本教程采用圖文的形式講解了空調器的結構和維修技巧。

第4章 空調器各系統的工作原理及電路分析

    任何空調器均由三大系統組成，包括制冷（熱）系統、通風系統、電氣系統。
    電氣系統又包括若干個單元電路，如壓縮機電路、內外風機電路、導風電機電路、四通換向閥電路、電加熱電路、溫度檢測電路、顯示操作電路、CPU及工作條件電路等。

4. 1制冷（熱）系統
    空調器的制冷（熱）系統由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器、干燥過濾器等首尾連接構成的封閉循環系統。系統中循環流動的工質是制冷劑。

1．制冷劑
    制冷劑又稱為制冷工質、冷媒。制冷劑應具備易凝結，冷凝壓力不要太高，蒸發壓力不要太低，單位容積制冷量大，蒸發潛熱大，比容小、水溶解度很小等特性。此外，還要求制冷劑在工作過程中，應具備不燃燒、不腐蝕等性能。空調器目前應用的制冷劑有三種：R22、R502、無氟制冷劑。

    制冷劑的壓力單位有兆帕（MPa）、公斤力／厘米2 （kg/ cm2）。兩者的換算公式如下：1 MPa≈10個標準大氣壓≈10kgf/cm2。

（1） R22制冷劑
    R22是氟里昂22的簡稱，又稱F22，化學名稱為二氟一氯甲烷，分子式是GHCIF2，分子量86.48，R22特性見表4－1。
 

（2） R502制冷劑
    R502制冷劑是混合工質制冷劑，屬于共沸混合溶液，由48. 8％的R22，51. 2％的R115混合而成。其標準蒸發溫度為－45. 6℃。
    在相同溫度條件下，R502的單位容積制冷量比R22和R115兩者高，并具有兩者的優點。另外，R502的汽化潛熱大，氣體密度大，制冷劑循環量大，在較低的蒸發溫度范圍內可獲得較高的制冷系數。

（3）無氟制冷劑
    空調器使用的無氟制冷劑型號有R407c等。無氟制冷劑R407，屬于非共性混合工質，由R12，R125，R134a三種制冷劑組成，三種成分的比值為2300，2500，5200。標準蒸發溫度為－43. 8℃ ，蒸發壓力為6. 36kg/cm2，冷凝壓力為232kg/cm2。

2．制冷工作原理
    空調器制冷是利用制冷劑在制冷系統中周期性地連續不斷地形態變化，來達到制冷降溫的目的。
　　　　　　　吸熱　放熱　
    即     液態→氣態→液態
    這是利用制冷劑由液態變到氣態時，會從周圍空氣中吸取熱量。就如用酒精棉球擦過的皮膚，一定會有涼爽的感覺，事實上是酒精在蒸發的時候，奪取皮膚上熱量的緣故。

    圖4－1所示是空調器的機械壓縮式制冷系統的工作原理，也是空調器的制冷基本工作原理。
 

    機械壓縮式制冷系統，又稱蒸氣壓縮制冷系統。它是由壓縮機、冷凝器、節流機構、蒸發器四個基本部件組成。工作時，從毛細管節流后的低溫低壓液態制冷劑從蒸發器內不斷地吸收室內空氣熱量而氣化成為低溫低壓狀態的氣態制冷劑，從而達到降溫除濕的目的。氣態制冷劑經壓縮機吸入及壓縮后形成高溫高壓狀態的氣態制冷劑，排至冷凝器內與室外空氣進行了熱交換，將熱量排至室外而冷凝成高溫高壓狀態的液體制冷劑，接著流過孔徑極小的毛細管后，到達蒸發器時又形成低壓低溫狀態的液態制冷劑，至此便是整個制冷過程。制冷劑在制冷系統中以氣相一液相一氣相，如此不斷反復地發生相變，最后達到降溫去濕的效果。

3．單冷空調器制冷系統
    單冷型空調器又稱冷風型空調器，單冷型空調器具有制冷、除濕、送風功能。
（1）單冷窗式空調器制冷系統
    如圖4－2所示。單冷窗式空調器制冷系統由壓縮機、冷凝器、過濾器、毛細管、蒸發器等組成。完成蒸氣壓縮機制冷循環的四個關鍵部件是：①壓縮機；②冷凝器；③毛細管；④蒸發器。
 

