CN102538141A - 空调器直流风扇电机的启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空调器直流风扇电机启动控制方法，特点是包括的步骤为：用户通过空调器的遥控器或操控面板开机确定空调器运行的工作模式时；室内控制器接收到运行命令后，启动室内直流风扇电机，同时将运行命令发送给室外控制器；室外控制器接收到室内的运行命令，准备启动室外直流风扇电机；在室外直流风扇电机启动之前，室外控制器先判定室外直流风扇是否正在启动过程中；室外控制器检测室外直流风扇电机当前转速F及旋转方向D，检测空调器的工作温度，将室外直流风扇电机停止转动；室外控制器准备启动室外直流风扇电机；第一次加速完成后，室外控制器继续检测室外直流风扇电机的转速F，整个启动过程中，室外控制器一直判定室外直流风扇电机是否出现失控。其适用于直流风扇电机的启动控制，具有实用性和通用性。
Description
技术领域
本发明属于空调器直流风扇电机控制应用技术领域，具体涉及空调直流风扇电机的启动和控制方法。
背景技术
随着国家空调产品的能效要求越来越高和空调市场的竞争日趋激烈，为了提高空调产品能效水平和市场竞争力，几乎所有空调厂家均采用了直流风扇电机代替传统的交流风扇电机，直流风扇电机不仅转速调节范围更大，而且功率低，效率高。
目前直流风扇电机主要分为两种，一种为内置位置传感器的直流风扇电机，比如常用的霍尔器件；另外一种为无位置传感器的直流风扇电机。虽然内置位置传感器的直流电机控制技术简单，但是由于增加了转子位置传感器，电机成本相对较高。面对市场竞争和原材料成本压力，大部分厂家开始采用无位置传感器的直流风扇电机。无位置传感器的直流风扇电机启动前无法准确地获取电机转子位置，而且直流风扇电机的负载小，惯性大，电机的定位和启动非常困难，控制技术难度大。往往在空调产品实际复杂的工作环境中，直流风扇电机工作时容易出现启动堵转，过流等异常现象。轻则影响空调产品的性能，严重地可能损坏直流风扇电机。
目前，大部分厂家仍然采用了内置位置传感器的直流风扇电机，而少数使用无位置传感器直流风扇电机的厂家不能检测风扇电机的实际工作环境，调整风扇电机的工作启动方式，而且在风扇电机启动加速过程并未进行合理的控制，往往导致风扇电机启动时会出现大电流冲击，甚至启动失败等问题。
发明内容
为了解决空调器产品中直流风扇电机的应用问题，本发明设计出一种无位置传感器直流风扇电机的启动控制方法，实现对风扇电机启动过程的全程控制，确保无位置传感器直流风扇电机适用于在空调器的各种复杂应用环境。
一种空调器直流风扇电机启动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：用户通过空调器的遥控器或操控面板开机确定空调器运行的工作模式，完成温度、风速设定等操作；
步骤二：室内控制器接收到遥控器或者控制面板的运行命令后，该命令包含空调器的运行模式、风速信息等，启动室内直流风扇电机，同时将运行命令发送给室外控制器；
步骤三：室外控制器接收到室内控制器的运行命令，通过约定的通信协议确定空调器的工作模式、运行频率及风扇电机转速的信息，准备启动室外直流风扇电机和室外控制器外围电路；
步骤四：在室外直流风扇电机启动之前，室外控制器首先判定室外直流风扇电机是否在启动过程中，判定启动标志Mark1是否等于1，如果不等于1，则表示室外直流风扇电机第一次启动；如果等于1，表示室外直流风扇电机已经在启动过程中，则继续判定室外直流风扇电机第一阶段加速完成标志Mark2是否等于1，如果等于1，则进行以下步骤十三，否则进行步骤十四；
步骤五：室外控制器将室外直流风扇电机的磁通反馈量W与设置一固定磁通量参数W1进行比较，W1的数值范围是0.01韦伯至1韦伯，如果W>W1，则表示当前室外直流风扇电机正在旋转，如果W≤W1，则表示室外直流风扇电机当前停止；
