CN101067508A - 低电压工作定速空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

低电压工作定速空调器及其控制方法，其特征是控制电路包括室内电机转速控制电路、压缩机过流保护电路、在压缩机运行电容上并联设置辅助启动器PTC、在电源变压器T的次级设置一组电网压检测抽头作为电网电压检测端口、室外电机绕组设置有至少两个不同的转速档接口电路，对应于不同的电网电压，室外电机绕组通过不同接口上的继电器接入在对应的转速档接口电路上。本发明空调器能在180V、甚至更低的电压条件下正常启动并保持运行；电网波动时能避免出现异常噪音；电压过低时主动停机保护，并能在电压恢复之后快速自动恢复正常运行。

Description

低电压工作定速空调器及其控制方法

                            技术领域

本发明涉及空调器，更具体地说尤其是作为家用电器的定速空调器及其控制方法。

                            背景技术

电力紧张和乡镇电网不稳定的客观问题的存在，使定速空调器在一些地区的使用状况不尽如人意。已有的定速空调器，其室外电机均为一档转速控制，虽然在220V、50Hz的额定电源下能有一个稳定的转速，但随着电压的变化，其转速也将出现大范围的波动，导致电网电压高进室外电机噪音过大；而在电网电压低时，室外电机转速过低，散热效果差，致使普通定速空调器在炎热的夏季，因电网的波动、以及用电高峰电压偏低而不能正常制冷，出现频繁“跳机”现象。同时，由于目前使用的定速空调器多设有“系统保护”功能，当出现跳机后，因判断空调制冷效果不好，往往会投入停机保护，即使电压恢复正常，却也不能自动重新投入工作，这种情况极大地影响了空调的使用效果。

                            发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种低电压工作定速空调器及其控制方法，该空调器应能在180V、甚至更低的电压条件下正常启动并保持运行；在电网波动时能避免出现异常噪音；能在电压过低时主动停机保护，并能在电压恢复之后，快速自动恢复正常运行。

本发明解决技术问题采用如下技术方案。

本发明低电压工作定速空调器，由室内机、室外机、制冷系统以及相应的控制电路构成；本发明的结构特点是其控制电路包括有：

室内电机转速控制电路，由过零检测电路、电机驱动电路及转速反馈电路构成；所述过零检测电路由整流桥采样全波整流信号，以三极管Q₂、电阻R₄₇及电容C₁₉组成过零信号整形电路，以室内电机M₁的内置霍尔元件作为电机转速检测信号，以可双向导通的可控硅U₇作为控制电机转速的执行元件；过零检测电路输出信号在电机驱动电路中经光电耦合器U₈耦合至用于控制可控硅U₇导通角的双向可控硅U₇的控制端；

压缩机过流保护电路，以电流互感器TR₁为压缩机过流检测元件，以可控制压缩机启停的继电器RL₃作为执行器件，设置过流保护电路的保护电流值小于压缩机内置或外置的热保护器的保护电流值；

在压缩机运行电容上并联设置辅助启动器PTC；

在电源变压器T的次级设置一组电网压检测抽头作为电网电压检测端口；

室外电机绕组设置有至少两个不同的转速档接口电路，对应于不同的电网电压，室外电机绕组通过不同接口上的继电器接入在对应的转速档接口电路上；

本发明的结构特点也在于设置室外机冷凝器的外盘温度传感器RT₂，以所述外盘温度传感器RT₂的温度检测信号作为室外电机接入在不同转速档接口电路的转换控制信号。

本发明低电压工作定速空调器控制方法的特点是：

控制室内电机转速可调，在电网电压变化时，调节电机驱动电路中的可控硅的导通角以稳定室内电机的转速；

控制室外电机不同转速档可变换，在不同范围的电网电压下，和/或在外机冷凝器不同的的外盘温度下，室外电机工作在不同的转速档上；

控制压缩机过流保护，在系统热保护器投入保护之前，以低于热保护器的保护电流值投入压缩机的停机过流保护，并在投入保护之后的设定时间自动完成压缩机的重新启动。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明由于对室内电机设置了转速控制电路，通过闭环控制，使室内电机在高电压下，转速不上升，噪声不增加；在低电压下，转速不变低，低电压制热工况下，空调器的制热效果不变差。

2、本发明对压缩机设置了过流保护装置，并增加并联设置在压缩机运行电容上的辅助启动器PTC。基于这一电路结构，当出现压缩机过流保护后，能快速、自动恢复正常运行；在电压过低时主动实现停机保护，避免压缩机过负荷工作。并能在电压恢复之后，快速自动恢复正常运行。解决了普通定速空调器“跳机”后难以自行启动的难题。

3、本发明由于设置了电网电压检测端口及对室外电机设置多档设置，通过控制，使室外电机在不同的电网电压下，工作在不同的档位，解决了电压对转速的影响。

4、本发明通过设置室外机冷凝器的外盘温度传感器，使室外机在不同的工况下工作在不同的转速档，解决了环境对冷凝效果的影响。有效地减小了压缩机在恶劣工况下的负荷；增加了压缩机在低电压工作的适应能力；在电网波动时电机能避免出现异常噪音。

