CN102305450A - 提高空调器制冷季节能源消耗效率方法、变频控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供提高无氟直流变频空调器的制冷季节能源消耗效率的方法，在空调器处于额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片依据检测计算出的压缩机的转子运转位置，控制变频模块对压缩机的动转矩进行补偿，以及依据检测计算出的压缩机的运行频率与目标频率的比较结果，控制变频模块以提高压缩机运行频率的精度；在空调器处于额定制冷模式时，通过室外主板微电脑芯片的控制关闭变频模块中的IGBT，以关掉空调器的变频电源的PFC控制。还提供无氟直流变频空调器的变频控制系统，具有包括关断PFC控制的模块、转矩补偿模块、提高压缩机运行频率精度模块的室外主板微电脑芯片。以最大程度地提高无氟直流变频空调器的制冷季节能源消耗效率。

Description

提高空调器制冷季节能源消耗效率方法、变频控制系统

技术领域

本发明涉及以一种提高空调器的制冷季节能源消耗效率的方法、以及无氟直流变频空调器的变频控制系统。

背景技术

现有变频机额定制冷项目测试时毛细管长度确定偏向于满足额定制冷要求，SEER(制冷季节能源消耗效率)计算结果由额定制冷与额定中间制冷共同决定的，测试额定中间制冷时压缩机运行频率低，冷媒流速慢，冷媒流过以额定制冷为标准确定的毛细管进行降压节流，以较高的蒸发温度进入蒸发器，这样换热温差变小，制冷能力不足。现电控对压缩机低频运转控制采用根据负荷力矩调整施加变力矩的方法，这样会增加机器的功耗，不符合目前空调技术节能化的趋势。目前PFC的开启是由整机电流的大小决定的，并且在整机电流低于开启电流标准时PFC仍然处于开启状态，增加了机器的功耗。目前普遍的外电控检测控制压机运行频率的精度为1Hz。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高空调器的制冷季节能源消耗效率的方法、以及无氟直流变频空调器的变频控制系统，以最大程度地提高空调器的制冷季节能源消耗效率。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种提高空调器的制冷季节能源消耗效率的方法，该空调器为无氟直流变频空调器，在空调器处于额定中间制冷模式时，空调器的室外主板微电脑芯片，依据检测计算出的压缩机的转子运转位置，控制空调器的变频模块对压缩机的动转矩进行补偿，以及依据检测计算出的压缩机的运行频率与目标频率的比较结果，控制变频模块以提高压缩机的运行频率的精度；以及在空调器处于额定制冷模式时，通过空调器的室外主板微电脑芯片关闭变频模块中的IGBT，以关掉针对空调器的变频电源的PFC控制。

优选地，在空调器处于额定中间制冷模式时，还可以如上所述关掉PFC控制。

优选地，所述的对压缩机的动转矩进行补偿，包括：室外主板微电脑芯片将反馈的压缩机的运行相电流状态来计算出压缩机的转子运转位置，并向变频模块输入带有位置修正系数的PWM信号，从而补偿压缩机的动转矩。

优选地，所述的提高所述压缩机的运行频率的精度，包括：室外主板微电脑芯片将反馈的压缩机的运行相电流的周期性变化频率与预定的频率值进行计算比较，以判断压缩机的运行频率与目标频率的差值是否满足精度要求；以及当压缩机的运行频率与目标频率的差值不满足要求时，改变变频模块输出的驱动压缩机的直流电机的三相电流的周期与大小，从而改变压缩机的运行频率以满足精度要求。

优选地，空调器以毛细管为节流元件，并且毛细管的内部直径为1.4mm，长度为选自大于等于550mm和小于等于650mm范围内的任一数值。

优选地，毛细管的内部直径为1.4mm，长度为580mm。

另一方面，本发明还提供一种无氟直流变频空调器的变频控制系统，具有室外主板微电脑芯片，室外主板微电脑芯片包括：关断PFC控制的模块：在空调器处于额定制冷或额定中间制冷模式时，通过关掉空调器的变频模块中的IGBT，以关断针对空调器的变频电源的PFC控制；转矩补偿模块：在空调器处于额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片根据反馈的所述压缩机的运行相电流状态来计算出压缩机的转子运转位置，并向所述变频模块输入带有位置修正系数的PWM信号，以补偿压缩机的动转矩；提高压缩机运行频率精度的模块：在空调器处于额定中间制冷模式时，当压缩机的运行频率与目标频率的差值不满足精度要求时，改变变频模块输出的驱动压缩机的直流电机的三相电流的周期与大小，从而改变压缩机的运行频率以满足精度要求。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