步骤六：如果W≤W1，则转入以下步骤十二；如果W>W1，则转入以下步骤七；
步骤七：室外控制器检测室外直流风扇电机当前转速F及旋转方向D，如果旋转方向D与室外控制器初始设定的室外直流风扇电机控制旋转方向D1一致，则表示室外直流风扇电机正向旋转，反之则表示反向旋转；如果室外直流风扇电机正向旋转，则转入以下步骤九，如果室外直流风扇电机反向旋转，则转入以下步骤八；
步骤八：检测室外直流风扇电机当前为反向旋转，设置一固定风扇转速参数F1与当前检测的风扇电机转速F进行比较，F1的数值范围是100至400转/分钟，如果F≥F1，则转入以下步骤十，如果F<F1，则转入以下步骤十一；
步骤九：检测室外直流风扇电机当前为正向旋转，设置一固定风扇转速参数F2与当前检测的室外直流风扇电机转速F进行比较，F2的数值范围是50转/分钟至200转/分钟，如果F≥F2，则转入步骤十三，如果F<F2，则转入步骤十一；
步骤十，根据室外控制器的预存参数判定是否需要检测空调器的工作温度，如果参数中设置不需要检测空调器的工作温度则空调器待机；如果参数中设置需要检测空调器的工作温度，则检测当前室外温度和室内温度值；如果当前空调运行模式为制热模式，检测到的室外温度和室内温度处于室外控制器的预先设定范围则允许压缩机启动，同时返回步骤四；如果超出设定范围，则系统待机，同时返回步骤四；如果当前空调运行模式为制冷模式或者抽湿模式，检测到的室外温度和室内温度处于室外控制器的预先设定范围则允许压缩机启动，同时返回步骤四；如果超出设定范围，则系统待机，同时返回步骤四；
步骤十一，室外控制器采用零矢量刹车控制方法，使室外直流风扇电机停止转动；
步骤十二，室外控制器准备启动室外直流风扇电机，给室外直流风扇电机注入注入一定时间t和一定电流强度I的直流电流进行转子定位，时间t的范围为2-4秒，电流强度I为电机额定电流的20%至80%；
步骤十三，定位成功后，设置室外直流风扇电机启动标志为1；室外控制器设定一个较低的风扇目标速度F3和速度加速度A1，目标速度F3的数值范围是50转/分钟至200转/分钟，速度加速度A1的数值范围是10转/秒至40转/秒；室外控制器检测到室外直流风扇电机的转速F达到目标速度F3后，设置室外直流风扇电机第一阶段加速完成标志为1；同时调整室外直流风扇电机的加速度，重新设置一个较大的加速度A2，加速度A2的数值范围是50转/秒至80转/秒，让室外直流风扇电机继续加速；
步骤十四，第一次加速完成后，室外控制器继续检测室外直流风扇电机的转速F并将该转速与已设置的固定转速参数值F4进行比较，F4的数值范围是100至400转/分钟，如果F≥F4，室外控制器计时器开始计时，如果连续一段时间T，T的数值范围是1秒至10秒， 满足F≥F4条件，则准备启动压缩机，反之则认为风扇电机出现异常，取消压缩机启动，重新启动直流风扇电机；
步骤十五，整个启动过程中，室外控制器一直判定室外直流风扇电机是否出现失控，如果失控则等待一段时间T2后重新启动，T2设定为2-5秒。
本发明与现有技术相比的优点为：对空调器直流风扇电机的运行环境和运行状态的检测，弥补了目前风扇电机启动技术的不足，保证风扇电机适用于各种复杂的实际工作环境。零矢量刹车技术和平时常用的电机开环刹车技术有明显的优势，对直流风扇电机的冲击更小。定位，开环，闭环的启动步骤能够确保风机的成功启动。后续直流风扇电机的加速过程控制更能有效的保证风机平稳快速的启动，同时压缩机必须等待直流风扇电机达到一定转速后才启动的功能，能够提升空调器的性能。其适用于直流风扇电机的启动控制，具有实用性和通用性。
附图说明
图1为本发明一实施例的控制框图；
图2-1为启动控制方法一部分的流程图；
图2-2为启动控制方法另一部分的流程图。
图中：1为空调器遥控器或操控面板，2为空调器的室内控制器，3为空调器