    從圖中可以看出，壓縮機工作時，就會將系統內的制冷劑壓縮為高溫高壓（100℃ ，20kg/cm2左右）蒸氣，排送至冷凝器。在軸流風扇作用下，室外側的空氣會流過冷凝器肋片之間，將制冷劑放出的熱量排出，使制冷劑降溫冷凝成高壓液態制冷劑。高壓液態制冷劑經過濾器濾除有形臟物后，送毛細管節流，制冷劑壓力降低至4.5～5. 5kg/cm2（其蒸發溫度隨之大幅度降低），進入蒸發器內蒸發，制冷劑蒸發所需的熱量，是在離心風扇的作用下將室內側的空氣流過蒸發器肋片．把熱量傳給制冷劑，失一去熱量的低溫空氣又吹至室內，不斷循環，便達到給室．內降溫的目的。然后，氣態制冷劑又被壓縮機吸入，不斷重復上述的過程，進行制冷循環。

    當室內的濕熱空氣流經蒸發器的肋片之間時，空氣中的水分有一部會在低溫肋片表面凝結下來，從接盤排出。此過程反復進行，室內空氣的水分逐漸減少，空氣的濕度降低，就是空調器的除濕作用。

（2）單冷分體壁掛空調器冷系統
    如圖4－3所示，由壓縮機、冷凝器、蒸發器、毛細管、三通閥、二通閥、低壓液體管（又稱高壓管、細連接管）、氣體管（又稱低壓管，粗連接管）等組成。從圖中可以看出，這種空調器較之窗式空調器增加三個器件，即二通閥、三通閥、室內外機連接粗細管。
 

    二通閥、三通閥用于室外機與室內側的通／斷控制，空調器出廠時二者均關閉，以保證工廠在室外機充注的制冷劑不被流失。空調器安裝后，這兩個閥門均被打開，以使室外側與室內側接通，實現制冷劑量的循環流通。

    當接通電源制冷開機時，壓縮機開始運轉，來自室內機蒸發器的低壓制冷劑氣體通過氣體管、三通閥被壓縮機吸入后，壓縮成高溫、高壓氣體，排入室外機冷凝器內，其熱量與空氣交換后排出室外，制冷劑被冷卻后由氣態冷凝成為液態，經過濾器送毛細管節流降壓后，經二通閥、液體管噴入室內蒸發器時呈現低壓，在相應低壓下，制冷劑吸收外界熱量氣化制冷。經過蒸發器外部的空氣得到冷卻而降溫，冷卻后的空氣由內風扇吹向室內，實現制冷。

（3）分體單冷柜式空調器制冷系統
圖4－4，圖4－5）所示是兩種單冷柜式空調制冷系統，前者毛細管位于室外機，后者毛細管位于室內機。各部件的作用及制冷循環同于分體壁掛空調器。
 
 

（4）分體一施二空調器制冷系統
    如圖4－6所示，由1個壓縮機、1個冷凝器、2個二通閥、2個三通閥、2個電磁膨脹閥、2個蒸發器、兩組粗／細連接管，組成兩個制冷循環系統。
 

    制冷循環的節流工作由電磁膨脹閥進行。兩個制冷循環工作如下：
    A室內機的制冷循環工作：壓縮機排出的高溫高壓液態制冷劑、流經冷凝器降溫冷凝為高壓液態制冷劑→經分支管1→A電磁膨脹閥節流降壓→A二通閥→A細連接管→流經A蒸發器吸熱氣化成氣態制冷劑后→A粗連接管→A三通閥→分支管2→儲液器→被壓縮機吸入，進下一次的制冷循環。

    B室內機的制冷循環工作：壓縮機排出的高溫高壓液態制冷劑→流經冷凝器降溫冷凝為高壓液態制冷劑→經分支管1→B電磁膨脹閥節流降壓→B二通閥→B細連接管→流經B蒸發器蒸發氣化成氣態制冷劑后→B粗連接管→B三通閥→分支管2→儲液器→被壓縮機吸入，進行下一次的循環。

