn điện AC (đường 50Hz), xác định thời điểm 0 đầu tiên của bán kỳ, và sau đó phát các xung trễ sau mỗi thời điểm để chỉnh tốc độ quạt.

Điều trên nói nghe hơi phức tạp và khó hiểu nhưng bạn hãy nghĩ lại xem muốn triac dẫn thì phải kích xung ( tùy áp ở T 1 so với T2 thế nào mà kích xung dương hay xung âm) và kích 1 lần thì triac dẫn hoài, làm thế nào để triac tắt?

Đó chính là lúc T1 =T2 và bằng 0 Vol AC ( người ta còn gọi là dường zero vol AC) . Chỉ cần tới điểm 0V trên chu kì hình sin thì triac tự ngắt . Nếu muốn quạt chạy mạnh chỉ cần kích sớm cho triac dẫn hết chu kì, còn muốn quạt chạy chậm thì ta kích chậm lại.

Cách điều khiển quạt như trong hình dưới: Trên hình minh hoạt những đường màu đỏ là những đường điện cần thiết để quạt chạy. Đường L của dòng điện 220VAC được đấu chờ sẵn vào quạt, chỉ cần công tắc Triac trong phototriac đóng thì quạt sẽ chạy. Lúc chạy đứng im, vi điều khiển tích cực thấp đi vào cổng đảo 2003 . Đầu đảo bên kia sẽ tích cực cao, bằng áp Vcc mà 2003 đấu lên (12V). Vì thế ở chân + và chân – của phototriac đều là 12V, led trong phototriac không sáng nên triac không dẫn. Khi vi điều khiển tích cực cao vào 2003, chân đảo sẽ bị kéo về mass tạo áp lên chân + và – của phototriac làm led trong phototriac sáng => triac trong photo triac dẫn => quạt chạy.

Trong một số trường hợp bạn đo thấy như sau: lúc quạt chưa chạy thì lệnh ở chân VĐK là 0V, bên kia cổng đảo là 12V, rất là bình thường. Lúc quạt chạy bên chân lệnh VĐK là 2.5V còn bên chân kia của cổng đảo là 4V, lúc đó ta tưởng rằng VĐK bị yếu lệnh và cổng đảo bị hư. Tuy nhiên quạt bơm nhiệt vẫn chạy bình thường và không hư hỏng gì, nguyên nhân ở đây là do VĐK kích xung liên tục để băm PWM nên điện áp ta đo được là điện áp trung bình.

Hiện nay ngoài cách dùng phototriac (giống như cách điều khiển SSR) ta còn dùng opto và triac kết hợp để điều khiển quạt theo xung PWM như hình dưới.

Đối với quạt chạy bằng SSR ta cũng có cách điều khiển tương tự về tốc độ: VĐK tích cực cao (5V) TR4 được kích hoạt, 12V chạy từ chân 1 PC817 xuống chân 2 sau đó qua trở 1K rồi thông qua transistor TR4 về GND => Led trong PC817 sáng => transistor trong PC817 dẫn => chân G triac kéo áp về điểm có áp thấp (chân – của tụ 47qF) => TRIAC dẫn => quạt bơm nhiệt chạy. Bên cạnh dùng triac, phototriac người ta còn dụng SSR để kích quạt bơm nhiệt chạy vì SSR có tần số đóng ngắt cao rất thích hợp để dùng điều khiển tốc độ quạt bằng PWM.

Khi quạt chạy tạo xung để báo cáolại vi điều khiển tốc độ quạt đang chạy có chính xác hay không

Sau khi kích hoạt quạt bơm nhiệt, cứ mỗi giây, bộ xử lý sẽ kiểm tra các xung phản hồi từ quạt báo về để xác nhận quạt hoạt động bình thường. Để phát tín hiệu phản hồi, bên trong quạt được thiết kế một nam châm nhỏ đặt trên trục quay và một cảm biến từ ( IC Hall ) lắp cố định trên khung quạt. Cảm biến từ được cấp điện 5 VDC và hoạt động như một công tắc. Khi nam châm quay ngang qua cảm biến, công tắc bên trong sẽ ngắt và một xung điện áp thấp xuất hiện trên ngõ ra. Số lượng xung trong một khoảng thời gian chính là tốc độ quay của quạt.