的室外控制器，4为空调器的室外控制器外围电路，5为空调直流风扇电机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、2-1、2-2所示，一种空调器直流风扇电机启动控制方法，本发明特点是包括以下步骤：
步骤一：用户通过空调器的遥控器1或操控面板开机确定空调器运行的工作模式，完成温度、风速设定等操作；
步骤二：室内控制器2接收到遥控器1或者控制面板的运行命令后，该命令包含空调器的运行模式、风速信息等，启动室内直流风扇电机，同时将运行命令发送给室外控制器3；
步骤三：室外控制器3接收到室内控制器2的运行命令，通过约定的通信协议确定空调器的工作模式、运行频率及风扇电机转速的信息，准备启动室外直流风扇电机5和室外控制器外围电路4；
步骤四：在室外直流风扇电机5启动之前，室外控制器3首先判定室外直流风扇电机5是否在启动过程中，判定启动标志Mark1是否等于1，如果不等于1，则表示室外直流风扇电机5第一次启动；如果等于1，表示室外直流风扇电机5已经在启动过程中，则继续判定室外直流风扇电机5第一阶段加速完成标志Mark2是否等于1，如果等于1，则进行以下步骤十三，否则进行步骤十四；
步骤五：室外控制器3将室外直流风扇电机5的磁通反馈量W与设置一固定磁通量参数W1进行比较，W1的数值范围是0.01韦伯至1韦伯，如果W>W1，则表示当前室外直流风扇电机5正在旋转，如果W≤W1，则表示室外直流风扇电机5当前停止；
步骤六：如果W≤W1，则转入以下步骤十二；如果W>W1，则转入以下步骤七；
步骤七：室外控制器3检测室外直流风扇电机5当前转速F及旋转方向
D，如果旋转方向D与室外控制器3初始设定的室外直流风扇电机5控制旋
转方向D1一致，则表示室外直流风扇电机5正向旋转，反之则表示反向旋转；如果室外直流风扇电机5正向旋转，则转入以下步骤九，如果室外直流风扇电机5反向旋转，则转入以下步骤八；
步骤八：检测室外直流风扇电机5当前为反向旋转，设置一固定风扇转速参数F1与当前检测的室外直流风扇电机转速F进行比较，F1的数值范围是100至400转/分钟，一般F1取300转/秒，如果F≥F1，则转入以下步骤十，如果F<F1，则转入以下步骤十一；
步骤九：检测室外直流风扇电机5当前为正向旋转，设置一固定风扇转速参数F2与当前检测的室外直流风扇电机转速F进行比较，F2的数值范围是50转/分钟至200转/分钟，一般F2取100转/秒如果F≥F2，则转入步骤十三，如果F<F2，则转入步骤十一；
步骤十，根据室外控制器3的预存参数判定是否需要检测空调器的工作温度，如果参数中设置不需要检测空调器的工作温度则空调器待机；如果参数中设置需要检测空调器的工作温度，则检测当前室外温度和室内温度值；如果当前空调运行模式为制热模式，检测到的室外温度和室内温度处于室外控制器3的预先设定范围则允许压缩机启动，同时返回步骤四；如果超出设定范围，则系统待机，同时返回步骤四；如果当前空调运行模式为制冷模式或者抽湿模式，检测到的室外温度和室内温度处于室外控制器3的预先设定范围则允许压缩机启动，同时返回步骤四；如果超出设定范围，则系统待机，同时返回步骤四；
步骤十一，室外控制器3采用零矢量刹车控制方法，使室外直流风扇电机5停止转动；
步骤十二，室外控制器3准备启动室外直流风扇电机5，给室外直流风扇电机5注入注入一定时间t和一定电流强度I的直流电流进行转子定位，时间t的范围为2-4秒，电流强度I为电机额定电流的20%至80%，一般电流强度I为电机额定电流的40%；
步骤十三，定位成功后，设置室外直流风扇电机5启动标志为1；室外控制器3设定一个较低的风扇目标速度F3和速度加速度A1，目标速度F3的数值范围是50转/分钟至200转/分钟，速度加速度A1的数值范围是10转/秒至40转/秒，一般目标速度F3设定为100转/秒，速度加速度A1一般设定为20转/秒；室外控制器3检测到室外直流风扇电机5的转速F达到目标速度F3后，设置室外直流风扇电机5第一阶段加速完成标志为1；同时调整室外直流风扇电机5的加速度，重新设置一个较大的加速度A2，加速度A2 一般设定为60转/秒，让室外直流风扇电机5继续加速；
