CN105180538B - 变频压缩机功率分配装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变频压缩机功率分配装置及其运行方法，压缩机的进口与出口分别通过管路与电磁四通阀一侧的A口和B口相连，电磁四通阀另一侧的D口通过管路依次与冷凝器、储液罐、第一电磁阀和三向阀的A口相连，三向阀的B口通过管路依次与第一调速阀、空调调温膨胀阀和空调换热器相连，三向阀的C口通过管路依次与第二调速阀、冰箱调温膨胀阀和冰箱蒸发器相连，储液罐与第一电磁阀之间的管路上设有与冰箱蒸发器相连的支管，该支管上设有第二电磁阀。本发明使用一台压缩机为多台调温设备分配功率，不仅节约了调温设备的制造成本，同时也节省了空间，采用变频器控制压缩机，不仅可以合理地分配功率，而且也实现了快速节能的控温效果。
Description
技术领域
本发明属于功率分配装置技术领域，具体涉及一种变频压缩机功率分配装置及其运行方法。
背景技术
自变频器于20世纪80年代问世以来，已经在各大领域得到了广泛应用，近年来变频器在调温设备中也得到了广泛应用，它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，将50Hz的固定电网频率改为30-130Hz的变化频率，同时还使电源电压范围达到142-270V，彻底解决了由于电网电压的不稳定而造成家用电器不能正常工作的问题。变频采用了比较先进的技术，使电动机启动时电压较低，可以在低压和低温的条件下启动，由于实现了压缩机的无级变速，它也可以使一些调温设备适应更大面积的制冷制热需求。
目前，在生活和生产中基本上都是一台压缩机对应一台调温设备，用一台压缩机同时带动两台调温设备并不常见，采用变频器控制压缩机带动多台调温设备更是少之又少。首先，采用变频器控制压缩机实现功率分配，不仅避免了压缩机频繁开启所造成的压缩机寿命衰减，而且使得耗电量大大降低，实现了高效节能，更好地实现功率分配；其次，一台压缩机同时带动多台调温设备，一定程度上节约了调温设备的制造成本。因此，由一台变频器控制压缩机来带动两台或者多台调温设备是十分有必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单且高效节能的变频压缩机功率分配装置及其运行方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，变频压缩机功率分配装置，包括室外机和室内调温设备，其特征在于：室外机主要由变频器、压缩机、电磁四通阀、冷凝器和储液罐构成，室内调温设备包括空调调温设备和冰箱调温设备，其中空调调温设备主要由第一调速阀、空调调温膨胀阀和空调换热器构成，冰箱调温设备主要由第二调速阀、冰箱调温膨胀阀和冰箱蒸发器构成，压缩机的进口与出口分别通过管路与电磁四通阀一侧的A口和B口相连，电磁四通阀另一侧的D口通过管路依次与冷凝器、储液罐、第一电磁阀和三向阀的A口相连，三向阀的B口通过管路依次与第一调速阀、空调调温膨胀阀和空调换热器相连，三向阀的C口通过管路依次与第二调速阀、冰箱调温膨胀阀和冰箱蒸发器相连，储液罐与第一电磁阀之间的管路上设有与冰箱蒸发器相连的支管，该支管上设有第二电磁阀，变频器、电磁四通阀、第一电磁阀、第一调速阀、空调调温膨胀阀、第三电磁阀、第二调速阀、冰箱调温膨胀阀、第四电磁阀和第二电磁阀分别通过线路与微处理器相连。
本发明所述的变频压缩机功率分配装置的运行方法，其特征在于具体步骤为：
（1）冰箱和空调同时制冷，初次开机时，通过微处理器控制电磁四通阀的A口与D口导通及B口与C口导通，第一电磁阀和第四电磁阀通电打开，第二电磁阀和第三电磁阀断电关闭，第一调速阀在步进电机A驱动作用下关闭，第二调速阀在步进电机B的驱动作用下全开，当冰箱达到设定温度后，通过微处理器控制第三电磁阀通电打开，第一调速阀在步进电机A的驱动作用下全开，第二调速阀在步进电机B的驱动作用下根据所需功率调节开度，当冰箱和空调均达到设定温度后，通过微处理器控制第一调速阀和第二调速阀均全开，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀控制流量实现空调和冰箱温度的调节，当冰箱