Khi quạt bơm nhiệt được khởi động cũng chính là lúc motor cánh vẫy hoạt động. Lá hướng gió vận hành bằng motor đếm bước (Stepping Motor) có 5 dây, điện áp 12VDC.

Motor bước hoạt động với xung điện gián đoạn. Mỗi lần nhận một xung điện, motor sẽ quay một bước. Muốn quay tiếp một bước, xung điện sẽ được đưa vào cuộn dây kế cận. Dây chung của Motor bước nối vào nguồn điện +12V. Cuộn dây trong motor sẽ có dòng điện chạy qua khi đầu dây tương ứng nối ra điện áp thấp. Mỗi cuộn dây sẽ làm motor chạy được 1 quãng đường nhất định.

Các chân P1 , P2, P3 và P4 của bộ xử lý nối với các cuộn dây motor qua trung gian là các mạch đảo. Mạch đảo này tương tự như công tắc nối đất. Khi ngõ vào mạch đảo có điện áp dương, công tắc sẽ đóng và ngõ ra mạch đảo sẽ nối vào nguồn điện áp thấp. Xung điện dương xuất lần lượt từ các chân P1, P2, P3 và P4 của bộ xử lý sẽ làm dòng điện tuần tự qua các cuộn dây và motor sẽ quay.

Sau khi quạt bơm nhiệt, cánh vẫy hoạt động thì vi điều khiển sẽ lấy tín hiệu từ các sensor về để kiểm tra và so sánh nhiệt độ cài đặt để có quyết định đóng block hay tắt block.

Còn cảm biến nhiệt độ bơm nhiệt kiểm tra nhiệt độ dàn, để biết được block và hệ thống làm lạnh có vấn đề gì hay không.

Lúc bình thường ta tháo 2 sensor ra và đo áp trên giắc thì mỗi giắc ta đều đo được 5V. Khi ta cắm sensor vào thì ta đo thấy sụt áp đi. Vi điều khiển nhận biết nhiệt độ nhờ vào điện áp vào thay đổi, vì mạch cảm biến sensor là mạch cầu phân áp, chiếu theo công thức mạch cầu phân áp thì sensor chính là R2, khi R2 thay đổi thì áp V_OUT thay đổi theo, vi điều khiển nhận áp V_OUT này và thấy sự thay đổi sẽ biết nhiệt độ tại bơm nhiệt và nước nóng.

Khi nhiệt độ nước nóng lớn hơn nhiệt độ cài đặt thì vi điều khiển cho lệnh cấp điện ra máy nén để giảm nhiệt độ nước nóng.

Khối dàn nóng được cấp điện bằng relay 12V. Một đầu cuộn dây được cấp lên nguồn 12V, đầu còn lại chờ lệnh từ vi điều khiển.

Khi vi điều khiển tích cực cao, tín hiệu được cổng đảo kéo về mức thấp => 2 đầu cuộn dây có áp ằng 12V nên tiếp điểm đóng lại cấp điện cho khối ngoài trời.

Lúc vừa khởi động bơm nhiệt, vi điều khiển truy xuất tín hiệu tới EEPROM để kiểm tra EEPROM và gợi nhớ chương trình lúc gặp sự cố hoặc cúp điện…

Mạch EEPROM ta chú ý đến những vấn đề sau: nguồn cấp cho EEPROM, điện trở treo, mạch in . Trường hợp mọ i thứ đều bình thường mà máy cứ b áo lỗ i EEPROM thì nguyên nhân chính có lẽ là tràn bộ nhớ.

Một phần nữa cực kì quan trọng của board bơm nhiệt đó là vi điều khiển, bộ não của bơm nhiệt. Để vi điều khiển hoạt động thì cần những yếu tố sau: nguồn (+5 V và mass), thạch anh, reset, 50Hz và đường STOP ( nếu có).