從上述兩個制冷循環中可以看出，壓縮機、冷凝器是公用。

4．熱泵冷暖空調器制冷（熱）系統
    單冷空調器制冷運行室外機吹出暖風，如果將這個“熱風”轉換至室內，就可實現空調器的制熱功能。為此，熱泵空調器如在壓縮機后面裝置一個改變制冷劑流向的裝置，就可實現空調器既能制冷、又能制熱的目的。
    熱泵型空調器制冷在冬季使用時，可以將室外低溫環境中的熱量取出，排向室內，同時空調器消耗功轉化成的熱量也對室內升溫有利。
圖4－7所示是熱泵冷暖空調器的制冷（熱）系統，由壓縮機、室外熱交換器、四通換向閥、主毛細管、輔助毛細管、單向閥、二通閥、三通閥、高／低壓連接管、室內熱交換器等組成。
 

    四通換向閥用于切換制冷劑走向，使制冷、制熱時制冷劑走向在壓縮機以外的部位相反。輔助毛細管、單向閥用于切換節流1－1－Al，室內、外熱交換器的作用，制冷時同于單冷空調器，制熱時的作用正好相反，即室內側熱交換器作為冷凝器，室外側熱交換器作為蒸發器。

（1）制冷工作

    如圖4－8所示，與一單冷空調器制冷系統的工作基本相同。制冷運行時，四通閥的線無工作電壓，閥體處于默認狀態．其管口1，2接通，管口3 ，4接通，使制冷制冷劑循環向如圖箭頭所示，制冷劑在循環過程中將單向閥內的鋼球吹離錐形口，單向閥導通，將輔毛細管旁路，輔助毛細管不起作用。這樣，壓縮機排出的高壓高溫制冷劑→經四通閥管口43→先流經室外側的熱交換器進行放熱冷凝為液態后→經過濾器→單向閥→主毛細管節流后→二通閥→室內側熱交換器進行吸熱蒸發為氣態→三通閥→四通閥管口1、2→被壓縮機吸回，完成一個制冷循環，實現制冷劑在室內吸熱從而降低室溫的目的。
 

（2）制熱工作
    如圖4－9所示，制熱運行時，四通閥的線圈得到220VAC;電壓，線圈產生磁場，吸動內部的閥芯動作向左移動，使管口1、4接通，管口2、3接通，制冷劑走向如圖箭頭方向所示，會推動單向閥內的鋼球堵塞錐形口，單向閥截止，制冷劑只能通過輔助毛細管循環流動。這樣，壓縮機排出的高溫高壓氣態制冷劑→流經四通換向閥的管口4、1→三通閥→室內熱交換器進行散熱冷凝為液態制冷劑→二通閥→主毛細管＋輔助毛細管雙重節流后→過濾器濾除有形臟物→室外熱交換器吸熱蒸發為氣態→經四通換向閥的管口3、2→被壓縮機吸回，完成一制熱循環，實現制冷劑在室內散熱達到制熱目的。
 

    冬季使用熱泵空調器時，因室外側溫度低，室外側熱交換器會經常結霜，導致熱交換效果差，甚至不能工作。所以，熱泵型空調器必須具有除霜的功能。除霜過程通常是通過短時間（8min左右）將制熱轉換成制冷運行來實現，使室外側熱交換器在較高溫度和壓力下，能夠快速融化冰霜。此后，空調器又會恢復原來的制熱效果。

    熱泵型空調器在冬季制熱時從室外空氣中吸取熱量，并利用這部分熱量連同壓縮機輸入功率的轉換來給室內供熱，但其供熱量將隨室溫度的降低而減少。一般來講，當室外環境溫度在5℃以下，制熱能力急劇變小，當溫度在－5℃時幾乎不能滿足供熱的要求，且因制冷劑在蒸發器不能從外界空氣中吸收足夠熱量而無法完全蒸發氣化就進入壓縮機，易損壞壓縮機內的閥片，即產生液擊，造成壓縮機的損壞。

