CN103836762B - 变频空调及其系统控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调技术领域，尤其涉及一种变频空调及其系统控制方法和装置。本发明实施例根据空调系统实际运行模式、用户设定的温度和室内环境温度计算出压缩机的运行需求频率，并且根据空调系统的供电电压和室外环境温度获取压缩机允许运行的最高频率，将运行需求频率与允许运行的最高频率进行比较，当允许运行的最高频率大于等于运行需求频率时，控制压缩机按照运行需求频率运行；否则，控制压缩机按照允许运行的最高频率运行，控制了空调系统的最大运行频率。这样，就可以保证空调系统在不同电压下都可以可靠的运行，降低风险，减少了安全隐患。

Description

变频空调及其系统控制方法和装置

技术领域

本发明属于空调技术领域，尤其涉及一种变频空调及其系统控制方法和装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，空调作为日常生活的必需品，已经走进了千家万户，即便是在偏远的西部农村，也越来越多的用户使用上了空调产品。

但是，由于西部山区的用户居住分散，电网电压也不太稳定，电压最低时甚至可以低至150V，而变频空调系统工作在低电压区间时，如果运行在高频状态，可能会由于电压过低而导致压缩机失步飞频；在失步时又容易产生瞬间大电流，进而引起压缩机转子退磁，导致变频空调系统永久性的损坏，并且存在安全隐患。另一方面，由于环境温度不同，空调系统内部冷媒的压力也不尽相同，系统压力过大时可能会导致铜管爆裂，发生安全事故。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种变频空调的系统控制方法，以解决变频空调在不同电压下运行容易失步飞频、产生损坏并且存在安全隐患的技术问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种变频空调系统控制方法，包括以下步骤：

检测室内环境温度Ta；

根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

当Fneed不为0时，检测空调系统的供电电压U和室外环境温度To；

根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；

比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小；

当所述允许运行的最高频率Fmax小于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行。

进一步地，所述方法还包括：当所述允许运行的最高频率Fmax大于或等于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行。

进一步地，在所述根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0后还包括：当Fneed为0时，结束控制进程。

本发明的另一目的在于提供一种变频空调的系统控制装置；相应的，其也能解决变频空调在不同电压下运行容易失步飞频、产生损坏并且存在安全隐患的技术问题。

该变频空调的系统控制装置包括：

温度检测模块，用于检测室内环境温度Ta和/或室外环境温度To；

运行需求频率计算处理模块，用于根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

电压检测模块，用于检测空调系统的供电电压U；

允许运行的最高频率获取模块，用于根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；

比较模块，用于比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小；以及

压缩机运行频率输出模块，用于当所述允许运行的最高频率Fmax小于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行；当所述允许运行的最高频率Fmax大于或等于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行。

本发明的另一目的还在于提供一种变频空调，所述变频空调包括如上所述的系统控制装置。

本发明提供的变频空调及其系统控制方法和装置，能够根据空调系统的供电电压和室外环境温度，控制输出空调系统的最大运行频率，从而保证空调系统在不同电压下都可以可靠的运行，降低风险，减少安全隐患。

附图说明

图1是本发明实施例提供的变频空调系统控制方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的变频空调系统控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的变频空调系统控制方法的实现流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

在步骤S101中，开机，根据用户的设置进入制冷、制热或自动运行模式。

此步骤为本实施例的优选步骤。用户在控制空调系统开机时，会预先设置一个制冷、制热或自动的运行模式，其中，当用户设定模式为自动时，空调系统的实际运行模式可以为制冷、制热或送风等的任意一种。当然，在变频空调的使用过程中，也会突然出现电网电压不稳定、变低的情况，这时就不需要用户进行运行模式的设置，而直接进入步骤S102.

在步骤S102中，检测室内环境温度Ta。

在步骤S103中，根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0。

在本实施例中，压缩机的运行需求频率Fneed是根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算得来的。当用户设定的运行模式为制冷时，空调系统的实际运行模式也为制冷；当用户设定的运行模式为制热时，空调系统的实际运行模式也为制热；当用户设定的运行模式为自动时，实际运行模式可以为制冷、制热或送风中的任意一种，具体由用户设定的温度Ts和室内环境温度Ta决定。压缩机的运行需求频率Fneed可以通过不同的计算方法获得，比如PID控制算法。特别需要强调的是，PID控制算法仅为一示例，任何只要能够计算出运行需求频率Fneed的方式、方法都在本发明专利的保护范围之内。

获得了压缩机的运行需求频率Fneed之后，要对Fneed是否为0进行判断。一般情况下，Fneed不为0；只有在空调系统的运行模式为送风模式或者制热模式下的用户设定温度Ts小于室内环境温度Ta、或者制冷模式下用户设定温度Ts大于室内环境温度Ta时，Fneed才为0。若Fneed为0，则进入步骤S109；若Fneed不为0。则进入步骤S104。

