CN101110562A - 一拖多空调器及其运转控制方法 - Google Patents

Abstract

一种一拖多空调器及其运转控制方法，一拖多空调器是由多个室内机和与所有室内机相连接的一个室外机构成，室外机包括，二极管整流电路；小容量滤波电容器C_S；接收上述被整流的电压，并将3相交流电流施加到电机的变频器；以及控制变频器的控制部构成的压缩机控制模块，其压缩机控制模块还设置有，连接在二极管整流电路与滤波电容器C_S之间增高被整流电压的电压上升部，以及连接在电压上升部与变频器之间的电压感知部。空调器的运转控制方法，包括：将电机的运转频率与设定的基准频率进行比较的阶段；根据比较结果，增高被整流电压的阶段；根据增高的电压，控制变频器的阶段。本发明的无需使用大容量的整流电容器，也能够根据所希望的功率使电机驱动。

Description

一拖多空调器及其运转控制方法

技术领域

本发明涉及一种一拖多空调器。特别是涉及一种通过另外单独的手段增高供给到变频器的电压，由此在使用小容量电容器的同时能够产生所希望的电机功率的一拖多空调器及其运转控制方法。

背景技术

一般来讲，空调器是以制冷/热室内空气或者净化室内空气为目的，使室内环境维持舒适状态的装置。在具有多个相互独立的室内空间的大型建筑物中，广泛使用着由分别设置在相互独立的各室内空间，通过利用冷媒的气化热制冷室内空气的多个室内机，和将在各室内机气化的冷媒重新转换成低温低压状态的一个或一个以上的室外机构成的一拖多空调器。

图1是现有一拖多空调器的构成示意图。如图1所示，一拖多空调器由多个室内机1a、1b、1c和该多个室内机1a、1b、1c所共享的一个室外机1构成，多个室内机1a、1b、1c通过引导各自冷媒流动的冷媒排管2与室外机1相连接。

例如，室内机1a、1b、1c设置在室内，与室内机1a、1b、1c相连接而引导冷媒循环的室外机1设置在各层的墙外或者阳台上。

图2是现有技术室外机的压缩机控制电路构成示意图。

如图2所示，压缩机控制电路10，由供给常用交流电源的交流电源供给部R、S、T；对交流电源进行整流的二极管整流电路11；起初接通电源时，能够防止冲击电流的冲击电流防止电路S1、S2、R1；使被整流的电压平滑的整流电容器C；当切断电源时，将蓄积在整流电容器C上的电压释放的放电电路R2、S3；使被整流的电压根据PWM信号进行变换，而将3相电压输出到电机13的变频器12；以及控制冲击电流防止电路S1、S2、R1和放电电路R2、S3的控制部14构成。压缩机控制电路10还设置有根据被整流的电压产生PWM信号的PWM生成部(未图示)。

压缩机控制电路10，当初始接通电源时，控制部14控制断开(Off)冲击电流防止电路的电磁开关S1、S2，由此使初始电源接通到整流电容器C，并通过电阻R1使之缓慢充电，以此防止冲击电流。为了防上冲击电流及整流，整流电容器C需要使用具有数千μF容量的大容量电容器。

整流电容器C被完全充电后，即，经过了相当长时间以后，控制部14控制接通(On)电磁开关S1、S2，由此使被整流的电压供给到变频器12。此时，电磁开关S3保持断开(Off)状态。

当切断电源时，控制部14为了防止充电于整流电容器C里的充电电压被供给到变频器12，而断开(Off)电磁开关S1、S2，接通电磁开关S3，由此使被充电的电压消耗在电阻R2上而进行放电。

但是，现有技术的压缩机控制电路，由于具有整流电容器，因此需要追加设置为了构成冲击电流防止电路的电阻R1及电磁开关S1、S2，和为了构成放电电路的电阻R2及电磁开关S3。具备于现有的驱动电路中的这些元件(整流电容器、电阻、开关等)，不仅费用昂贵，而且在电路中所占据的体积也相当大，因此不利于电路的最小化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种不必使用大容量的整流电容器，也能够以所希望的功率驱动电机的一拖多空调器及其运转控制方法。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种以一定大小增高施加于变频器的电压，由此补偿PWM信号而执行正确控制的一拖多空调器及其运转控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种一拖多空调器及其运转控制方法，一拖多空调器，由多个室内机和与所有室内机相连接的一个室外机构成，室外机包括，由对交流电源进行整流的二极管整流电路；平滑被整流电压的小容量滤波电容器C_s；接收上述被整流的电压，并将3相交流电流施加到电机的变频器；以及控制变频器的控制部构成的压缩机控制模块，其压缩机控制模块还设置有，连接在二极管整流电路与滤波电容器C_s之间，并通过控制部的控制，增高被整流电压的电压上升部，以及连接在电压上升部与变频器之间，并检测整流电压及增高电压的电压感知部，由此，当电机的运转频率大于设定的基准频率时，控制部控制电压上升部增高被整流的电压，且根据电压感知部所检测的电压，控制变频器。

