CN101556069B - 调速装置、空调系统和空调系统的调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于空调系统的低温调速装置以及空调系统的调速方法，还涉及使用上述调速装置的空调系统。调速装置，包括压力开关，其安装在空调系统压缩机的排气管路上；斩波调速板，其进一步包括主控制器以及与主控制器连接的压力开关信号输入接口、电源电路、485通信模块、过零检测电路和电机控制信号输出模块，斩波调速板通过485通信模块与空调系统的外机主板通讯；斩波调速板通过压力开关信号输入接口接收压力开关的状态信息；所述主控制器内存储有逻辑程序，所述逻辑程序根据压力开关信号、空调系统运行时间和运行模式来控制外风机转速，所述电源电路连接空调系统的外机主板。此新型低温制冷调速装置的特点是成本低，故障率低。

Description

调速装置、空调系统和空调系统的调速方法

技术领域

本发明涉及一种应用于空调系统的低温调速装置以及空调系统的调速方法，还涉及使用上述调速装置的空调系统。

背景技术

在欧洲等很多地区，一些面包房、厨房和高级餐厅在冬天室外天气很冷的情况下仍然需要保持室内空气的舒适性，他们在仅仅通过开暖气是无法满足室内的恒温恒湿度的要求，安装普通空调又无法在低温环境下安全可靠运行，因此需要开发一种低温制冷空调来在低温环境下来调节室内的舒适性。目前国内常用的低温制冷调速装置都是采用压力传感器和温度传感器，通过检测空调器压缩机的排气压力值和室外环境温度来共同调节外风机的风量来实现低温制冷，一个压力传感器的成本在两百多元人民币，成本比较贵；一个压力开关的成本只有十几元，不仅成本大大降低，可靠性更强。

斩波调速是一种比较常见的电机调速方式，在精度要求不是很高的场合大量使用。这种调速方式开发周期短、成本低，在空调行业得到了广泛运用。另外，在制冷系统中，外风机的档位要求一般是根据特定点感温包检测到的温度由外机主板间接确定的：即感温包检测到的温度越高，外风机需要的风量越大，散热越多，制冷量也就越大。反之，温度越低，需要的风量就越小，制冷量也就越少，外风机档位要求从而得到确定。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种用于空调系统的、低成本的调速装置。

本发明的第二目的是提供一种应用上述调速装置的空调系统。

本发明的第三目的是提供一种使用上述空调系统的调速方法。

为实现上述第一目的，本发明提供如下技术方案：

调速装置，包括

压力开关，其安装在空调系统压缩机的排气管路上；

斩波调速板，其进一步包括主控制器以及与主控制器连接的压力开关信号输入接口、电源电路、485通信模块、过零检测电路和电机控制信号输出模块，斩波调速板通过485通信模块与空调系统的外机主板通讯；斩波调速板通过压力开关信号输入接口接收压力开关的状态信息；所述主控制器内存储有逻辑程序，所述电源电路连接空调系统的外机主板。

此新型低温制冷调速装置的特点是通过检测到压缩机排气管上的压力开关通断信号以及结合外风机在某风速档位上运行的时间和模式来调节外风机的转速。当检测到压力开关断开或者闭合时，调速装置中已设定好的逻辑程序根据外风机在某风速档位上运行的时间，机组运行模式和外风机挡位最终来决定提高、降低或维持外风机转速。压力开关的断开和恢复压力值可以根据不同的空调系统来选取不同的压力值。与目前国内现有的低温调速装置相比，成本降低了近200元人民币；控制方式简短，通用性更强，只用一个压力开关检测信号，无需温度传感器，也减少了由温度传感器所带来的故障率的发生。

为实现上述第二目的，本发明提供如下技术方案：

空调系统，包括连接成闭合回路的压缩机、室内换热器、室外换热器、室外机主板、外风机以及对外风机进行调速的调速装置，所述调速装置包括：

压力开关，其安装在空调系统压缩机的排气管路上；

斩波调速板，其进一步包括主控制器以及与主控制器连接的压力开关信号输入接口、电源电路、485通信模块、过零检测电路和电机控制信号输出模块，斩波调速板通过485通信模块与空调系统的外机主板通讯；斩波调速板通过压力开关信号输入接口接收压力开关的状态信息；所述主控制器内存储有逻辑程序，所述电源电路连接空调系统的外机主板。