在步骤S104中，检测空调系统的供电电压U和室外环境温度To。

在此步骤中，获取的空调系统的供电电压U可以是交流电源电压的原值，也可以是空调系统交流转直流后的直流母线电压。

在步骤S105中，根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax。

在本实施例中，此步骤为必要步骤。其具体包括：先确定空调系统的运行模式是制冷还是制热；再根据预设的供电电压U和室外环境温度To在不同运行模式下与压缩机允许运行的最高频率间的对应关系确定压缩机允许运行的最高频率Fmax。在具体实现时，针对不同的运行模式，可以根据供电电压U的取值范围和室外环境温度To的取值范围，预先制定上述两者与压缩机允许运行的最高频率Fmax之间一一对应的表格，甚至，针对，每一组供电电压U和室外环境温度To，都有一个特定的最高频率Fmax与之相对应。

在步骤S106中，比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小，判断Fmax是否大于等于Fneed。

在本实施例中，此步骤为必要步骤。将从预设关系式中获取的允许运行的最高频率Fmax与前面计算所得的运行需求频率Fneed进行比较，判断Fmax是否大于等于Fneed：当Fmax大于等于Fneed时，进入步骤S108；当Fmax小于Fneed时，进入步骤S107。

在步骤S107中，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行。

在步骤S108中，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行。

在本实施例中，上述步骤S107和S108为选择性步骤。当允许运行的最高频率Fmax大于等于运行需求频率Fneed时，进入步骤S108，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行；当允许运行的最高频率Fmax小于运行需求频率Fneed时，进入步骤S107，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行。也就是说，上述两个步骤使得空调系统以运行在允许运行的最高频率Fmax之内为前提，进而才尽量满足实际运行需求的频率Fneed，这样，就可以保证空调系统在不同电压下都可以可靠的运行，降低风险，减少了安全隐患。

在步骤S109中，结束控制进程。

为了进一步说明本发明所述的技术方案，下面通过2个具体实施例来进行说明。

实施例一：

一种变频空调系统控制方法，包括以下步骤：

S11：用户控制空调系统开机，并设定为制冷、制热或自动的任何一种运行模式；

S12：检测室内环境温度Ta；

S13：根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0。当F_need不为0时进入步骤S14；当F_need为0时结束控制进程。本例中运行需求频率Fneed采用PID控制方法计算：

（a）当空调实际运行模式为制热时：

式中的F₁为PID调节器，调节器设定值r(t)为用户设定的温度Ts，实际值c(t)为室内环境温度Ta，偏差e(t)为设定的温度Ts和室内环境温度Ta之差TS-Ta，即为：

$F_1(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})=K_{P1}(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})+K_{I1}{\∫}_0^t(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})\mathrm{dt}+K_{D1}\frac{d(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})}{\mathrm{dt}}$

其中，系数K_P1、K_I1和K_D1是根据不同空调系统预先进行设定的；本例中，K_P1为0.3，K_I1为0.08，K_D1为0。

（b）当空调实际运行模式为制冷时：

式中F₂也为PID调节器，调节器设定值r(t)为用户设定的温度Ts，实际值c(t)为室内环境温度Ta，偏差e(t)为设定温度和室内环境实际温度之差TS-Ta：

$F_2(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})=K_{P2}(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})+K_{I2}{\∫}_0^t(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})\mathrm{dt}+K_{D2}\frac{d(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})}{\mathrm{dt}}$

同样的，系数K_P2、K_I2、K_D2是根据不同空调系统预先进行设定的；本例中，K_P2为-0.2，K_I2为-0.05，K_D2为0。

（c）空调实际运行模式为送风时：F_need＝0。

S14：检测空调系统的供电电压U和室外环境温度To，供电电压U这里采用空调系统的交流电源电压。

S15：根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；空调系统实际运行模式为制热时查询表1，空调系统实际运行模式为为制冷时查表2。

表1：运行模式为制热

表2：运行模式为制冷

S16:比较从上面2个表格中读取的允许运行的最高频率Fmax与S13中计算得出的运行需求频率Fneed的大小，判断Fmax是否大于等于Fneed;

S17：当F_need≤F_MAX时，控制压缩机按照F_need的频率运行；当F_need＞F_MAX时，控制压缩机按照F_MAX的频率运行。

实施例二：

一种变频空调系统控制方法，包括以下步骤：

S21：用户控制空调系统开机，并设定为制冷、制热或自动的任何一种运行模式；

S22：检测室内环境温度Ta；

S23：根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0。当F_need不为0时进入步骤S24；当F_need为0时结束控制进程。本例中运行需求频率Fneed同样采用PID控制方法计算：