所述的电压上升部，由串联于二极管整流电路和滤波电容器C_s之间的电荷蓄积部、并联于变频器的输入端，并通过控制部接通/断开，使电荷蓄积部蓄积电荷的开关三极管Tr构成。

所述的电荷蓄积部是线圈L。

被整流电压的增高大小成比于开关的接通/断开重复次数。

所述的压缩机的控制模块，在电压上升部与滤波电容器C_s之间，还设置有能够防止蓄积于滤波电容器C_s的电荷流入到电压上升部的二极管D。

控制部，根据电机的运转频率与基准频率之间的相差，控制电压上升部增高被整流的电压。

所述的控制部根据增高的电压，补偿现在的PWM信号之占空比。

所述的电压感知部，是在电压上升部与变频器的输入端之间感知电压。

所述的压缩机控制模块至少包含着串联的第1电阻和第2电阻的分压电阻部，而电压感知部连接在第1电阻与第2电阻之间。

一种一拖多空调器的运转控制方法，是用于由整流交流电源的二极管整流电路，接收被整流的电压，将3相交流电流施加到电机的变频器，控制变频器的控制部构成的室外机；及至少一个以上的室内机组成的一拖多空调器的运转控制方法，包括：将电机的运转频率与设定的基准频率进行比较的阶段；根据比较结果，增高被整流电压的阶段；根据增高的电压，控制变频器的阶段。

电机的运转频率是从变频器的输出部算定的频率。电机的运转频率还可以是设定的指令值。

所述的运转控制方法，包括：检测被整流的电压或者增高的电压的一部分的阶段。

所述的控制阶段，是根据增高的电压，补偿现在的PWM信号的占空比。

本发明的一拖多空调器及其运转控制方法，无需使用大容量的整流电容器，也能够根据所希望的功率使电机驱动。另外，本发明可以使施加于变频器的电压增高到一定的大小，由此补偿PWM信号而执行追加的正确控制。另外，本发明利用增高电压的功能，可以对电机的运转频率进行追加控制，由此解决噪音等问题。

附图说明

图1是现有一拖多空调器的构成示意图；

图2是现有技术室外机的压缩机控制电路构成示意图；

图3是本发明室外机的压缩机控制模块构成示意图；

图4是图3所示的压缩机控制模块的运转控制方法流程图；

图5a及图5b是电压增高前的电压波形和随之的PWM信号图形；

图6a及图6b是电压增高后的电压波形和随之的PWM信号图形；

其中：

21：二极管整流电路    22：变频器

23：电机              24：电压感知部

25：控制部

具体实施方式

以下，参照附图及实施例对本发明的一拖多空调器及其运转控制方法进行详细说明。但是，本发明的范围并不局限在将要说明的以下内容，本发明的范围只有被权利要求书所记载的内容所限定。

图3是本发明室外机的压缩机控制模块构成示意图。

如图3所示，压缩机控制模块20，由提供常用交流电源的交流电源供给部R、S、T；整流交流电源的二极管整流电路21；为了检测二极管整流电路21的电压的分压电阻部Ra、Rb；使被整流的电压根据PWM信号转换而将3相电压输出到电机23的变频器22；与分压电阻部Ra、Rb相连接，由此只检测被整流电压的一部分的电压感知部24；根据电压感知部24检测的电压，补偿施加于变频器22的PWM信号，由此控制变频器22的控制部25构成。

在压缩机控制模块20中将产生PWM信号的PWM生成部(未图示)或单独设置，或设置在变频器22的内部，控制部25从PWM生成部接收PWM信号而进行一定的补偿后，将该补偿的PWM信号输出到变频器22，而变频器22根据该补偿的PWM信号将被整流的电压输出到电机23。