通过对毛细管组的方案改进，通过对外电控转矩补偿控制与PFC开关控制，提高压缩机运行频率精度控制等方案的优化，降低空调器的消耗功率，提升空调器的制冷量，从而提高无氟直流变频空调器的SEER值；

进一步，本发明的方法、以及变频控制系统使得无氟直流变频空调器的性能得以提高，能够以最优的系统满足国标要求，不仅使电控控制更加智能化，而且降低了空调器的消耗功率，减少原材料的使用，提升产品市场竞争力。

附图说明

图1示意性地示出了提高压缩机运行频率精度的原理框图。

具体实施方式

本发明的提高无氟直流变频空调器的制冷季节能源消耗效率的方法，包括：

(一)对于在空调器中用作节流元件的毛细管，加长其长度以提高SEER的值

对于使用毛细管作为节流元件的无氟直流变频空调器，毛细管规格的选择对其系统稳定运行与性能保证有着重要影响。过冷管组匹配的重要原则是，在满足额定制冷要求情况下，使毛细管长度最大程度上满足额定中间制冷对系统冷媒流量与节流状态的要求。

目前内销标称制冷量为3500W三级无氟直流变频机，根据大量实验对比测试验证，制冷时毛细管规格在550mm-650mm之间(内部直径为1.4mm)时，变频空调器的SEER得以提高。

以毛细管规格为2.7*1.4*550为改进前的比较例，以毛细管规格为毛细管规格2.7*1.4*580为改进后的本发明示例，按照如下实验条件得到并计算出下表1中所示的、额定制冷模式和额定中间制冷模式下的实验数据。

其中，实验模式为GB/T7725-2004规定的T1气候下的额定工况：室内干湿球温度：27℃/19℃；室外干湿球温度：35℃/24℃。实验室：焓差实验室。实验机器：海尔标称制冷量为3500W三级无氟直流变频机。

表1

表1中各参数含义：能力(W)：是在各温度区间的有效使用时间内，空调器制冷能力之和；功率(W)：是在各温度区间的有效使用时间内，空调器制冷消耗功耗之和；EER(W/W)：是空调器的制冷性能系数，也称能效比，表示空调器的单位功率制冷量；SEER(W/W)：制冷季节能源消耗效率；毛细管规格：外直径*内直径*长度，例如2.7*1.4*550表示：外部直径为2.7mm、内部直径为1.4mm、长度为550mm，2.7*1.4*580表示：外部直径为2.7mm、内部直径为1.4mm、长度为580mm。

从表1的实验数据可知，通过加长毛细管，SEER提高0.08W/W。

(二)在额定中间制冷模式时进行转矩补偿

无氟直流变频空调器中，压缩机的工作过程由吸气-＞压缩-＞排气-＞吸气的循环过程组成的，而在每个阶段中转子的受力是不相等的，特别是在单转子压缩机这种受力不平衡更加突出。无力矩控制时，尤其是低频时，当压缩机负荷大时可能施加的力矩反而小，负荷小时可能施加的力矩反而大，表现为压缩机的震动大。若完全根据负荷力矩调整施加力矩，会增加机器的功耗。

基于低频运转时压缩机振动大的特点，本发明在空调器处于额定中间制冷模式时，对压缩机的动转矩进行补偿。具体而言，室外主板微电脑芯片根据反馈的压缩机的运行相电流状态来计算出压缩机的转子运转位置(即，压缩机的运行位置)，并向变频模块输入带有位置修正系数的PWM信号，从而补偿压缩机的动转矩，使得压缩机时刻平稳运转。采用上述的转矩补偿，能保持压缩机的动转矩在每个检测位置对应一定的值(即，恒力矩控制)，既能减少低频震动又减少了耗功，变频空调器的SEER进一步得以提高。