4.2通風系統
通風系統，主要負責對室內、外熱交換器進行通風散熱（冷）。

1.窗式空調器的通風系統
    圖4－10所示是窗式空調器的通風系統的工作。包括室內側空氣循環系統、室外側空氣循環系統，主要離心風扇、過濾網、軸流風扇、進風口、出風口、擺葉等組成。離心風扇和軸流風扇共用一個雙軸電機。對于設置有換新風功能的空調器，還設置有新風口。
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 （1）室內空氣循環系統
    離心風扇旋轉時，在扇葉的作用下產生離心力，中心形成負壓區，使進風口的氣流沿軸向吸入風扇內，沿徑向朝四周擴散，然后在蝸殼的引導下，氣流沿出風口方向流出。其循環方向如下：
    室內空氣→室內側進風口→過濾網濾掉塵埃→穿過室內側熱交換器，成為溫度較低的空氣（或制熱時成為溫度較高的空氣）→經出風口→吹入室內→使室內空氣降溫（制熱時升溫）。
    對于設置擺葉的窗式空調器，通過電機驅動擺葉左右慢速擺動，使被降溫（制熱為升溫）后的空氣均勻吹向各個方向或指定方向。

（2）室外空氣循環系統
    由軸流風扇負責。軸流風扇運轉，使風扇進風側壓力低，出風側壓力高，從而在進、出風口之間形成一個壓力差，由于壓力差的存在，空氣在扇葉的運轉下，始終沿軸向流動。使室外側空氣循環方向如下：
    室外空氣→室外側箱體左右進風口吸入箱體→流經壓縮機、過濾器、毛細管、風扇電機對它們進行通風冷卻后→將氣流直接吹向室外側熱交換器強制散熱（制熱時為吸熱）→室外側出口排出室外，實現室內外熱量交換目的。
    有的軸流風扇還設置有葉輪，用于將空調器底盤內的凝露水甩到室外熱交換器，這樣在制冷工作可提高室外側熱交換器對制冷劑的冷凝效果，提高換熱效果。

（3）換新風系統
    換新風系統，由室內／外側隔離板的新風門（又稱閘門）、箱體上側的氣門組成。主要用于排除室內混濁的空氣。

    按動空調器前面板的換新風開關，通過傳動機構，打開新風門，由離心風扇吸入的新風約占室內循環風量的15%，與室內循環空氣經熱交換器降溫（制熱為升溫）混合后，由出風口吹入室內，以保持室內空氣一定的清潔度和舒適度。

    圖4－11所示是窗式空調器換新風工作。新風系統由空調器內隔板中的排出門（又稱閘門、新風門）、箱體上側的氣門組成。打開新風門，由離心風扇吸入的室外新風約占室內循環風量的15%，室內循環空氣熱交換混合后，送回室內，以保持一定的清潔度和舒適度。換新風時間不宜過長，否則會造成制冷（熱）量的損失過大。
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2．分體空調器的通風系統
    普通分體空調器、變頻分體空調器的室內、外通風系統是相同的。分體掛機、分體柜機的室外通風系統也相同，不同的是室內風系統。

（1）室外通風系統
    圖4－12所示分體掛機的室外通風系統，采用軸流風扇。軸流風扇運轉時，室外空氣由空調器的背部和側面吸入，穿透室外熱交換器，與室外熱交換器交換熱量后，升溫后的熱空氣（制熱時冷空氣）由前方吹出，經出風口排向室外。
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（2）分體掛機室內通風系統
    圖4－13是分體掛機室內通風系統。進風口（又稱進風格柵）里側依次是空氣過濾網、室內熱交換器、貫流風扇。貫流風扇采用前傾式，氣流沿葉輪徑向流入，穿過葉輪內部，然后沿徑向從另一端排出。
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    當貫流風扇運轉時，室內空氣經進風口被吸入，經空氣過濾網凈化后，穿過室內熱交換器進行熱量交換后，變成冷空氣或熱空氣，沿風道經出風日吹向室內。因此，進風口的溫度能代表室內溫度，出風口的溫度能代表空調器的制冷量。

（3）分體拒機室內通風循環
    圖4－14所示分體柜機室內空氣循環系統。當離心風扇運轉時，室內空氣從下部的進風口被吸入，經空氣過濾網過濾除灰塵后，沿風道，途經室內熱交換器變為冷空氣或熱空氣，繼續經風道，由出風口吹向室內。
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 （4）換新風系統
    圖4－15所示是分體空調器換新風結構。開啟換新風時，換氣模塊內的風扇電機使室內、外空氣流通。
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    換新風安裝步驟如下：①安裝換新風管部件前估算換風管所需長度（換新風管越短越好），將其他多余的部分剪掉，將管罩裝好，這樣換新風效果更好。②將換新風管組件的卡鉤卡進換風扇的相應卡槽里，并檢查是否可靠。③換新風管須與室內外機連接管一起，用包扎帶纏在一起至室外。