和空调的温度再次出现与设定温度值不符时，微处理器根据温度传感器收集的室内调温设备设定温度与其实际温度的差值来控制压缩机的转速和空调调温膨胀阀及冰箱调温膨胀阀的开启度，压缩机的转速与温度差之间的关系式为：n=k1(tset1-t1)+k2(tset2-t2)，式中，n是压缩机的运行转速，k1、k2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的功率分配系数，t1、t2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的实际温度，tset1、tset2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的设定温度，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的开启度与温度差的关系式分别为：Q1=λ1(tset1-t1)、Q2=λ2(tset2-t2)，式中，Q1、Q2分别是空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的开启度，λ1、λ2分别是空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的调节系数，压缩机的转速与膨胀阀的开启度相对应，通过微处理器实时控制空调调温膨胀阀、冰箱调温膨胀阀和变频器的输出功率，智能实现功率分配，进而调节室内空调设备和室内冰箱设备在设定温度值附近波动，并且维持压缩机在变频器的控制下低速运转；
（2）空调制热和冰箱制冷，通过微处理器控制电磁四通阀的B口和C口导通及A口与D口导通，第二电磁阀和第三电磁阀通电打开，第一电磁阀和第四电磁阀断电关闭，第一调速阀和第二调速阀均全开，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀控制流量实现空调和冰箱温度的调节，当冰箱和空调的温度再次出现与设定温度值不符时，微处理器根据温度传感器收集的调温设备设定温度与其实际温度的差值来控制压缩机的转速和空调调温膨胀阀及冰箱调温膨胀阀的开启度，压缩机的转速与膨胀阀的开启度相对应，通过微处理器实时控制空调调温膨胀阀、冰箱调温膨胀阀和变频器的输出功率，智能实现功率分配，进而调节室内空调设备和室内冰箱设备在设定温度值附近波动，并且维持压缩机在变频器的控制下低速运转。
本发明使用一台压缩机为多台调温设备分配功率，不仅节约了调温设备的制造成本，同时也节省了空间，采用变频器控制压缩机，不仅可以合理地分配功率，而且也实现了快速节能的控温效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图面说明：1、变频器，2、压缩机，3、电磁四通阀，4、冷凝器，5、储液罐，6、第一电磁阀，7、三向阀，8、第一调速阀，9、空调调温膨胀阀，10、空调换热器，11、第三电磁阀，12、第二调速阀，13、冰箱调温膨胀阀，14、冰箱蒸发器，15、第四电磁阀，16、第二电磁阀。
具体实施方式
结合附图详细描述本发明的具体内容。如图1所示，变频压缩机功率分配装置，包括室外机和室内调温设备，室外机主要由变频器1、压缩机2、电磁四通阀3、冷凝器4和储液罐5构成，室内调温设备包括空调调温设备和冰箱调温设备，其中空调调温设备主要由第一调速阀8、空调调温膨胀阀9和空调换热器10构成，冰箱调温设备主要由第二调速阀12、冰箱调温膨胀阀13和冰箱蒸发器14构成，压缩机2的进口与出口分别通过管路与电磁四通阀3一侧的A口和B口相连，电磁四通阀3另一侧的D口通过管路依次与冷凝器4、储液罐5、第一电磁阀6和三向阀7的A口相连，三向阀7的B口通过管路依次与第一调速阀8、空调调温膨胀阀9和空调换热器10相连，三向阀7的C口通过管路依次与第二调速阀12、冰箱调温膨胀阀13和冰箱蒸发器14相连，储液罐5与第一电磁阀6之间的管路上设有与冰箱蒸发器14相连的支管，该支管上设有第二电磁阀16，变频器1、电磁四通阀3、第一电磁阀6、第一调速阀8、空调调温膨胀阀9、第三电磁阀11、第二调速阀12、冰箱调温膨胀阀13、第四电磁阀15和第二电磁阀16分别通过线路与微处理器相连。