压缩机控制模块20代替图2所示的大容量电容器C，在变频器22的输入两端并联设置小容量的电容器Cs(例如几μF)，由此从被整流的电压除去噪音，即起到滤波的作用。

具体来讲，分压电阻部Ra、Rb由至少2个串联的电阻Ra和Rb构成，并对从二极管整流电路21整流的电压进行分压。一般来讲，二极管整流电路21的整流电压在数百至数千伏特(例如500～1000V)范围之内，因此，如此之大的电压被接通到控制部25属于过电压的接通，因此需要进行分压。控制部25或者电压感知部24应该接通一定大小(例如约5V或0.2V)的电压，当常用交流电源为3相电源(220V)时，被整流的电压最大可以拥有530～1000V的高峰值，因此电阻Ra相比电阻Rb至少要拥有大于数百倍至数千倍的电阻值。

电压感知部24检测二极管整流电路21整流的电压或者其一部分。如图所示，电压感知部24为了判读被整流的电压的一部分，从分压电阻部Ra、Rb判读电压。为了保护电压感知部24或者控制部25，电压感知部24连接在电阻Ra与电阻Rb之间，由此接收电阻Rb的电压。以下，所述的电压感知部24或者控制部25所接收的被整流的电压或者所判读的电压是指被分压的电压。

通过整流电路21被整流的电压(即DC-LINK电压)，由于作为整流电容器的电容器Cs为小容量，因此具有相当大小的脉动成分。由于具有脉动成分的被整流的电压，电机电流的波形虽然整体上呈正弦波形状，但该波形本身含有多个歪曲成分。这些歪曲成分不仅会导致电机23的噪音及振动，而且还会降低电机23本身的效率，由此电耗效率也随之降低。

为了解决上述的问题，控制部25判读通过电压感知部24检测的电压，并根据下面将要叙述的第1方法及第2方法对PWM信号的脉冲宽度进行补偿。当判读时，若判读的电压具有噪音，则控制部25执行为了去除该噪音的滤波过程。例如，判读的电压是一定间隔的500V、510V、470V时，像该470V的急剧的电压降是由于噪音所导致，因此通过滤波后判读为约500V。

首先，对根据第1方法的控制部25的补偿进行说明。控制部25在一定时间段内(例如数秒)通过电压感知部24接收被整流的电压，并保存电压的最大值Vm。

一般来讲，PWM信号的频率约为16KHz，被整流的电压的频率是360Hz(常用交流电源的频率为60Hz时)，因此脉冲周期T为1/16K(秒)，所以判读以该脉冲周期T以下的间隔被整流的电压，并补偿在该脉冲周期T所产生的脉冲，这样则充分包含被整流的电压的特性。在各脉冲的上升部所判读的电压或在下降部所判读的电压，由于各脉冲宽度Td小于脉冲周期T，因此该所判读的电压之间只存在相当微小的差异，因此在两个被判读的电压中，无论使用哪一个都同样显示出被整流电压的特性。

以后，控制部25根据下面的数学公式1，对PWM生成部所产生的PWM信号，更正确地讲对各脉冲宽度进行补偿。

【数学公式1】：Td′＝Td×Vm/Vdc

其中，Td′是被补偿的脉冲宽度，Td是现在的脉冲宽度，Vm是电压的最大值(常数)，Vdc是对应于现在的脉冲宽度的电压大小。

接下来，对根据第2方法的控制部25的补偿进行说明。控制部25定义相比被整流的电压Vdc更大的常数值K，并将该常数值K与被判读电压Vdc之间的差Vd规范到一定范围N，并根据以下的数学公式2补偿对应于被判读电压Vdc的PWM生成部所产生的PWM信号的脉冲宽度Td。

