CN104566818B - 空调器温度应力的监控方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种空调器温度应力的监控系统及方法，该方法包括以下步骤：每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数；根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数；累积所述室外机运行在所述温度应力参数超出温度阈值的运行时间，判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则发送温度应力释放操作指令至所述室外机。上述空调器温度应力的监控方法及系统可以通过监控整流电路的温度应力参数，如运行于超出温度应力的时间到达上限则进行温度应力的释放，可以使得空调器能工作在低于额定负荷的状态下，提高设备的可靠性及使用寿命。

Description

空调器温度应力的监控方法和系统
技术领域
本发明涉及空调控制领域，特别是涉及一种空调器温度应力的监控方法和系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，特别是变频技术的广泛应用，目前主流的空调器在制冷制热效果，湿度控制，空气净化和节能方面都有了巨大的进步。通过把无线通讯技术和互联网技术应用到空调中，目前空调器在人性化，家居化、智能化和节能化等方面获得了广泛的研究和应用。
目前家居应用的分体式空调器中，室外机都是在相对恶劣的环境下工作的。典型的室外机是安装在室外的墙壁上，依安装地域的不同，室外机工作的环境温度可能从-20℃到50℃变化。
在变频空调中，室外机电路主要由整流电路，功率因数校正(PFC)电路和逆变电路组成。输入交流市电经过整流电路后，变成脉动的直流电。对于家用空调器，整流电路可以是全波电路或者全桥电路。经过PFC电路的调整后，直流侧输出的电压为一个恒定值，同时交流侧输入电流和输入电压具有相同的相位。直流侧输出的直流电压经逆变电路后输出幅值和频率均可变的交流电压，驱动压缩机的运转。由于室外机工作在恶劣的环境中，因此对室外电控的可靠性提出了严格的要求。以二极管整流电路为例，整流电路中的二极管在正常工作时流过正弦半波电流，因此二极管要消耗很大的功率并承受很大的电流冲击，这导致其结温在工作的过程中有很大的波动，并且远大于环境温度。整流电路在工作时承受很高的温度应力，其可靠性是室外电控可靠性的关键因素之一。
发明内容
基于此，有必要提供一种空调器温度应力的监控方法，对整流电路温度应力进行监控，确保空调器可以更加智能和可靠的运行。
本发明提供了一种空调器温度应力的监控方法，包括以下步骤：
S110，每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数；
S120，根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数；
S130，累积所述室外机运行在所述温度应力参数超出温度阈值的运行时间；
S140，判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则执行步骤S150，否则执行步骤S110；
S150，发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作。
此外，还提供了一种空调器温度应力的监控系统，包括信息获取模块、数据分析模块以及控制模块，其中：
所述信息获取模块用于每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数；
所述数据分析模块用于根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数；
所述控制模块用于累积所述室外机运行在所述温度应力参数的超出温度阈值的运行时间；还用于判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是，则发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作，否则所述信息获取模块重新运行。
上述空调器温度应力的监控方法及系统可以通过监控整流电路中整流半导体器件的最大结温作为系统的温度应力，以判断系统的在高温度应力的运行时间是否到达上限。如此，可以使得空调器能工作在低于额定负荷的状态下，提高设备的可靠性及使用寿命。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中空调器温度应力的监控系统的模块图；
图2(a)为空调器室外机一种整流电路的示意图；
图2(b)为图2(a)中任意一个二极管半个周期内的电流和功率随相位角的变化曲线；
图3为本发明较佳实施例中空调器温度应力的监控方法的流程图；
图4为本发明更详细实施例中空调器温度应力的监控方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