本发明通过把变频器、压缩机、冷凝器、微处理器以及电磁四通阀置于室外构成室外机，将室外机管道通过由步进电机控制的调速阀和三向阀分别连通室内的多台调温设备（比如两台功率不同的冰箱，两台功率不同的空调，一台空调和一台电冰箱等）。为了保证调温效果，在开机时，先让小功率调温设备全功率运行起来（此时压缩机的输出功率是小功率调温设备的额定功率），待小功率调温设备达到设定温度时，其调速阀由步进电机调节并保持在10%的开度，同时微处理器根据温度传感器收集的温差来控制其调速阀的开启度，此时空调的调速阀调至最大开度（此时压缩机的输出功率是其额定功率），初次实现功率分配。当两台调温设备都达到设定温度之后，两个调温设备就开始通过膨胀阀控制流量，微处理器根据温度传感器收集的室内调温设备设定温度与其实际温度的差值来控制压缩机的转速和空调调温膨胀阀及冰箱调温膨胀阀的开启度，压缩机的转速与温度差之间的关系式是：n=k1(tset1-t1)+k2(tset2-t2)，式中，n是压缩机的运行转速，k1、k2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的功率分配系数，t1、t2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的实际温度，tset1、tset2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的设定温度，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的开启度与温度差的关系式分别为：Q1=λ1(tset1-t1)、Q2=λ2(tset2-t2)，式中，Q1、Q2分别是空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的开启度，λ1、λ2分别是空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的调节系数，压缩机的转速与膨胀阀的开启度相对应，使换热器的能力得到最大限度的发挥。当小功率调温设备达到设定温度时，其运行功率仅为额定运行时功率的10%，为了保证此时大功率调温设备开机时以额定功率运行，本发明压缩机的额定功率满足P=10%P1+P2，其中P为压缩机的额定功率，P1为小功率调温设备的额定调温功率，P2为较大功率调温设备的额定调温功率。
下面以采用变频器控制压缩机来拖动一台空调和一台电冰箱为例，介绍本设计方案。结合图1来具体分析本发明以采用变频器控制压缩机来拖动一台空调和一台电冰箱为例的工作原理：
1、在日常生活中，冰箱处于长期通电状态，初次开机时，让冰箱先全功率运行，空调不工作。此时，微处理器通过调节调速阀的开度，使功率分配全部在冰箱调温部分。此时由于冰箱内部的实际温度与设定温度相差较大，在微处理器调节下，冰箱调速阀的开度至最大状态，空调的调速阀处于关闭状态。当冰箱的温度达到设定为温度时，温控检测系统调节调速阀达到10%的开度，当冰箱达到设定温度后，冰箱需要的功率较少，此后冰箱调速阀保持在10%的开度，空调的调速阀调至最大开度。当冰箱和空调都达到设定温度时，压缩机处于低速运转维持室温基本不变，而目前电冰箱的温度就在其设定温度上下较小幅度的波动，所需的功率较少。
2、电冰箱和空调都制冷时。在开机状态下，当空调与冰箱都达到设定温度时，该调温系统达到稳定状态，压缩机在在变频器控制下低转速、低能耗状态运转，仅以所需的功率维持设定的温度。
部分电路元件的工作状态是：刚开机时，电磁四通阀A口和D口导通及B口和C口导通，第一电磁阀和第四电磁阀通电打开，第二电磁阀和第三电磁阀断电关闭，第一调速阀在步进电机A的驱动下达到最小开度（关闭状态），第二调速阀在步进电机B的驱动下达到最大开度。当冰箱达到设定温度时，第三电磁阀通电打开，第一调速阀在步进电机A的驱动下全开，第二调速阀在步进电机B的驱动作用下根据所需功率调节开度（由于此时电冰箱达到设定温度，所需功率小，对应阀门的开度小）。此后冰箱一直处于设定温度，空调逐步达到设定温度，当电冰箱和空凋都达到设定温度时，此时的第一调速阀和第二调速阀均处于最大开度，压缩机在变频器控制下处于低速运转。