为实现上述第三目的，本发明提供如下技术方案：

空调系统的调速方法，

首先检测空调系统的运行模式，

如果空调在制冷或除湿模式下，调速步骤如下，

(1)外风机启动时，先强制运行在最高风挡时间T1，T1为20-40秒；

(2)检测压力开关的状态，如果压力开关断开，进入步骤(3)；如果压力开关闭合，进入步骤(4)；

(3)外风机保持在最高风速挡运行时间T2，T2为40-80分钟，然后在返回步骤(2)；

(4)降低一档风速，如果已经是最低档则保持原档位，运行T1时间后进入步骤(5)；

(5)检测压力开关的状态，如果压力开关断开，进入步骤(7)；如果压力开关闭合且风速为最低档，进入步骤(6)；如果压力开关闭合且风速非最低档，返回步骤(4)；

(6)保持最低风速挡运行，并在时间T3内时刻检测压力开关的状态，T3为40-80分钟，当检测到压力开关闭合时，返回步骤(4)，但检测到压力开关断开时，进入步骤(7)；

(7)将风速档位提高一档或者两档，如果已经提高到最高档，则以最高档位运行，运行时间T4之后进入步骤(8)，T4为2-5分钟；

(8)检测压力开关的状态，如果压力开关断开且风速为最高档，返回步骤(3)；如果压力开关断开且风速非最高档，返回步骤(7)；如果压力开关闭合，进入步骤(9)；

(9)降低一档风速并保持运行时间T5，T5为40-80分钟，在时间T5内时刻检测压力开关的状态，如果压力开关断开，返回步骤(7)；如果在时间T5内压力开关一直闭合，返回步骤(4)；

如果空调系统的运行模式为制热模式：斩波调速板检测外机主板的控制信号，主板输出的信号要求外风机高或者中或者低风档运行时，调速板直接调速输出对应的高、中、低档风速给外风机；当检测到进入化霜或者防高温保护要求停外风机时，斩波调速板停止给外风机供电，即关掉外风机。

与现在技术相比，本发明的调速装置是一种专门为低温制冷空调设计的，满足空调系统在低温环境下能正常使用，使空调器的制冷可靠运行环境温度范围扩大到-15℃≤T≤43℃。普通空调器的可靠制冷运行环境温度范围为18℃≤T≤43℃，低于这个环境温度运行制冷将会出现蒸发器结霜，系统压力低，系统带液等异常现象。

附图说明

图1是本发明空调系统的原理图；

图2是斩波调速板的模块框图；

图3是本发明调速方法中空调系统在制冷或者除湿模式下的流程图；

图4是斩波调速板的电路图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，空调系统主要包括连接成闭合回路的压缩机1、室内换热器2和室外换热器3。室外机主板6和调速装置5都可以对外风机4的转速进行调节。调节外风机4的转速可以达到调节室外换热器3换热效果的目的。所述调速装置5包括压力开关51和斩波调速板52，压力开关51安装在压缩机1的排气管路上。参见图2，斩波调速板52包括主控制器521以及与主控制器连接的压力开关信号输入接口522、电源电路523、RS485通信模块524、过零检测电路525和电机控制信号输出模块526，斩波调速板52通过RS485通信模块与空调系统的外机主板通讯。斩波调速板52通过压力开关信号输入接口接收压力开关51的状态信息。主控制器521内存储有逻辑程序，该逻辑程序根据压力开关信号、空调系统运行时间和运行模式来控制外风机转速。电源电路523连接空调系统的外机主板6。主控制器521包括MCU、晶振、复位电路、上拉电阻及开关。