5、本发明适应电压范围宽、适应电网波动能力强、工作稳定可靠，极有利于产品市场的拓宽。

6、本发明不改变已有定速空调器的系统结构，通过控制电路的适当调整即可实现，易于实施。

                            附图说明

图1为本发明制冷系统示意图。

图2为本发明过零信号检测电路原理图。

图3为本发明室内电机驱动电路原理图。

图4为本发明室内电机转速反馈电路原理图。

图5为本发明压缩机过流检测电路原理图。

图6为本发明电网电压检测与室外电机多档转速驱动电路原理图。

图7为本发明室外电机电压——转速关系转换表。

图8为本发明外盘传感器温度采集电路原理图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述：

                            具体实施方式

参见图1，按常规的系统设置，本实施例由室内机、室外机、制冷系统以及相应的控制电路构成；制冷时，制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至室外机换热器；同时室外侧轴流风扇吸入的室外空气流经室外机换热器，带走制冷剂放出的热量，使高压、高温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过节流毛细管降压降温流入室内机换热器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量；同时室内侧贯流风扇使室内空气不断进入室内机换热器的肋片间进行热交换，并将放热后的变冷的气体送向室内。如此，室内外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。制热时，利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室内空气的，低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压制冷剂气体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀来改变制冷剂的循环方向，使原来制冷工作时做为蒸发器的室内机换热器变成制热时的冷凝器，原来制冷工作时做为冷凝器的室外机换热器变成制热时的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。

本实施例相应设置的控制电路包括：

图2所示，设置过零检测电路，在整流桥路中采样全波整流信号，经过三极管Q2及电阻R47、电容C19组成整形电路，以整形成脉冲波Crossing接入CPU外部中断口，触发外部中断。

图3所示，设置室内机电机驱动电路，CPU产生一个触发脉冲DRIVE FAN1，经光电耦合器U8耦合至双向可控硅U7的控制端，使可控硅U7导通。

图4所示，设置室内电机转速反馈电路，室内电机M1运转后，电机内置的霍尔元件HALL输出3个脉冲/转，经三极管Q1整形为方波，送入CPU外部中断口，CPU对送入的脉冲进行计数，从而实现对风速的测量。

图2、图3、图4构成了室内电机转速控制电路。过零检测电路(图2所示)在整流桥路中采样全波整流信号，经过三极管Q2及电阻R47、电容C19组成整形电路，整形成脉冲波Crossing接入CPU外部中断口，可以触发外部中断。CPU在中断处理子程序中，打开内部定时器的定时功能，比如定时4ms，4ms后由CPU产生一个触发脉冲DRIVE FAN1，送入电机驱动电路(图3所示)，经光电耦合器U8耦合至双向可控硅U7的控制端，使可控硅U7导通。AC220V给室内电机M1供电。室内电机M1运转后，电机内置的霍尔元件HALL输出3个脉冲/转，送入转速反馈电路(图4所示)，再经三极管Q1整形为方波，送入CPU外部中断口，CPU对送入的脉冲进行计数，从而实现对风速的测量。并与CPU内部设定的相应转速的脉冲数进行比较，调整内部定时器的定时时间。通过定时时间的改变可以控制AC220V在每半个周期内的导通时间，从而控制室内电机M1的转速。

图5所示，设置压缩机过流保护电路及并联设置在压缩机运行电容上的辅助启动器PTC，以电流互感器TR1为压缩机过流检测元件，以可控制的继电器RL3作为执行器件，设置电路保护电流值小于压缩机内置或外置的热保护器的保护电流值。TR1检测压缩机控制线COMP上电流的变化情况。当电流突然增大时，电流互感器输出电流也随之增大，经过二极管D2整流、电流/电压转换、低通滤波，从AD2端输出直流电压信号。CPU通过对AD2端电压的AD转换、采集来感知压缩机电流的变化，当AD2端的电压过高时，超出设定的保护电流值，CPU切断压缩机控制继电器的的控制信号COMPRESSOR。从而实现了对压缩机的保护。参考压缩机规格书和各种试验数据，确定一个保护电流值，主动实现对压缩机停机保护，并在软件中设置过流保护发生后，间隔一段时间自动重新启动的功能。

辅助启动器PTC的设置，能够有效提高压缩机的启动转矩，减小启动电流，使压缩机更易于启动。

图6所示，设置电网电压检测端电路，是在电源变压器的次级设置一组电网压检测抽头。单独设立的电网电压检测抽头(图6)最大程度地减小了负载对检测精度的影响。从变压器T次级3、4端输出的电压经二极管D4整流，电容C13滤波后，从AD1端输出直流电压信号，CPU通过对AD1端电压的AD转换、采集来感知电网电压的变化。