制冷剂的流向：首先制冷剂自压缩机的出口a经电磁四通阀的内管AD，冷凝器，储液罐，第一电磁阀，三向阀，第二调速阀，冰箱调温膨胀阀，冰箱蒸发器，第四电磁阀及电磁四通阀的内管BC回到压缩机的进口b。当冰箱达到设定温度时以后，制冷剂自压缩机的出口a，经电磁四通阀的内管AD，冷凝器，储液罐，第一电磁阀，经三向阀后一分为二，一路经第一调速阀，空调调温膨胀阀，空调换热器，第三电磁阀及电磁四通阀的内管BC回到压缩机的进口b；另一路是经第二调速阀，冰箱调温膨胀阀，冰箱蒸发器，第四电磁阀及电磁四通阀的内管BC回到压缩机的进口b。
制冷原理：制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器，同时室外外机风扇吸入的室外空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸汽凝结为高压液体，高压液体经过膨胀阀喷入蒸发器，并在相应的低压下蒸发，吸取周围的热量。同时贯流风扇使空气不断进入蒸发器的肋片间进行热交换，并将放热后变冷的空气送向室内，使室内的空气不断地循环。
3、空调制热与冰箱制冷。此种状态与空调和冰箱均制冷时，在功率分配方面是相同的，也是先让冰箱达到设定温度，在保持冰箱设定温度的情况下，再让空调达到设定温度，最后整个调温系统维持在设定温度附近以较小的幅度波动；与空调和冰箱均制冷时所不同的是空调在制热时制冷剂的流向。待冰箱与空调达到设定温度时，电磁四通阀的内管BC导通，第三电磁阀和第二电磁阀通电打开，第一电磁阀和第四电磁阀断电关闭，第一调速阀和第二调速阀处于最大开度。制冷剂的流向是：自压缩机的出口a经电磁四通阀的内管BC，第三电磁阀，空调换热器，空调调温膨胀阀，第一调速阀，三向阀，第二调速阀，冰箱调温膨胀阀，冰箱蒸发器，第二电磁阀，储液罐，冷凝器及电磁四通阀的内管AD回到压缩机的进口b。
制热原理：空调制热时，压缩机会对气体制冷剂加压，使其成为高温高压气体，再经过室内机的换热器进行冷凝液化，放出大量热量，提高室内空气的温度。然后，膨胀阀会将液体制冷剂减压，制冷剂经电冰箱的换热器蒸发气化吸取电冰箱空气的热量，变成气体开始下一个循环。
4、对于当空调与电冰箱达到设定值之后，再次出现温度不符合各个调温部分的设定值时，此时通过微处理器的实时控制，调节两个调温设备膨胀阀的开启度和压缩机的转速，智能地实现功率分配，进而使整个调温系统维持在设定值附近，此时压缩机又工作在低转速、低能耗状态。
综上所述，本发明通过采用变频器控制压缩机为两台调温设备分配功率，不仅节约了调温设备的制造成本，而且节省空间；通过步进电机控制调速阀的开度，首次实现功率分配；室内或冷藏室的温度在达到设定值时，在压缩机工作状态下，室内或冷藏室的温度在较小的范围内波动，对电冰箱来说更适宜冷藏和保鲜，对于空调来说，调节的温度更舒适。另外，变频器控制压缩机，不会出现压缩机频繁的启动与关机，较之定频式压缩机，没有启动时的冲击电流，而且还节能静音。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (2)
1.变频压缩机功率分配装置，包括室外机和室内调温设备，其特征在于：室外机主要由变频器、压缩机、电磁四通阀、冷凝器和储液罐构成，室内调温设备包括空调调温设备和冰箱调温设备，其中空调调温设备主要由第一调速阀、空调调温膨胀阀和空调换热器构成，冰箱调温设备主要由第二调速阀、冰箱调温膨胀阀和冰箱蒸发器构成，压缩机的进口b与出口a分别通过管路与电磁四通阀一侧的A口和B口相连，电磁四通阀另一侧的D口通过管路依次与冷凝器、储液罐、第一电磁阀和三向阀的A口相连，三向阀的B口通过管路依次与第一调速阀、空调调温膨胀阀和空调换热器相连，三向阀的C口通过管路依次与第二调速阀、冰箱调温膨胀阀和冰箱蒸发器相连，储液罐与第一电磁阀之间的管路上设有与冰箱蒸发器相连的支管，该支管上设有第二电磁阀，第三电磁阀的一端与空调换热器相连，第四电磁阀的一端与冰箱蒸发器相连，第三电磁阀的另一端与第四电磁阀的另一端合并为一个管路与电磁四通阀的C口相连，变频器、电磁四通阀、第一电磁阀、第一调速阀、空调调温膨胀阀、第三电磁阀、第二调速阀、冰箱调温膨胀阀、第四电磁阀和第二电磁阀分别通过线路与微处理器相连。