（a）当空调实际运行模式为制热时：

式中F₁为PID调节器，调节器设定值r(t)为用户设定的温度Ts，实际值c(t)为室内环境温度Ta，偏差e(t)为设定的温度Ts和室内环境温度Ta之差TS-Ta：

$F_1(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})=K_{P1}(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})+K_{I1}{\∫}_0^t(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})\mathrm{dt}+K_{D1}\frac{d(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})}{\mathrm{dt}}$

本例中，K_P1为0.3，K_I1为0.08，K_D1为0。

（b）当空调实际运行模式为制冷时：

式中F₂也为PID调节器，调节器设定值r(t)为用户设定的温度Ts，实际值c(t)为室内环境温度Ta，偏差e(t)为设定温度和室内环境实际温度之差TS-Ta：

$F_2(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})=K_{P2}(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})+K_{I2}{\∫}_0^t(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})\mathrm{dt}+K_{D2}\frac{d(\mathrm{TS}-\mathrm{Ta})}{\mathrm{dt}}$

本例中，K_P2为-0.2，K_I2为-0.05，K_D2为0。

(c)空调实际运行模式为送风时：F_need＝0

S24：检测空调系统的供电电压U和室外环境温度To，这里的供电电压U采用空调系统的直流母线电压；

S25：根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；空调系统实际运行模式为制热时查询表3，空调系统实际运行模式为为制冷时查表4。

表3：运行模式为制热

表4：运行模式为制冷

S26:比较从上面2个表格中读取的允许运行的最高频率Fmax与S23中计算得出的运行需求频率Fneed的大小，判断Fmax是否大于等于Fneed;

S27：当F_need≤F_MAX时，控制压缩机按照F_need的频率运行；当F_need＞F_MAX时，控制压缩机按照F_MAX的频率运行。

本发明提供的变频空调系统控制方法，能够根据空调系统的供电电压和室外环境温度，控制输出空调系统的最大运行频率，从而保证空调系统在不同电压下都可以可靠的运行，降低风险，减少安全隐患。

图2是本发明实施例提供的变频空调系统控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

变频空调系统控制装置，包括：温度检测模块31、运行需求频率计算处理模块32、电压检测模块33、允许运行的最高频率获取模块34、比较模块35、压缩机运行频率输出模块36；作为优选，还包括运行模式接收模块37和进程结束模块38；

其中，温度检测模块31用于检测室内环境温度Ta和/或室外环境温度To；

运行需求频率计算处理模块32用于根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

电压检测模块33用于检测空调系统的供电电压U；

允许运行的最高频率获取模块34用于根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；

比较模块35用于比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小；

压缩机运行频率输出模块36用于当所述允许运行的最高频率Fmax小于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行；当所述允许运行的最高频率Fmax大于或等于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行。

运行模式接收模块37用于在开机后根据用户的设置进入制冷、制热或自动的运行模式；

而进程结束模块38则用于当Fneed为0时或者关机时结束控制进程。

本发明实施例还提供一种包括了上述控制装置的变频空调。控制装置的结构如图2所示，在此不再赘述。

本发明提供的变频空调及其系统控制方法和装置，根据空调系统实际运行模式、用户设定的温度和室内环境温度计算出压缩机的运行需求频率Fneed，并且根据空调系统的供电电压和室外环境温度获取压缩机允许运行的最高频率Fmax，将运行需求频率Fneed与允许运行的最高频率Fmax进行比较，当允许运行的最高频率Fmax大于等于运行需求频率Fneed时，控制压缩机按照运行需求频率Fneed运行；当允许运行的最高频率Fmax小于运行需求频率Fneed时，控制压缩机按照允许运行的最高频率Fmax运行，控制空调系统的最大运行频率。这样，就可以保证空调系统在不同电压下都可以可靠的运行，降低风险，减少了安全隐患。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变频空调系统控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

检测室内环境温度Ta；

根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

当Fneed不为0时，检测空调系统的供电电压U和室外环境温度To；

根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；

比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小；

当所述允许运行的最高频率Fmax小于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行；

所述根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0具体为：

根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta，采用PID控制算法计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

所述运行需求频率Fneed采用PID控制方法计算：

(a)当空调实际运行模式为制热时：

式中的F₁为PID调节器，调节器设定值r(t)为所述用户设定的温度Ts，实际值c(t)为所述室内环境温度Ta，偏差e(t)为所述用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta之差TS-Ta，即为：