【数学公式2】：Td′＝Td×N

其中，Td′是被补偿的脉冲宽度，Td是现在的脉冲宽度，N是被规范的数值。

使常数值K大于判读电压Vdc的最大值Vm，使规范的范围在0～2，由此使对应于判读电压的现在的脉冲宽度补偿为对应于判读电压的范围N。

电压差Vd是量的值，为使该电压差Vd规范为0～2，将通过以下的数学公式3进行计算。

【数学公式3】：N＝Vd/{Vd_w/2}

其中，Vd_w是电压差Vd的高峰-比-高峰值，为使N在0～2的范围之内，将Vd_w除以2。

上述的第1方法及第2方法，最终以补偿PWM信号的脉冲的方式，即以补偿PWM信号的占空比的方法控制变频器22。

如上，可以代替图2所示现有技术的大容量电容器C安装小容量的电容器Cs。

当使用小容量的电容器Cs时，控制部25利用电压感知部24感知DC连接端(A-B端)的电压变动，由此将电机的输出补偿为例如30Hz至90Hz。但是，当电机23的运转频率超过例如80Hz时，PWM的周期会具有满占空比(full duty)，因此，当大于80Hz时，不可能根据从电压感知部24接收的电压大小来补偿PWM信号。进而，当运转频率超过80Hz时，控制部25将检测电压固定为例如540V，将占空比(duty)(即，脉冲宽度)也固定为最大，随之，施加于电机23的电流波形会产生歪曲而导致噪音，这样会对室外机的特性带来严重影响。在此，电机23的运转频率是指现在电机23的检测运转频率，或者是从室外机的主控制模块接收的一定的指令值。电机23的检测运转频率可以根据指令值变化，也可以根据负荷而自动变化，因此在本说明书中所说的电机23的运转频率包括所有这些概念。

电机23的运转频率的算定，要么是安装于电机23的装置，要么是算定从变频器22施加到电机23的电流频率的装置。

因此，压缩机控制模块20，在DC连接端(A-B端)的二极管整流电路21与小容量电容器Cs之间，特别是在二极管整流电路21与分压电阻部Ra、Rb之间还设置电压上升部30。即，当电机23的运转频率大于基准频率(例如80Hz)时，控制部控制电压上升部30，使DC连接端(A-B端)的输出电压增高，由此根据该输出电压的增高，PWM信号的可补偿的脉冲宽度会增加，因此可以对电机23进行精确控制。

具体来讲，电压上升部30，包括有接收控制部25的控制信号的基极，其集电极和发射极分别连接在DC连接端(A-B端)并作为开关的晶体管Tr；和根据晶体管Tr的接通/断开(on/off)DC连接端(A-B端)的电压状态会产生变化，因此随之蓄积电荷的且作为电荷蓄积部的线圈L(电抗器)构成。晶体管Tr根据控制部25的控制信号执行接通/断开(on/off)，并根据该接通/断开(on/off)DC连接端(A-B端)的电压状态产生变化，而且根据该变化由于线圈的特性电荷会蓄积，并成为新的电源。即，被蓄积的电荷在DC连接端(A-B端)会成为追加的电压，因此成比于该蓄积的电荷，电压会增高。

另外，DC连接端(A-B端)电压状态的变化也会对电容器Cs产生影响，而电容器Cs的反映会阻挠线圈L的电荷蓄积，因此为了防止蓄积于电容器Cs的电荷流入到线圈L，在线圈L与电容器Cs之间，尤其在分压电阻部Ra、Rb与电容器Cs之间连接二极管D。该二极管D相对于电容器Cs为逆向连接，由此防止从电容器Cs流入电荷。

另外，根据被蓄积的电荷而增高的电压成比于随控制部25的控制命令所开闭的晶体管Tr的接通/断开(on/off)之开闭速度或次数而增加。在此，控制命令可以用例如脉冲的方式提供。增高的电压最终会增加施加于变频器22的电压大小，而控制部25根据该增加调整施加于变频器22的PWM信号的占空比(duty)。即，对于同样电机23的输出来讲，相比增高之前的PWM信号的脉冲宽度增高之后的PWM信号的脉冲宽度要小，因此可以根据上述的第1方法及第2方法追加补偿增高后的PWM信号的脉冲宽度，进而能够精确控制电机23的输出。所述的补偿，即是增大脉冲宽度的补偿，会使电机23的运转频率增加而提高功率。

图4是图3所示的压缩机控制模块的运转控制方法流程图。

具体来讲，在S41阶段控制部25对电机23的运转频率fc与基准频率fo进行比较。其电机的运转频率是从变频器的输出部算定的频率或是设定的指令值。若电机23的运转频率fc大于基准频率fo，则进入S42阶段；反之，由于现在状态下，也能够对PWM信号进行补偿，因此结束。

在S42阶段，控制部25控制电压上升部30，且为使电压成比于运转频率fc与基准频率fo之差而上升，生成并输出控制命令。

在S43阶段，电压感知部24检测反映有增高电压的DC连接端(A-B端)的一部分电压，之后传递给控制部25。

在S44阶段，控制部25根据从电压感知部24接收的电压，补偿PWM信号的占空比。例如，根据该电压的大小，使之补偿为相比以前的PWM信号脉冲宽度要小。

在S44阶段之后，控制部25根据上述的第1方法及第2方法追加补偿已被补偿的PWM信号之脉冲宽度，由此根据指令值精确控制电机23。

图5a、图5b是电压增高前的电压波形和随之的PWM信号图形。

如图5a所示，当电机23的运转频率达到80Hz时，使电压感知部30感知的电压固定在540V，如图5b所示，PWM信号的脉冲宽度会达到最大，而没有余地(margin)对PWM信号进行变化，由此为了追加调整频率的脉冲宽度的补偿变为困难。