参见图4，斩波调速板52的各单元组成及工作流程如下：

主控制器521包括MCU、晶振、复位电路、上拉电阻及开关，所述的晶振电路、复位电路及上拉电阻和开关分别接入MCU相应管脚，

电源电路523包含依次连接的第一滤波电路、稳压电路、第二滤波电路。第一滤波电路和第二滤波电路分别包括并联的电解电容和瓷片电容，稳压电路为5V的稳压芯片，直流12V电源先经过第一滤波电路滤波，再经过5V的稳压芯片变成5V稳定直流电压信号，然后经过第二次滤波后输出平滑稳定的5V电压信号。

压力开关信号输入接口522包括滤波电路和上拉电阻，滤波电路由两个电解电容构构成，压力检测开关信号从压力检测开关输出，经过上拉电阻稳定输出信号的电平，然后经过滤波电路的滤波输出平滑的信号接入MCU的相应引脚上。

过零检测电路525包含光电耦合电路，交流电信号先串联一个二极管和一个电阻再串接到光电藕合器的输入端口上，光电偶合器的输出端口上连接到MCU的相应引脚，MCU通过计算光电偶合器导通的次数来计算正弦交流电信号周期数，

电机的信号输出电路6包含光电偶合电路、可控硅电路，光电偶合电路与限流电阻串联后接入MCU端口上，光电偶合电路第一引脚接+5V电源；光电偶合电路另外一个引脚接可控硅，光电偶合电路分别与正、反接嵌压二极管；可控硅引脚1之间并联阻容模块，在第2引脚串联差模电感L1后连接220V强电电源正极端子X1；在端子X1和可控硅引脚1之间再并入阻容模块RC1，并将可控硅引脚1接入端子X2作为电机的正极输入及电机火线；端子X5作为220V强电电源负极及电机零线；在火线和零线之间并入压敏电阻VR1、滤波电容C8、放电电阻R13。

上述调速装置5的斩波调速板52可以单独与外机主板6分开设计，如附图1，也可以和外机主板合成开发在一个PCB板上。上述调速装置5与现有的低温调速装置不同点在于没有采用传统的成本昂贵的压力传感器和温度传感器，而是采用了空调系统中常用的普通压力开关51，通过检测到压力开关的通断信号来调节外风机的转速，从而实现低温制冷功能。

例如，如果在一款空调系统上需要增加低温制冷功能，就只需要在空调系统的压缩机排气管上焊接上一个压力开关(YK-XMPa/YMPa，压力开关可根据系统的不同，匹配不同的断开压力值X和恢复压力值Y)，一般情况下，压力开关的断开压力为1.7-3.2MP，恢复压力为1.2-2.6MP，断开压力与恢复压力的差值为0.4-0.7MP。再把压力开关51的连线和外风机连接到斩波调速板52上，在低温制冷工况运行制冷时，斩波调速板52可以自动根据检测到的压力开关通断信号和已设定好的程序来调节外风机4的转速，实现低温制冷目的。

上述调速装置5的工作原理为：利用外机主板6给斩波调速板52提供+12V直流电，经过电源电路523中的稳压块后输出+5V直流电供给主控制器521和各功能电路。斩波调速板52上的过零检测电路525先检测到220V交流电源7电压的过零点，以此过零点为计数起始点，对可控硅进行开关控制，从而控制220V交流电在一个周期内对外风机4的作用时间，进而达到调节外风机4速度的目的。斩波调速板52可以根据RS485通信获得外机主板6的档位要求确定计数点数，使外风机4工作在预定的档位上，实现单一的斩波调速功能。斩波调速板52也可以根据压力开关51的开关状态和逻辑程序确定档位要求，然后做相应的外风机调速。

压力检测开关信号经过滤波电路处理输入到主控制器521的PA4-HS-引脚上，主控制器521根据压力开关51的状态再经过引脚-HS-PB4输出控制外风机4的PWM信号，信号经过光电耦合器和可控硅电路来控制外风机的转速，(交流电接到电机的H档，改变PWM信号的占空比来控制外风机的速度)，主控制器时间是通过过零检测电路525来采集计数的。比如主控制器需要延时1S，那么就主控制器需要检测过零点数N＝1/0.02＝50次就为1S，交流电为50HZ。主控制器521通过RS485总线与外机主板6进行通信，电源电路523则采用7805电源芯片输出+5V电压(+12V电源由外机主板6提供)。

