设计恒温控制器时会遇到什么问题解析

有没有想过当我们打开或关闭恒温器时会发生什么？我们会听到咔哒声，但我们可能实际上并不知道发生了什么。一个简单的答案是恒温器开关向负责维持所需室温的系统发送控制信号。但是怎么做？

在供暖、通风和空调 (HVAC) 系统中，有根据恒温器的输入控制信号调节供暖和制冷系统的设备。机电继电器通常根据用户设置的输入向HVAC 系统提供控制信号。图 1 显示了恒温器用户界面的示例。

图 1：带有数字用户界面的恒温器

用于加热和冷却的基本恒温器使用四根或五根线来控制 HVAC 系统，如图 1 所示。白色 (W)、绿色 (G) 和黄色 (Y) 线连接到加热、气流和冷却系统， 分别。在图 2 中，当冷却和加热系统组合并连接到单个 24V 交流 (AC) 变压器时，红色的冷却和加热（Rc 和 Rh）线被连接以创建一个四线系统。

单独的加热和冷却系统将使用单独的 24V 交流变压器。在这种情况下，Rc 线连接到冷却系统中的变压器，Rh 线连接到加热系统中的变压器。用于单变压器或双变压器系统的基本恒温器使用三个机电继电器，W、G 和 Y 线各一个。在带有多级压缩机、风扇和热泵的高端加热和冷却系统中，恒温器可以有多达 10 个机电继电器。这些额外的继电器用于更复杂的系统算法，以控制额外的加热/冷却阶段、热泵、辅助加热、加湿器和除湿器。

多级加热/冷却系统最大限度地减少环境温度变化，同时最大限度地提高能源效率。这样的系统包括不同尺寸的设备。多级冷却系统的一个示例是具有两个压缩机的系统。主压缩机一般在6T范围内，而第二级要小得多，在2T范围内。6T 压缩机可以在短时间内处理大幅度的温度下降，如图 3 所示。例如，当我们下班回家并希望温度快速下降到我们想要的水平时，这是第一阶段。第二阶段由更节能的 2T 压缩机组成，一旦 HVAC 系统达到该水平，它就会保持所需的温度。

现在我们对 HVAC 系统控制的内容有了更好的了解，让我们关注恒温器的开/关控制 - 以及我们听到的有趣的咔哒声。在图 4 中，我们可以看到恒温器中的信号继电器。该继电器与 HVAC 系统内的 24V AC 变压器和功率继电器串联。功率继电器启用和禁用风扇电机、压缩机或燃气阀等设备。

当信号继电器闭合时，来自 24V 交流变压器的电流流过功率继电器的接触器线圈，激活其机械触点。当信号继电器打开时，电流中断，功率继电器的触点失活。因此，功率继电器的闭合触点使 HVAC 系统的 120V AC 和使用低压信号继电器的电机之间成为可能。

HVAC 负载控制传统上使用机电继电器有两个原因。首先，机电继电器的导通电阻低，因此无需散热器。其次，继电器的功能允许同一设备（达到其最大电压和电流额定值）来控制交流和直流负载。

不幸的是，机械接触并不总是理想的。一个缺点是在机电继电器的激活和停用期间，每次活动触点与固定触点连接时都会发出咔哒声。这是我们在恒温器启用或禁用 HVAC 系统时听到的咔哒声，这可能会很烦人。第二个缺点是这些触点最终会失效并限制恒温器的使用寿命。

即使机电继电器的继电器设计正确，由于感应负载的电流中断，HVAC 系统的故障概率也会进一步增加。电流中断会导致电压尖峰，并会随着时间的推移损坏机械触点。继电器触点也容易反弹、产生火花并具有较长的开启/关闭时间，这使得它们相当不适合当今的智能恒温器。

幸运的是，有一种解决方案可以消除机电继电器的负面特性：一种称为固态继电器 (SSR) 的装置。SSR 使用晶闸管和功率晶体管通过低电压或电流输入执行开/关控制。