图6a、图6b是电压增高后的电压波形和随之的PWM信号图形。如图6a所示，当电机23的频率大于基准频率fo时，控制部25控制电压上升部30，使电压增高一定的大小，例如增高到600V，并通过电压感知部30检测随之的电压，而补偿现在的PWM信号的脉冲宽度，即补偿占空比，由此如图6b所示，占空比的余量会显著增加。由于的增加，控制部25通过追加的PWM信号补偿，例如在80Hz以上时，也使电机23的运转保持正常。

Claims (14)

1.一种一拖多空调器，由多个室内机和与所有室内机相连接的一个室外机构成，其特征在于，室外机包括，由对交流电源进行整流的二极管整流电路(21)；平滑被整流电压的小容量滤波电容器C_S；接收上述被整流的电压，并将3相交流电流施加到电机(23)的变频器(22)；以及控制变频器(22)的控制部(25)构成的压缩机控制模块(20)，其压缩机控制模块(20)还设置有，连接在二极管整流电路(21)与滤波电容器C_S之间，并通过控制部(25)的控制，增高被整流电压的电压上升部(30)，以及连接在电压上升部(30)与变频器(22)之间，并检测整流电压及增高电压的电压感知部(24)，由此，当电机的运转频率大于设定的基准频率时，控制部(25)控制电压上升部(30)增高被整流的电压，且根据电压感知部(24)所检测的电压，控制变频器(22)。

2.根据权利要求1所述的一拖多空调器，其特征在于，所述的电压上升部(30)，由串联于二极管整流电路(21)和滤波电容器C_S之间的电荷蓄积部、并联于变频器(22)的输入端，并通过控制部(25)接通/断开，使电荷蓄积部蓄积电荷的开关三极管Tr构成。

3.根据权利要求2所述的一拖多空调器，其特征在于，所述的电荷蓄积部是线圈L。

4.根据权利要求2所述的一拖多空调器，其特征在于，被整流电压的增高大小成比于开关的接通/断开重复次数。

5.根据权利要求1所述的一拖多空调器，其特征在于，所述的压缩机的控制模块(20)，在电压上升部(30)与滤波电容器C_S之间，还设置有能够防止蓄积于滤波电容器C_S的电荷流入到电压上升部(30)的二极管D。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一拖多空调器，其特征在于，控制部(25)，根据电机(23)的运转频率与基准频率之间的相差，控制电压上升部(30)增高被整流的电压。

7.根据权利要求6所述的一拖多空调器，其特征在于，所述的控制部(25)根据增高的电压，补偿现在的PWM信号之占空比。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的一拖多空调器，其特征在于，所述的电压感知部(24)，是在电压上升部(30)与变频器(22)的输入端之间感知电压。

9.根据权利要求8所述的一拖多空调器，其特征在于，所述的压缩机控制模块(20)至少包含着串联的第1电阻和第2电阻的分压电阻部，而电压感知部(24)连接在第1电阻与第2电阻之间。

10.一种一拖多空调器的运转控制方法，其特征在于，是用于由整流交流电源的二极管整流电路(21)，接收被整流的电压，将3相交流电流施加到电机(23)的变频器(22)，控制变频器(22)的控制部(25)构成的室外机；及至少一个以上的室内机组成的一拖多空调器的运转控制方法，包括：将电机的运转频率与设定的基准频率进行比较的阶段；根据比较结果，增高被整流电压的阶段；根据增高的电压，控制变频器的阶段。

11.根据权利要求10所述的一拖多空调器的运转控制方法，其特征在于，电机的运转频率是从变频器的输出部算定的频率。

12.根据权利要求10所述的一拖多空调器的运转控制方法，其特征在于，电机的运转频率是设定的指令值。

13.根据权利要求10所述的一拖多空调器的运转控制方法，其特征在于，所述的运转控制方法，包括：检测被整流的电压或者增高的电压的部分的阶段。

14.根据权利要求10所述的一拖多空调器的运转控制方法，其特征在于，所述的控制阶段，是根据增高的电压，补偿现在的PWM信号的占空比。

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