请参阅图1，本发明较佳实施例中空调器温度应力的监控系统，本实施例中，可以以空调器10为核心载体运行，也可以是以客户端20(智能终端)为核心载体运行。下面以客户端20为核心载体运行，详细说明本发明的较佳实施例。
空调器温度应力的监控系统包括空调器10、客户端20和云服务器30，该客户端20与所述空调器10和云服务器30网络通讯。
空调器10包括数据获取模块11，控制器12和通信模块；数据获取模块11主要对室外机整流电路的运行参数进行实时的采样，控制器12对空调器10的运行状态进行控制。
客户端20包括信息获取模块21、数据分析模块22、控制模块23、数据显示模块24以及通讯模块。信息获取模块21主要完成初始化的工作，获取空调器10的型号信息和空调器10安装的地理位置，并发送给云服务器30。云服务器30检索空调信息数据库31，并发送相应型号的空调数据(主要是整流电路中整流半导体器件的参数信息)给数据分析模块22，该数据的传送在数据分析模块22初次运行时进行，后续当空调信息数据库更新时进行同步的更新。数据分析模块22主要对从空调器10和云服务器30获取的数据进行分析计算，给出整流电路的温度应力数据。温度应力参数主要是整流半导体器件的结温，由于结温在工作过程中有很大的变化，因此主要关注结温的最大值。当整流半导体器件流过电流达到最大值时，此时其结温也达到最大值。控制模块23主要对数据分析模块22输出数据进行实时监控，并输出控制信号到空调器10的控制模块23。数据显示模块24对数据分析模块22和控制模块23输出的数据进行实时、直观的显示。
云服务器30包括空调信息数据库31和通讯模块。
本实施例中，可以通过天气服务器40获取空调器10的环境温度，也可以通过设置在室外机上的温度传感器获取环境温度。那么，天气服务器40包括天气实时数据库41和通讯模块。云服务器30与天气服务器40通讯，根据地理位置获取从天气服务器40中获取空调器10所在的地理位置的环境温度，并发送给客户端20的数据分析模块22。如果天气服务器40的天气实时数据库41无法连接，智能终端20的数据分析模块22将忽略此温度信息，或通过设置在室外的温度传感器获取环境温度。
上述的各个通讯模块是通过网络通讯连接。特别地，是空调器10的通讯模块与客户端20的通讯模块连接，客户端20的通讯模块与云服务器30的通讯模块连接，云服务器30的通讯模块与天气服务器40的通讯模块连接。
在更详细的实施例中，系统先设置预设温度应力释放时间，当整流电路整流半导体器件的最大结温运行在超出温度阈值的运行时间的总和到达或超过预设温度应力释放时间时，则控制空调器10执行相应的操作以释放温度应力。具体地：
所述信息获取模块21用于每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数。该预设时间可以根据预设温度应力释放时间的大小设置，以其0.1％、1％或3％的时间为一个采样周期。整流电路的运行参数包括输入电流Iac和环境温度Ta。还可以包括输入电压Vac。
所述数据分析模块22用于根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数。具体地，温度应力参数为所述整流电路中整流半导体器件的最大结温。
所述控制模块23判断所述整流半导体器件的温度应力参数是否大于相应的温度阈值。若是，则累积所述室外机运行在所述最大结温的超出温度阈值的运行时间；否则所述信息获取模块21重新运行，进入下一采样周期的整流电路的运行参数的重新采样。超出温度阈值的运行时间：以运行于温度应力参数超出温度应力标准(温度阈值)的采样周期(即上述预设时间)累计，运行于温度应力参数低于温度应力标准的采样周期不累计。
所述控制模块23还用于判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间。若是，则发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作；否则所述信息获取模块21重新运行，进入下一采样周期的整流电路的运行参数的重新采样。需要说明的是，该预设温度应力释放时间是一个预设值，当系统运行在上述的整流电路中整流半导体器件的最大结温大于温度阈值的累计时间超出该预设值时，系统将执行温度应力释放操作。
室外机执行温度应力释放操作具体为：降低结到环境的热阻和/或降低整流电路中整流半导体器件的耗散功率。降低结到环境的热阻可以通过增大外风机的转速进而增大空气的换热系数；降低整流电路中整流半导体器件的耗散功率可以通过瞬时的降低整流电路的输出电流来实现。
本发明的实施例中，可以通过监控整流电路中整流半导体器件的最大结温的温度应力，以判断系统的在高温度应力的运行时间是否到达上限。如此，可以使得空调器能工作在低于额定负荷的状态下，提高设备的可靠性及使用寿命。
进一步地，整流电路或者整流桥堆的结温的计算需依赖整流电路中整流半导体器件的参数信息。该参数信息可以预存在监控系统中，也可以实时获取。实时获取时可以利用信息获取模块21先获取所述空调器10的型号并上传至所述云服务器30；然后，云服务器30从空调数据库31根据所述型号查找整流电路的参数信息发送至所述客户端20；最后，数据分析模块22根据所述整流电路的运行参数和所述参数信息计算所述结温。