以无转矩补偿为改进前的比较例，以有转矩补偿为改进后的本发明示例，在毛细管规格均选为表1中的2.7*1.4*580的情形下，以及在与表1相同的实验条件下进行测试，得到如下表2的数据：

表2

从表2的实验数据可知，通过测试额定中间制冷时增加转矩补偿控制，SEER提高0.02W/W。

(三)关断PFC控制

无氟直流变频空调器的变频电源通过PFC的控制，能保证供给压缩机电压为高电压，这样能使压缩机运行高频。为了进一步提高SEER的值，本发明在额定制冷模式或额定中间制冷模式下，关断PFC控制。

具体而言，室外主板微电脑芯片接收到室内电控主板信号后进行处理判断，若信号为额定制冷或额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片向IPM中驱动电抗器的IGBT发送状态不变的PWM信号，使IGBT不工作，从而关闭PFC控制，即关闭了空调器的变频电源的PFC控制；若信号不是额定制冷和额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片向驱动电抗器的IGBT发送状态周期规律变化的信号，使IGBT驱动电抗器工作。

在额定制冷与额定中间制冷模式时，压缩机运行频率为中和低频率，在关掉PFC控制时能保证供给压缩机电压运行目标频率。因变频模块(即，IPM)中驱动电抗器的IGBT不工作，故该元件不耗功；因电抗器为电器件，本身在运行时发热而消耗功率，所以关掉PFC控制能使空调器系统消耗功率降低，提升性能。

以“开PFC”为改进前的比较例，“关断PFC”为改进后的本发明示例，在毛细管规格均选为表1中的2.7*1.4*580的情形下，以及在额定中间制冷模式下均采用转矩补偿的情形下，基于与表1相同的实验条件下进行测试，可以得到如下表3的数据。

表3

从表3的实验数据可知，通过关掉PFC控制，SEER提高0.06W/W。

(四)提高压缩机运行频率精度的控制

目前普遍的外电控检测控制压机运行频率的精度为1Hz，为提高空调器的能源消耗效率，使压缩机运转更加高效，有必要提升检测与控制压缩机运行频率的精度。

本发明在空调器处于额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片，依据检测计算出的压缩机的运行频率与目标频率的比较结果，控制变频模块以提高压缩机运行频率的精度。具体而言，室外主板微电脑芯片将反馈的压缩机的运行相电流的周期性变化频率与预定的频率值进行计算比较，以判断压缩机的运行频率与目标频率的差值是否满足精度要求，当不满足精度要求时，改变变频模块输出的驱动压缩机的直流电机的三相电流的周期与大小，从而改变压缩机的运行频率以满足精度要求；当满足要求时则不用改变所述的三相电流的周期与大小。

更为详细地，参见图1：室外主板微电脑芯片接收到室内电控主板信号后按照EE(数据存储器)中写定的频率进行处理，向变频模块发送相应的PWM控制信号，该信号经变频模块处理后，通过U V M三相相电流输入压缩机，压缩机按照指定的信号运行并同时向微电脑芯片反馈检测相电流，以保证压缩机的运行频率按照目标频率运行，即，使压缩机的运行频率与目标频率之间的差值精度达到要求的精度。

以没有采用提高压机运行频率精度的方案为改进前的比较例，以采用压机运行频率精度的方案为改进后的本发明示例，其中，毛细管规格均选为表1中的2.7*1.4*580的情形下，采用了在额定中间制冷模式下进行转矩补偿的方案，以及采用了在额定中间制冷或额定制冷模式时关断PFC控制的方案，然后基于与表1相同的实验条件下进行测试，得到如下表4的数据。

表4

从表4的实验数据可知，在额定中间制冷模式下，将压缩机运行频率的精度从1HZ提高到0.5Hz，SEER提高0.02W/W。

比较表1-表4可知，通过系统匹配方案的改进与变频控制方案的优化，降低空调器的消耗功率，提升空调器的制冷量，使得额定制冷与额定中间制冷能效最优，从而将SEER值由3.77W/W提高到3.95W/W，能效等级由四级提升到三级。