$F_1(TS-Ta)=K_{P1}(TS-Ta)+K_{I1}{\∫}_0^t(TS-Ta)dt+K_{D1}\frac{d(TS-Ta)}{dt}$

其中，系数K_P1、K_I1和K_D1是根据不同空调系统预先进行设定的；

(b)当空调实际运行模式为制冷时：

式中F₂也为PID调节器，调节器设定值r(t)为所述用户设定的温度Ts，实际值c(t)为所述室内环境温度Ta，偏差e(t)为所述用户设定温度和所述室内环境实际温度之差TS-Ta：

$F_2(TS-Ta)=K_{P2}(TS-Ta)+K_{I2}{\∫}_0^t(TS-Ta)dt+K_{D2}\frac{d(TS-Ta)}{dt}$

系数K_P2、K_I2、K_D2是根据不同空调系统预先进行设定的；

(c)空调实际运行模式为送风时：F_need＝0。

2.如权利要求1所述的变频空调系统控制方法，其特征在于，在所述比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小后还包括：

当所述允许运行的最高频率Fmax大于或等于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行。

3.如权利要求1所述的变频空调系统控制方法，其特征在于，在所述根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0后还包括：

当Fneed为0时，结束控制进程。

4.如权利要求1所述的变频空调系统控制方法，其特征在于，在所述检测室内环境温度Ta前还包括：

开机，根据用户的设置进入制冷、制热或自动的运行模式。

5.如权利要求1所述的变频空调系统控制方法，其特征在于，所述当Fneed不为0时，检测空调系统的供电电压U和室外环境温度To具体为：

当Fneed不为0时，检测空调系统交流电源的电压U和室外环境温度To；或者

当Fneed不为0时，检测空调系统交流转直流后的直流母线电压U和室外环境温度To。

6.如权利要求1所述的变频空调系统控制方法，其特征在于，所述根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax具体为：

确定空调系统的运行模式是制冷还是制热；

根据预设的供电电压U和室外环境温度To在不同运行模式下与压缩机允许运行的最高频率间的对应关系确定压缩机允许运行的最高频率Fmax。

7.一种变频空调系统控制装置，其特征在于，所述装置包括：

温度检测模块，用于检测室内环境温度Ta和/或室外环境温度To；

运行需求频率计算处理模块，用于根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

电压检测模块，用于检测空调系统的供电电压U；

允许运行的最高频率获取模块，用于根据预设的供电电压U、室外环境温度To与压缩机允许运行的最高频率的对应关系，确定压缩机允许运行的最高频率Fmax；

比较模块，用于比较所述允许运行的最高频率Fmax与所述运行需求频率Fneed的大小；以及

压缩机运行频率输出模块，用于当所述允许运行的最高频率Fmax小于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述允许运行的最高频率Fmax运行；当所述允许运行的最高频率Fmax大于或等于所述运行需求频率Fneed时，控制所述压缩机按照所述运行需求频率Fneed运行；

所述运行需求频率计算处理模块根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0的过程具体为：

根据空调系统运行模式、用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta，采用PID控制算法计算压缩机的运行需求频率Fneed，并判断所述运行需求频率Fneed是否为0；

所述运行需求频率Fneed采用PID控制方法计算：

(a)当空调实际运行模式为制热时：

式中的F₁为PID调节器，调节器设定值r(t)为所述用户设定的温度Ts，实际值c(t)为所述室内环境温度Ta，偏差e(t)为所述用户设定的温度Ts和所述室内环境温度Ta之差TS-Ta，即为：

$F_1(TS-Ta)=K_{P1}(TS-Ta)+K_{I1}{\∫}_0^t(TS-Ta)dt+K_{D1}\frac{d(TS-Ta)}{dt}$

其中，系数K_P1、K_I1和K_D1是根据不同空调系统预先进行设定的；

(b)当空调实际运行模式为制冷时：

式中F₂也为PID调节器，调节器设定值r(t)为所述用户设定的温度Ts，实际值c(t)为所述室内环境温度Ta，偏差e(t)为所述用户设定温度和所述室内环境实际温度之差TS-Ta：

$F_2(TS-Ta)=K_{P2}(TS-Ta)+K_{I2}{\∫}_0^t(TS-Ta)dt+K_{D2}\frac{d(TS-Ta)}{dt}$

系数K_P2、K_I2、K_D2是根据不同空调系统预先进行设定的；

(c)空调实际运行模式为送风时：F_need＝0。

8.如权利要求7所述的变频空调系统控制装置，其特征在于，所述装置还包括：

运行模式接收模块，用于在开机后根据用户的设置进入制冷、制热或自动的运行模式；以及

进程结束模块，用于当Fneed为0时或者关机时结束控制进程。

9.一种变频空调，其特征在于，所述变频空调包括如权利要求7或8所述的系统控制装置。