整流电路温度应力监控与智能控制方法，以确保空调器10可以更加智能和可靠的运行。所述的空调器10由至少一台室外机和至少一台室内机组成。本发明不仅可以应用与家用空调，也适用于大型中央空调系统。
参阅图2(a)，图中的整流电路为单相全桥整流电路，整流半导体器件为二极管。图中四个二极管D1，D2，D3，D4参数完全相同。以二极管D为例，图2(b)给出了半个周期内二极管D1内的电流和功率随相位角的变化曲线。当相位角为1.57弧度(90度)时，二极管D1的功率最大，此时其结温也达到最大值。
参阅图2(a)和图2(b)，整流电路温度应力的计算是在智能终端20的数据分析模块22内完成的。温度应力参数为整流二极管D1、D2、D3和D4的结温。由于电路的对称性，四个整流二极管的结温相同，记为Tj。以二极管D1为例，根据热传导的欧姆定律，二极管耗散功率Pd，结到环境的热阻Rja，结温Tj，环境温度Ta之间满足如下的关系：
Tj＝Pd*Rja+Ta
二极管D1的瞬时耗散功耗可以表示如下：
Pd＝Id*Vd
其中，Id为流过二极管D1的正弦半波电流，可以从采样数据Iac中获取。Vd为二极管D1的正向导通压降，随电流Id的增大而增大。Vd和Id的关系表达式从云服务器中的空调数据库中获取(整流电路中整流半导体器件的参数信息)，或存储在系统中。因此对应与每一个采样周期，可以计算给出确定的Tj。当电流Id达到峰值时，结温Tj同时达到最大结温Tjm。通过监控电流Id的变化既可以监控结温Tj的变化，并确定最大结温Tjm。
请参阅图3，空调器温度应力的监控方法包括以下步骤：
步骤S110，每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数。
步骤S120，根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数。
步骤S130，累积所述室外机运行在所述温度应力参数超出温度阈值的运行时间。
步骤S140，判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则执行步骤S150，否则执行步骤S110。
S150，发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作
结合图1和图3，控制模块23首先对最大结温Tjm进行判断。对于二极管D1，产品手册上会给出其安全工作时允许的最大结温额定值Tjmax,一般为150℃，采用最新的工艺可以达到175℃。由于整流电路中的二极管在工作的过程中可能受到浪涌电流的冲击，因此其结温的最大值Tjm会随着电网的波动和负载的变化而发生变化。典型情况下，考虑到降额设计和浪涌电流的影响，最大结温Tjm的温度阈值一般设定为Tjmax的60％-80％，即最大结温Tjm相应的温度阈值可设置在90℃至140℃。
如果整流电路中有一个或多个二极管的最大结温Tjm的数值不满足低应力的标准，则此采样时间计入整流电路的应力运行时间(即预设温度应力释放时间)中。如果应力运行的时间达到上限值，控制模块23发送控制指令到空调器10的控制器12，控制器12执行相应的温度应力释放操作。
在更进一步的实施例中，空调器温度应力的监控方法还包括以下步骤：
用户设定运行参数，空调器10开始运行；智能终端20获取空调器型号和位置信息，并通过通讯模块上传至生产商云服务器30；云服务器30从数据库中查找空调器10的型号，获取计算整流电路温度应力的参数信息，并发送给智能终端20；空调器10每隔固定时间间隔采样室外环境温度Ta，整流电路的输入电流Iac和输入电压Vac；空调器10通过通信模块将采样数据传送到智能终端10的数据分析模块22；数据分析模块22计算整流电路中二极管的结温Tj，并给出最大值Tjm；数据分析模块22发送计算结果给控制模块23和数据显示模块24。
更详细地，本实施例以客户端20和互联网远程服务为依托，通过安装在智能终端的数据分析模块22和控制模块23对室外机整流电路的温度应力进行实时监控和智能控制。请参阅图1和图4，更详细的流程包括如下步骤：
步骤S10，空调根据用户设定的参数开始运行；
步骤S11，智能终端(即客户端20)首先获取空调器10的型号信息和安装位置信息，然后通过通讯模块发送到生产商云服务器30中。
步骤S12，云服务器30在空调信息数据库31中查找计算整流电路温度应力需要的关键参数，然后通过通讯模块发送给智能终端。
步骤S13，云服务器30通过通讯模块和天气服务器40通讯，获取空调器10所在区域的环境温度Ta，并发送回智能终端。环境温度Ta的可以实时更新。
步骤S14，空调器10每隔固定的时间间隔对室外机的整流电路的运行参数进行采样，典型的运行参数包括：室外机的环境温度Ta，整流电路交流侧的输入电压Vac和输入电流Iac。空调器10通过通讯模块把采样数据传送到智能终端20的数据分析模块22；如果区域环境温度无法通过天气服务器40实时获取，则可以利用温度传感器检测。
步骤S15，数据分析模块22利用空调器10和云服务器30发送来的数据，计算整流电路的温度应力参数：整流半导体器件的结温Tj，通过监控一个周期的结温变化，获取最大结温Tjm。
步骤S16，数据分析模块22把计算结果发送给数据显示模块24和控制模块23。