步骤十四，第一次加速完成后，室外控制器3继续检测室外直流风扇电机5的转速F并将该转速与已设置的固定转速参数值F4进行比较，F4的数值范围是100至400转/分钟，F4一般设定为300转/秒，如果F≥F4，室外控制器3计时器开始计时，如果连续一段时间T，T的数值范围是1秒至10秒，T一般设定为5秒， 满足FF≥F4条件，则准备启动压缩机，反之则认为风扇电机出现异常，取消压缩机启动，重新启动直流风扇电机；
步骤十五，整个启动过程中，室外控制器3一直判定室外直流风扇电机5是否出现失控，如果失控则等待一段时间T2后重新启动，T2设定为2-5秒。
例如，当用户空调使用中出现室外强风的问题时，大多数不具备完善的直流风扇电机控制功能的空调器，常常出现风扇电机逆风堵转发热甚至损坏的问题。应用本发明的空调器在直流风扇电机启动之前，室外控制器3首先会检测室外直流风扇电机5当前是否处于旋转状态，如果用户室外环境有台风，则室外直流风扇电机5可能处于高速旋转状态。进一步假定当前室外直流风扇电机5为反向旋转，室外控制器3判定直流风扇电机目前为反向旋转，同时检测其旋转速度F，如果其旋转速度低于设定值F1即300转/秒，则使用零矢量刹车技术阻止风扇电机旋转，使室外直流风扇电机5停止。而后室外控制器3正常启动直流风扇电机，给风扇电机注入一段时间定位电流后，例如4秒后，设定一个较低的目标速度F3即100转/秒和较低的电机加速度A1即20转/秒，使风扇电机平稳地启动。当风扇电机稳定启动后，重新设置电机加速度A2即60转/秒，让直流风扇电机尽快达到目标速度，如果室外控制器3检测风扇电机速度超过设定速度F4即300转/秒后且持续一段时间T之后，则准备启动空调压缩机。整个过程中室外控制器3一直监控直流风扇电机运行参数，保证电机可靠启动和运行。
工作时，遥控器或操控面板1通过红外或无线电通讯对室内控制器2进行控制；室内控制器2通过温度传感器检测室内温度，通过通讯电路和室外控制器3进行信息交换；室外控制器3通过温度传感器检测室外温度，通过电流传感器和电压传感器对直流风扇电机5进行检测。
本发明包括所有无位置传感器的直流风扇电机的启动和控制技术，同样也适用于其他类型的直流风扇电机的启动控制。方法中关于启动前对风扇电机的状态进行判断可以有很多种方法，这里只列出了一种，本发明同样包含其他判断方法。风扇电机启动后的速度调整过程，可以分为若干阶段，这里只列出了两个阶段，本发明同样包含其他加速方式。风扇电机速度达到一定值后开启压缩机的功能，同样适用于空调器的其他相关负载，这里只列出压缩机负载。
Claims (1)
1.一种空调器直流风扇电机启动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：用户通过空调器的遥控器（1）或操控面板开机确定空调器运行的工作模式，完成温度、风速设定等操作；
步骤二：室内控制器（2）接收到遥控器（1）或者控制面板的运行命令后，该命令包含空调器的运行模式、风速信息等，启动室内直流风扇电机，同时将运行命令发送给室外控制器（3）；
步骤三：室外控制器（3）接收到室内控制器（2）的运行命令，通过约定的通信协议确定空调器的工作模式、运行频率及风扇电机转速的信息，准备启动室外直流风扇电机（5）和室外控制器外围电路（4）；
步骤四：在室外直流风扇电机（5）启动之前，室外控制器（3）首先判定室外直流风扇电机（5）是否在启动过程中，判定启动标志Mark1是否等于1，如果不等于1，则表示室外直流风扇电机（5）第一次启动；如果等于1，表示室外直流风扇电机（5）已经在启动过程中，则继续判定室外直流风扇电机（5）第一阶段加速完成标志Mark2是否等于1，如果等于1，则进行以下步骤十三，否则进行步骤十四；