4．3壓縮機電路

維修提示：
    壓縮機運轉條件：①單相壓縮機要求工作電壓為220VAC±10%、運轉電容的容量正確；②三相壓縮機要求相序正確、三相電為380VAC±10%③變頻壓縮機要求相序正確、三相電為50～180V。

4.3.1單相電壓縮機電路
    單相電壓縮機電路根據控制方式分類有：機械控制式；電腦控制式；電腦控制斗交流接觸式。

1． 機械控制式壓縮機電路

這種結構僅見于機械控制窗式空調器。由壓縮機、運轉電容、過載保護器、主控開關、溫控器等組成。運轉電容是壓縮機運轉必須的條件，主控開關負責模式設定（制冷、制熱、送風），溫控器根據室溫控制壓縮機的控制，過載保護器負責壓縮機的過流、過熱保護

（1）單冷機械控制式壓縮機電路如圖4－16所示。當主控開關設置于強冷（HIGH COOL）或中冷（MED COIL）、弱冷（（LOW COOL）任意一擋位，主控開關的①腳均與⑧腳接通，使220V L→主控開關①、⑧腳→單冷溫控器→過載保護器→壓縮機及運轉電容、220V N，構成回路，啟動壓縮機運轉，驅動制冷系統的制冷劑開始循環及液態氣態相換轉換，空調器開始制冷。
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    當單冷溫控器感知室溫降到設定溫度－1℃時自動斷開，切斷壓縮機供電回路，空調器停止制冷。停機后室溫逐漸升高，當升一高至設定溫度＋1℃時，單冷溫控器自動閉合，開始第二輪制冷。以后重復上述過程，使空調器自動開／停機，將室溫控制在設定溫度±1℃范圍內。

    空調器工作時，如壓縮機因故工作電流過大或過熱時，過載保護器會自動斷開，切斷壓縮機回路，壓縮機停止運轉。待壓縮機溫度下降到允許值時過載保護器自動恢復到接通狀態，壓縮機恢復運轉。

 （2）冷暖熱泵機械控制式壓縮機電路
    如圖4－17所示。采用的冷暖溫控器，有三個觸點，C （Mm）是公共端子，L（LOW）是低溫端子，H （HIGH）是高溫端子。
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    選擇制冷時，主控開關的0、④腳接通，使220V L→主控開關的0、④腳→冷暖溫控器的L、C腳→過載保護器→壓縮機及運轉電容→220V N，構成壓縮機回路。

    選擇制熱時，主控開關的0、③腳接通，壓縮機回路為：220V L→主控開關的0、③腳→冷暖溫控器的C、H腳→壓縮機和運轉電容→220V N。

    當空調器制冷（熱）到設定溫度時，冷暖溫控器自動斷開，空調器停止制冷（熱）。待室溫回到開機溫度時，冷暖溫控器自動閉合，開始第二輪制冷（熱）。

2．電腦控制式壓縮機電路

（1）倒相驅動器式
    如圖4－18所示，由壓縮機、運轉電容、過載保護器（有的內置在壓縮機內卜壓縮機繼電器、倒相驅動器、CPU、通電延時3min器件C1等組成。這種電路廣一泛應用于電腦型分體壁式、分體柜式、窗式空調器。
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    當CPU的CM壓縮機控制端輸＋5V出高電壓時，送驅動器ULN2003（或TDA2003）的輸入端IN1，被倒相放大后由OUT1輸出端輸出約0. 7 V低電平，驅動繼電器RYl動作其觸點開關閉合，接通壓縮機的220V供電回路，壓縮機開始運轉。

    當CPU檢測室溫達到設定溫度－1℃（制熱＋1℃）檢測到異常信息時立即停機，令CM端轉為輸出0V低電平，使ULN2003內的倒相放大截止，切斷RLY1的線圈回路，RLY1觸點斷開，切斷壓縮機的供電回路。壓縮機停止運轉。