步骤S17，控制模块23对室外机整流电路运行过程中的最大结温(温度应力参数)Tjm进行实时监控。首先对温度应力参数Tjm进行分析，判断其是否满足低应力的标准。如果都满足低温度应力标准(即温度应力参数Tjm低于相应的预设温度阈值)，则等待下个采样周期的结果并对其进行重新判断；如果不满足低温度应力标准，则把累积运行在不满足低温度应力标准的运行时间。如果运行在不满足低温度应力标准的运行总时间小于上限值，则等待下个采样周期的结果并对其进行重新判断。如果运行在不满足低温度应力标准的运行总时间超过上限值，则控制模块23通过通讯模块发送控制指令到空调器10的控制器12。
步骤S18，空调器10在控制器12的作用下，执行温度应力的释放操作。结温相对于环境的温升等于功率半导体器件的耗散功率Pd与结到环境的热阻Rja的乘积。因此任何的操作，只要能够降低整流电路中整流半导体器件的耗散功率Pd或者整流半导体器件的结到环境的热阻Rja，均应该被认为是温度应力的释放操作。
通过本发明，可以实时的监控室外机整流电路的结温并进行智能控制，从而确保室外机运行的长期可靠性。
在另一个实施例中，参考图1，上述的空调器温度应力的监控方法和系统若设置在空调器10中，则可以省略客户端，上述实施例中客户端20的各个模块可以设置在空调器上(除通讯模块外)，空调器10和云服务器30直接网络通讯，其系统的运行方法与上述实施例相同，这里不再赘述。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，并不用以限制本发明，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)

1.一种空调器温度应力的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S110，每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数，所述运行参数包括：室外机的环境温度，整流电路交流侧的输入电压和输入电流；
S120，根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数；
S130，累积所述室外机运行在所述温度应力参数超出温度阈值的运行时间；
S140，判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是则执行步骤S150，否则执行步骤S110；
S150，发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作；
所述室外机执行温度应力释放操作具体为：降低结到环境的热阻和/或降低所述整流电路中整流半导体器件的耗散功率。
2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述温度应力参数为所述整流电路中整流半导体器件的最大结温。
3.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，所述最大结温相应的温度阈值为90℃至140℃。
4.一种空调器温度应力的监控系统，其特征在于，包括信息获取模块、数据分析模块以及控制模块，其中：
所述信息获取模块用于每隔预设时间获取室外机的整流电路的运行参数，所述运行参数包括：室外机的环境温度，整流电路交流侧的输入电压和输入电流；
所述数据分析模块用于根据所述运行参数计算所述整流电路的温度应力参数；
所述控制模块用于累积所述室外机运行在所述温度应力参数的超出温度阈值的运行时间；还用于判断所累积的运行时间是否大于预设温度应力释放时间，若是，则发送指令至所述室外机，使所述室外机执行温度应力释放操作，否则所述信息获取模块重新运行；
所述室外机执行温度应力释放操作具体为：降低结到环境的热阻和/或降低所述整流电路中整流半导体器件的耗散功率。
5.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于，所述温度应力参数为所述整流电路中整流半导体器件的最大结温。
6.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于，所述最大结温相应的温度阈值为90℃至140℃。
7.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括云服务器以及客户端，该客户端与所述空调器和云服务器网络通讯，所述信息获取模块、数据分析模块以及控制模块设置于该客户端或空调器。
8.根据权利要求7所述的监控系统，其特征在于，所述信息获取模块还用于获取所述空调器的型号并上传至所述云服务器；
所述云服务器根据所述型号查找所述整流电路的参数信息发送至所述客户端；
所述数据分析模块根据所述整流电路的运行参数、所述参数信息和所述环境温度计算所述温度应力参数。
9.根据权利要求8所述的监控系统，其特征在于，所述信息获取模块，还用于获取所述空调器的地理位置，并上传至所述云服务器；
所述云服务器，与天气服务器通讯，根据所述地理位置获取所述空调器所在地的所述环境温度并发送至所述客户端。
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