步骤五：室外控制器（3）将室外直流风扇电机（5）的磁通反馈量W与设置一固定磁通量参数W1进行比较，W1的数值范围是0.01韦伯至1韦伯，如果W>W1，则表示当前室外直流风扇电机（5）正在旋转，如果W≤W1，则表示室外直流风扇电机（5）当前停止；
步骤六：如果W≤W1，则转入以下步骤十二；如果W>W1，则转入以下步骤七；
步骤七：室外控制器（3）检测室外直流风扇电机（5）当前转速F及旋转方向D，如果旋转方向D与室外控制器（3）初始设定的室外直流风扇电机（5）控制旋转方向D1一致，则表示室外直流风扇电机（5）正向旋转，
反之则表示反向旋转；如果室外直流风扇电机（5）正向旋转，则转入以下步骤九，如果室外直流风扇电机（5）反向旋转，则转入以下步骤八；
步骤八：检测室外直流风扇电机（5）当前为反向旋转，设置一固定风扇转速参数F1与当前检测的风扇电机转速F进行比较，F1的数值范围是100至400转/分钟，如果F≥F1，则转入以下步骤十，如果F<F1，则转入以下步骤十一；
步骤九：检测室外直流风扇电机（5）当前为正向旋转，设置一固定风扇转速参数F2与当前检测的室外直流风扇电机转速F进行比较，F2的数值范围是50转/分钟至200转/分钟，如果F≥F2，则转入步骤十三，如果F<F2，则转入步骤十一；
步骤十，根据室外控制器（3）的预存参数判定是否需要检测空调器的工作温度，如果参数中设置不需要检测空调器的工作温度则空调器待机；如果参数中设置需要检测空调器的工作温度，则检测当前室外温度和室内温度值；如果当前空调运行模式为制热模式，检测到的室外温度和室内温度处于室外控制器（3）的预先设定范围则允许压缩机启动，同时返回步骤四；如果超出设定范围，则系统待机，同时返回步骤四；如果当前空调运行模式为制冷模式或者抽湿模式，检测到的室外温度和室内温度处于室外控制器（3）的预先设定范围则允许压缩机启动，同时返回步骤四；如果超出设定范围，则系统待机，同时返回步骤四；
步骤十一，室外控制器（3）采用零矢量刹车控制方法，使室外直流风扇电机（5）停止转动；
步骤十二，室外控制器（3）准备启动室外直流风扇电机（5），给室外直流风扇电机（5）注入一定时间t和一定电流强度I的直流电流进行转子定位，时间t的范围为2-4秒，电流强度I为电机额定电流的20%至80%；
步骤十三，定位成功后，设置室外直流风扇电机（5）启动标志为1；室外控制器（3）设定一个较低的风扇目标速度F3和速度加速度A1，目标速度
F3的数值范围是50转/分钟至200转/分钟，速度加速度A1的数值范围是10转/秒至40转/秒；室外控制器（3）检测到室外直流风扇电机（5）的转速F达到目标速度F3后，设置室外直流风扇电机（5）第一阶段加速完成标志为1；同时调整室外直流风扇电机（5）的加速度，重新设置一个较大的加速度A2，加速度A2的数值范围是50转/秒至80转/秒，让室外直流风扇电机（5）继续加速；
步骤十四，第一次加速完成后，室外控制器（3）继续检测室外直流风扇电机（5）的转速F并将该转速与已设置的固定转速参数值F4进行比较，F4的数值范围是100至400转/分钟，如果F≥F4，室外控制器（3）计时器开始计时，如果连续一段时间T，T的数值范围是1秒至10秒， 满足F≥F4条件，则准备启动压缩机，反之则认为风扇电机出现异常，取消压缩机启动，重新启动直流风扇电机；
步骤十五，整个启动过程中，室外控制器（3）一直判定室外直流风扇电机（5）是否出现失控，如果失控则等待一段时间T2后重新启动，T2设定为2-5秒。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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