2.一种权利要求1所述的变频压缩机功率分配装置的运行方法，其特征在于具体步骤为：（1）冰箱和空调同时制冷，初次开机时，通过微处理器控制电磁四通阀的A口与D口导通及B口与C口导通，第一电磁阀和第四电磁阀通电打开，第二电磁阀和第三电磁阀断电关闭，第一调速阀在步进电机A驱动作用下关闭，第二调速阀在步进电机B的驱动作用下全开，当冰箱达到设定温度后，通过微处理器控制第三电磁阀通电打开，第一调速阀在步进电机A的驱动作用下全开，第二调速阀在步进电机B的驱动作用下根据所需功率调节开度，当冰箱和空调均达到设定温度后，通过微处理器控制第一调速阀和第二调速阀均全开，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀控制流量实现空调和冰箱温度的调节，当冰箱和空调的温度再次出现与设定温度值不符时，微处理器根据温度传感器收集的室内调温设备设定温度与其实际温度的差值来控制压缩机的转速和空调调温膨胀阀及冰箱调温膨胀阀的开启度，压缩机的转速与温度差之间的关系式为：n=k1(tset1-t1)+k2(tset2-t2)，式中，n是压缩机的运行转速，k1、k2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的功率分配系数，t1、t2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的实际温度，tset1、tset2分别是空调调温设备和冰箱调温设备的设定温度，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的开启度与温度差的关系式分别为：Q1=λ1(tset1-t1)、Q2=λ2(tset2-t2)，式中，Q1、Q2分别是空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的开启度，λ1、λ2分别是空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀的调节系数，压缩机的转速与膨胀阀的开启度相对应，通过微处理器实时控制空调调温膨胀阀、冰箱调温膨胀阀和变频器的输出功率，智能实现功率分配，进而调节室内空调设备和室内冰箱设备在设定温度值附近波动，并且维持压缩机在变频器的控制下低速运转；（2）空调制热和冰箱制冷，通过微处理器控制电磁四通阀的A口和C口导通及B口与D口导通，第二电磁阀和第三电磁阀通电打开，第一电磁阀和第四电磁阀断电关闭，第一调速阀和第二调速阀均全开，制冷剂自压缩机的出口a经电磁四通阀的内管AC、第三电磁阀、空调换热器、空调调温膨胀阀、第一调速阀、三向阀、第二调速阀、冰箱调温膨胀阀、冰箱蒸发器、第二电磁阀、储液罐、冷凝器及电磁四通阀的内管DB回到压缩机的进口b，空调调温膨胀阀和冰箱调温膨胀阀控制流量实现空调和冰箱温度的调节，当冰箱和空调的温度再次出现与设定温度值不符时，微处理器根据温度传感器收集的调温设备设定温度与其实际温度的差值来控制压缩机的转速和空调调温膨胀阀及冰箱调温膨胀阀的开启度，压缩机的转速与膨胀阀的开启度相对应，通过微处理器实时控制空调调温膨胀阀、冰箱调温膨胀阀和变频器的输出功率，智能实现功率分配，进而调节室内空调设备和室内冰箱设备在设定温度值附近波动，并且维持压缩机在变频器的控制下低速运转。
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Denomination of invention: Power distribution device and operation method of variable frequency compressor Granted publication date: 20171222 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Qingpu sub branch Pledgor: CHIMEI ELECTRIC MOTORS (SHANGHAI) CO.,LTD. Registration number: Y2024310000359 |