斩波调速板52的硬件要求：

斩波调速板52与外机主板6间采用RS485通讯方式，并由外机主板6给斩波调速板供12V电压。

斩波调速板52上的220V电压直接由电源7提供，外风机4高风档(H档)接到斩波调速板52上，中低风档(M档和L档)不接。

斩波调速板上还可增加一个故障指示灯。

主控制器521内的逻辑程序的控制逻辑如下：

当斩波调速板52与外机主板6通讯正常时，斩波调速板52上的故障指示灯闪；当斩波调速板52与外机主板6出现通讯故障时，作停机处理，外风机4在压缩机1停后延时15秒再停，调速板上的故障指示灯常亮，(手操器报E6故障)。

当按关机键停机时，外风机4在压缩机1停后延时15秒再停。

作为一个较佳的实例，斩波调速板52将外风机转速分为6档，即最高档位转速的100％、90％、70％、50％、35％、20％风量输出，最高档为6，最低档为1，从6档到1档，风量输出不断降低。具体的控制方法入下，参见图3，

1、在制冷或除湿模式下，外风机启动时，先强制运行高风挡30秒，再根据检测到的压力开关通断来调整风档：

(1)当检测到压力开关51断开时，保持外风机4最高风档运行，1小时后再根据检测到的压力开关通断来调整风档；

(2)当检测到压力开关51闭合时，降低外风机4风速降低一档，30秒后再根据检测到的压力开关通断调整风档：如果压力开关是闭合则继续降低一档风速，直至降低风档使压力开关检测到断开为止，如果压力开关闭合且风档已降到最低风档，则保持最低风档运行1小时，当在1小时期间内无论什么时候检测到压力开关断开则迅速提高两挡风速(当然也可以提高一档风速)，3分钟后再根据检测到的压力开关通断来调整外风机风档，当保持最低风档运行1小时后检测到压力开关仍然是闭合的则保持最低风挡继续运行1小时；当检测到压力开关断开后立即提高外风机两档(也可以提高一档风速)，3分钟后再根据检测到的压力开关通断来调整外风机风档，如果仍然断开则继续提高两挡风速，如果3分钟后压力开关闭合则降低一挡风速并保持运行1小时之后返回至降风档处，当在这1小时内无论什么时候检测到开关断开则迅速提高2档风速)，如果3分钟后检测压力开关仍然断开且风档已提高到最高风档，则保持最高风档运行1小时后再返回初始状态继续检测压力开关的状态。如此往复循环。

2、在制热模式下：在此模式下不采用压力开关2对外风机进行调速，而是直接接收外机主板的控制信号来调节外风机风速。当低温调速板检测到主板输出的信号要求外风机高或者中或者低风档运行时，斩波调速板直接调速输出对应的高、中、低档风速给外风机，此输出的高、中、低风档对应在调速板上的档位可以分别为6档、4档和3档(当然也可以对应6档、4档、2档等)。当检测到空调系统进入化霜或者防高温保护要求停外风机时，斩波调速板52停止给外风机供电，即关掉外风机。

上述实例中，斩波调速板52将外风机转速分为6档，实际上，也可以分为4档、5档或者更多档位，具体设置档位的多少可根据需要设定。

当然，本发明还可以有其他简单变形。总之，根据上述实施例的提示而做显而易见的变动，以及其他凡是不脱离本发明实质的改动，均应包括在权利要求所述的范围之内。

Claims (9)

1.调速装置，其特征在于，包括

压力开关，其安装在空调系统压缩机的排气管路上；所述压力开关的断开压力为1.7-3.2MP，恢复压力为1.2-2.6MP，断开压力与恢复压力的差值为0.4-0.7MP，斩波调速板，其进一步包括主控制器以及与主控制器连接的压力开关信号输入接口、电源电路、RS485通信模块、过零检测电路和电机控制信号输出模块，斩波调速板通过RS485通信模块与空调系统的外机主板通讯；斩波调速板通过压力开关信号输入接口接收压力开关的状态信息；所述主控制器内存储有逻辑程序，所述电源电路连接空调系统的外机主板。