    R1、R2、C1 V1組成通電三分鐘延時（英文為“3MIN－DELAY”）電路。延時原理是利用電容兩端的電壓不能跳變的特性，禁止壓縮機停轉后三分鐘內再次啟動，以避免壓縮機由運轉進入停止而立即再轉入運轉時，由于制冷系統平衡時間太短，壓縮機啟動力矩、電流增大，啟動困難頻繁動作后，易燒壞壓縮機。

    首次開機或停機時間較長后再開機時，因電容 C1的兩端電壓通過R2全部放掉而為0V，使開機瞬間C1兩端電壓為0V，并通過V1將CPU的3min延時腳鉗位于低電壓，CPU據此判斷不需要進行三分鐘延時，可立即啟動壓縮機工作。

    空調器因某種原因停電后短時間（≤3min）又供電時，因電容C1容量、R2阻值均較大，放電時間長（大約3min），C1在上次開機時＋5V電源通過R1，V對它充有的電荷還沒放完仍有一定電壓，使V1截止，CPU的3min腳電壓仍由＋5V通過R1提供為高電平，CPU據此延時3min后才令cm腳輸出壓縮機運行指令。

（2）三極管驅動式
    如圖4－19所示，由壓縮機、運轉電容、過載保護器、RLY1壓縮機繼電器、驅動管三極管VTI，CPU，V1等3min延時器件等組成。
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    當CPU的CM輸出＋7V高電平時，通過隔離電阻R33，對VT1的b極提供0.7V高電平，VT1飽和導通，對RLY1的線圈提供回路，線圈流經電流形成磁場，吸動觸點開關閉合，接通壓縮機的220V供電回路，壓縮機開始運轉。壓縮機回路：220V L→FUSE1→RLY1→過載保護器→壓縮機及運轉電容、220V N。

    RC1阻容器件負責消除尖脈沖，避免壓縮機停轉時形成的反峰高壓損壞壓縮機。

    C1，V1，R1，R2組成3min延時電路，以保證壓縮機停轉3min后才能再次啟動運轉。

    3．電腦板＋交流接觸器組成的壓縮機電路

    如圖4－20所示，由壓縮機、運轉電容、交流接觸器、RLY1壓縮機繼電器、倒相驅動器ULN2003，CPU，3min延時器件C1等組成。這種電路應于分部柜空調器。
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    當室內機電腦板上的CPU執行壓縮機運行程序時，由CM腳輸出高電平，經ULN2003倒相放大后變成低電平，驅動RLY1觸點閉合，使220V L經→RLY1→信號控制端子板的CM腳→交流接觸器的線圈K→220V N，構成回路，交流接觸器的線圈流經電流，形成磁場，吸動觸點閉合接通Al，A2腳，從而接通壓縮機的220V供電電路，壓縮機開始運轉。
壓縮機回路：220V L→交流接觸器的A1，A2腳→壓縮機及運轉電容→220V N。

4.3.2三相電壓縮機電路
    如圖4－21所示，由三相電壓縮機、交流接觸器、KB相序檢測器、RLY1壓縮機繼電器、倒相驅動器ULN2003、CPU、3min延時器件C1和R1等組成。
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    當KB相序檢測器檢測到R、S、T三相電的相序正確時，其內部觸點閉合接通C、A腳。這樣，在室內機的CPU執行壓縮機運行程序由CM輸出高電平時，被ULN2003倒相放大后由OUTI輸出低電平，驅動RLYI觸點閉合，通過接線端子板的CM腳，接通交流接觸器的線圈K回路，K形成磁場，吸動三組觸點閉合，分別接通L1與T1腳、L2與T2腳、L3與T3腳，將過T相電、S相電、R相電，送壓縮機的T、S、R端子，壓縮機開始運轉。

    交流接觸器線圈回路：室內電源插頭的220V L→R1.Y1→KB的C、A端→交流接觸器的K，室外機三相電電源的N端。

    V1，R1，R2，C1負責通電壓縮機延時3min啟動。CPU通過檢測3MIN DELAY電壓高低，確定壓縮機再次啟動是否需要延時3min，如果為＋5V高電平則延時分鐘，如果為0. 1 V以低電平，在接收開機指令后可立即啟動壓縮機，不需要延時。