另一方面，本发明还提供一种无氟直流变频空调器的变频控制系统，具有室外主板微电脑芯片，该室外主板微电脑芯片，包括：(1)关断PFC控制的模块：在空调器处于额定制冷或额定中间制冷模式时，通过关掉空调器的变频模块中的IGBT，以关断针对空调器的变频电源的PFC控制；(2)转矩补偿模块：在空调器处于额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片根据反馈的压缩机的运行相电流状态来计算出压缩机的转子运转位置，并向变频模块输入带有位置修正系数的PWM信号，以补偿压缩机的动转矩；(3)提高压缩机运行频率精度的模块：在空调器处于额定中间制冷模式时，依据检测计算出的压缩机的运行频率与目标频率的比较结果，控制变频模块以提高压缩机的运行频率的精度，其中，当压缩机的运行频率与目标频率的差值不满足精度要求时，改变变频模块输出的驱动压缩机的直流电机的三相电流的周期与大小，从而改变压缩机的运行频率以满足精度要求。

综上，通过对毛细管组的方案改进，通过对外电控转矩补偿控制与PFC开关控制，提高压缩机运行频率精度控制等方案的优化，降低空调器的消耗功率，提升空调器的制冷量，从而提高无氟直流变频空调器的SEER值。

进一步，本发明的方法、以及变频控制系统使得无氟直流变频空调器的性能得以提高，能够以最优的系统满足国标要求，不仅使电控控制更加智能化，而且降低了空调器的消耗功率，减少原材料的使用，提升产品市场竞争力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高空调器的制冷季节能源消耗效率的方法，所述空调器为无氟直流变频空调器，其特征在于，

在所述空调器处于额定中间制冷模式时，所述空调器的室外主板微电脑芯片，依据检测计算出的所述压缩机的转子运转位置，控制空调器的变频模块对所述压缩机的动转矩进行补偿，以及依据检测计算出的所述压缩机的运行频率与目标频率的比较结果，控制所述变频模块提高所述压缩机的运行频率的精度；以及

在所述空调器处于额定制冷模式时，通过所述空调器的室外主板微电脑芯片关闭所述变频模块中的IGBT，以关掉针对所述空调器的变频电源的PFC控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述空调器处于额定中间制冷模式时，还可以如权利要求1所述关掉所述PFC控制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对压缩机的动转矩进行补偿，包括：

所述室外主板微电脑芯片根据反馈的所述压缩机的运行相电流状态来计算出所述压缩机的转子运转位置，并向所述变频模块输入带有位置修正系数的PWM信号，从而补偿所述压缩机的动转矩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提高所述压缩机的运行频率的精度，包括：

所述室外主板微电脑芯片将反馈的所述压缩机的运行相电流的周期性变化频率与预定的频率值进行计算比较，以判断压缩机的运行频率与目标频率的差值是否满足精度要求；以及

当压缩机的运行频率与目标频率的差值不满足精度要求时，改变所述变频模块输出的驱动所述压缩机的直流电机的三相电流的周期与大小，从而改变所述压缩机的运行频率以满足精度要求。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述空调器以毛细管为节流元件，并且所述毛细管的内部直径为1.4mm，长度为选自大于等于550mm与小于等于650mm范围内的任一数值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述毛细管的内部直径为1.4mm，长度为580mm。

7.一种无氟直流变频空调器的变频控制系统，用于无氟直流变频空调器，所述变频控制系统具有室外主板微电脑芯片，其特征在于，所述室外主板微电脑芯片包括：

关断PFC控制的模块：在所述空调器处于额定制冷或额定中间制冷模式时，通过关掉所述空调器的变频模块中的IGBT，以关断针对所述空调器的变频电源的PFC控制；

转矩补偿模块：在所述空调器处于额定中间制冷模式时，室外主板微电脑芯片根据反馈的所述压缩机的运行相电流状态来计算出压缩机的转子运转位置，并向所述变频模块输入带有位置修正系数的PWM信号，以补偿所述压缩机的动转矩；

提高压缩机运行频率精度的模块：在所述空调器处于额定中间制冷模式时，当所述压缩机的运行频率与目标频率的差值不满足精度要求时，改变所述变频模块输出的驱动所述压缩机的直流电机的三相电流的周期与大小，从而改变所述压缩机的运行频率以满足精度要求。

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