设置室外电机多转速档接口，根据电网电压选择接入的高速档H、中速档M或低速档L多档接口。当电网电压变化时，根据图7的电压——转速转换关系表，对室外电机的转速进行控制。当电压上升时，大于dy2时，CPU输出MID信号(图6)，经三极管Q4驱动，继电器RL6得电吸合，室外电机中速档M接通，大于dy4时，CPU输出LOW信号，经三极管Q5驱动，继电器RL7得电吸合，室外电机低速档L接通；当电压下降时，小于dy3时，CPU输出MID信号，室外电机中速档M接通，小于dy1时，CPU输出HIGH信号，经三极管Q3驱动，继电器RL5得电吸合，室外电机高速档H接通。

图8所示，具体实施中，还可以在室外机冷凝器上再设置外盘传感器，增加外盘传感器温度采集电路，将NTC热敏电阻RT2的变化转换为电压变化，从AD3端输出直流电压信号。CPU通过对AD3端电压的AD转换、采集来感知室外冷凝温度的变化，室外电机的控制方式包括在制冷情况下，当AD3端的电压过高时，超出设定值，室外电机接入高速档接口，当AD3端的电压过低时，低于设定值，则室外电机接入低速档接口；制热时反之。

实施例：

在分体壁挂式空调器KFR-3211GW/D、KFR-3201GW/D机型上进行实施，室内显示分别采用LED模块、LED灯两种显示方式。根据实验，在排气温度为100℃时，压缩机内置保护器在的动作电流约为9A，因此，将过流保护值设定为8.1A，以便可靠实施保护。

过流保护动作方式：压缩机电流大于8.1A并持续5秒，停压缩机，在设定的时间之后，如9分钟后重新开启。根据电控板上电压检测口检测到的输入电压，当输入电压上升，大于200V时，室外电机降为中速运行；大于227V时，室外电机降为低速运行；当输入电压下降，小于223V时，室外电机升到中档运行；小于196V时，室外电机升到高档运行。在电网电压低于一定值时，通过显示屏的显示，提醒用户此时家中电压过低，在电压高于一定值时，提醒用户电压过高，注意防止家用电器损坏；

室外电机三档转速设计。在压缩机电容上并联一辅助启动器PTC，采用额定电压为200～220V的压缩机。

老化试验证明，其在170V以上电压，能正常稳定工作，工作电压远远低于国标规定的187V，当电压波动过低时，电控板的过流检测电路每次均能提前压缩机内置的热保护器动作，为几分钟后的再次正常工作提供了保证，避免了压机内置保护器断开，40～60分钟后才能正常工作的麻烦。辅助启动器PTC的加入，减小了压机的启动电流，避免了压机内置保护器在启动的瞬间，因电流过大而跳开，保证了压机每次均能正常启动(即使在低电压下)。

Claims (3)

1、低电压工作定速空调器，由室内机、室外机、制冷系统以及相应的控制电路构成；其特征是所述控制电路包括：

室内电机转速控制电路，由过零检测电路、电机驱动电路及转速反馈电路构成；所述过零检测电路由整流桥采样全波整流信号，以三极管Q₂、电阻R₄₇及电容C₁₉组成过零信号整形电路，以室内电机M₁的内置霍尔元件作为电机转速检测信号，以可双向导通的可控硅U₇作为控制电机转速的执行元件；过零检测电路输出信号在电机驱动电路中经光电耦合器U₈耦合至用于控制可控硅U₇导通角的双向可控硅U₇的控制端；

压缩机过流保护电路，以电流互感器TR₁为压缩机过流检测元件，以可控制压缩机启停的继电器RL₃作为执行器件，设置过流保护电路的保护电流值小于压缩机内置或外置的热保护器的保护电流值；

在压缩机运行电容上并联设置辅助启动器PTC；

在电源变压器T的次级设置一组电网压检测抽头作为电网电压检测端口；

室外电机绕组设置有至少两个不同的转速档接口电路，对应于不同的电网电压，室外电机绕组通过不同接口上的继电器接入在对应的转速档接口电路上。

2、根据权利要求1所述的低电压工作定速空调器，其特征是设置室外机冷凝器的外盘温度传感器RT₂，以所述外盘温度传感器RT₂的温度检测信号作为室外电机接入在不同转速档接口电路的转换控制信号。

3、一种低电压工作定速空调器的控制方法，其特征是：

控制室内电机转速可调，在电网电压变化时，调节电机驱动电路中的可控硅的导通角以稳定室内电机的转速；

控制室外电机不同转速档可变换，在不同范围的电网电压下，和/或在外机冷凝器不同的的外盘温度下，室外电机工作在不同的转速档上；

控制压缩机过流保护，在系统热保护器投入保护之前，以低于热保护器的保护电流值投入压缩机的停机过流保护，并在投入保护之后的设定时间自动完成压缩机的重新启动。

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