2.根据权利要求1所述的调速装置，

其特征在于：

电机控制信号输出模块输出PWM信号，所述PWM信号经过光电耦合器和可控硅电路控制外风机转速。

3.根据权利要求1所述的调速装置，

其特征在于：

所述斩波调速板将外风机的转速分为N档，每个档位对应外风机最大转速的不同百分比，其中N大于3。

4.根据权利要求3所述的调速装置，

其特征在于：

N＝6，其中6档至1档风别对应100％、90％、70％、50％、35％和20％的外风机最大转速。

5.空调系统，包括连接成闭合回路的压缩机、室内换热器、室外换热器、室外机主板、外风机以及对外风机进行调速的调速装置，

其特征在于：

所述调速装置包括：

压力开关，其安装在空调系统压缩机的排气管路上；

斩波调速板，其进一步包括主控制器以及与主控制器连接的压力开关信号输入接口、电源电路、RS485通信模块、过零检测电路和电机控制信号输出模块，斩波调速板通过RS485通信模块与空调系统的外机主板通讯；斩波调速板通过压力开关信号输入接口接收压力开关的状态信息；所述主控制器内存储有逻辑程序，所述电源电路连接空调系统的外机主板。

所述压力开关的断开压力为1.7-3.2MP，恢复压力为1.2-2.6MP，断开压力与恢复压力的差值为0.4-0.7MP。

6.根据权利要求5所述的空调系统，

其特征在于：

所述斩波调速板将外风机的转速分为N档，每个档位对应外风机最大转速的不同百分比，其中N大于3。

7.根据权利要求6所述的空调系统，

其特征在于：

N＝6，其中6档至1档风别对应100％、90％、70％、50％、35％和20％的外风机最大转速。

8.权利要求6所述的空调系统的调速方法，

其特征在于：

首先检测空调系统的运行模式，

如果空调的运行模式为制冷或除湿模式，调速步骤如下，

(1)外风机启动时，先强制运行在最高风挡时间T1，T1为20-40秒；

(2)检测压力开关的状态，如果压力开关断开，进入步骤(3)；如果压力开关闭合，进入步骤(4)；

(3)外风机保持在最高风速挡运行时间T2，T2为40-80分钟，然后在返回步骤(2)；

(4)降低一档风速，如果已经是最低档则保持原档位，运行T1时间后进入步骤(5)；

(5)检测压力开关的状态，如果压力开关断开，进入步骤(7)；如果压力开关闭合且风速为最低档，进入步骤(6)；如果压力开关闭合且风速非最低档，返回步骤(4)；

(6)保持最低风速挡运行，并在时间T3内时刻检测压力开关的状态，T3为40-80分钟，当检测到压力开关一直闭合时，返回步骤(4)，但在T3时间内无论何时检测到压力开关断开时，进入步骤(7)；

(7)将风速档位提高一档或者两档，如果已经提高到最高档，则以最高档位运行，运行时间T4之后进入步骤(8)，T4为2-5分钟；

(8)检测压力开关的状态，如果压力开关断开且风速为最高档，返回步骤(3)；如果压力开关断开且风速非最高档，返回步骤(7)；如果压力开关闭合，进入步骤(9)；

(9)降低一档风速并保持运行时间T5，T5为40-80分钟，在时间T4内时刻检测压力开关的状态，如果压力开关断开，返回步骤(7)；如果在时间T4内压力开关一直闭合，返回步骤(4)；

如果空调系统的运行模式为制热模式：斩波调速板检测外机主板的控制信号，主板输出的信号要求外风机高或者中或者低风档运行时，调速板直接调速输出对应的高、中、低档风速给外风机；当检测到进入化霜或者防高温保护要求停外风机时，斩波调速板停止给外风机供电，即关掉外风机。

9.根据权利要求8所述的调速方法，

其特征在于：

所述T1为30秒，T2为60分钟，T3为60分钟，T4为3分钟，T5为60分钟。

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