CN1051841C - 空调机的电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调机的电流检测方法。本发明能够不滞后于空调机运转电流的变化，正确地检测运转电流的变化，能够把切断电源的运转电流设定值设定得接近于允许电流，以提高冷、暖气设备的能力。本发明能够根据有效值进行电流控制，而与电流波形的失真及形状无关。

Description

空调机的电流检测方法

本发明涉及空调机的电流检测方法和电流检测装置。

已知的空调机如图14所示，通常是由室内机组A和室外机组B构成的分离式空调机，室内机组A中除了热交换器之外，还装有风扇电机和风门电机或者控制用的微机等负载70；室外机组B中除了热交换器、压缩机、减压装置之外，还装有风扇电机和控制用的微机等负载80。

家用空调机通常使用100伏的商用交流电源进行运转，但是，因为插座1的允许电流设定为20安，所以，当空调机的耗电增大、运转电流超过20安时，就会启动断路器把电源切断。为此，检测空调机的运转电流，当消耗电流好像要超过20安时，便降低压缩机的能力，使消耗电流减小。

如图14所示，在先有的运转电流检测电路中，设有检测室外机组B负载电流的变流器(CT)81，该变流器81的初级与向负载80馈电的馈电线之间为电感耦合，利用电阻82、二极管83、滤波电容器84，对变流器81的次级输出电流进行整流、滤波，利用电阻85a、85b进行分压后以适当的直流电压输入到微机86的模-数端上。利用微机86判断运转电流是否达到了设定值。

但是，在这样的运转电流检测电路中，因为滤波电容器84采用了静电容量很大的电容器，所以，这个电容器起到低通滤波器的作用，例如，对于倒相空调的情况，当想急剧地增大冷、暖气设备的能力而提高压缩机的能力时，虽然实际的运转电流急剧地增大，但变流器81检测后输入微机86的该运转电流的增大，比实际运转电流的增大稍有滞后。因此，虽然把切断电源的运转电流的设定值设定为允许电流20安，但实际电流已超过20安的允许电流，所以，为了使实际运转电流不超过允许电流20安，保证安全，现在把切断电源的运转电流设定值设定为18安左右，小于允许电流20安。

另一方面，在先有的运转电流检测电路中，把滤波电容器84的电容量设定得大，补偿电流变化的滞后以获得接近于电流峰值的电流值。

但是，采用这样的对策，也不能兼顾跟随电流的变化和检测出正确的电流值，同时，对于失真的电流波形，电流值与实际电流的误差很大。

但是，切断电源的电流设定值越接近于20安，越能提高压缩机的最大能力，从而可望提高冷、暖气设备的能力。

本发明是鉴于上述各点而提出的，目的在于能够不滞后地比较正确地检测运转电流的变化，从而能够把切断电源的运转电流设定值设定得接近于允许电流，以提高冷、暖气设备的能力。

为了达到上述目的，本发明把电源供给空调机电力的电流波形变换成在每一个给定周期内经过A/D(模-数)变换的电流值的变化，把这些电流值的平均值作为电源供给空调机电力的电流值，来检测空调机的电流。

本发明提出的空调机的电流检测装置包括检测流经空调机的电流的变流器(CT)、把该变流器的次级输出电压变换成数字数据的A/D(模-数)变换部分和求该数字数据平均值的运算部分，把与该平均值对应的电流值作为流经空调机的电流。

此外，为了达到上述目的，本发明提出的空调机的电流检测方法是，在具有能力可变型压缩机并将该压缩机的能力可变地控制得与空调负载的大小相一致的同时，为使流经压缩机的电流不超过设定值而向降低上述压缩机能力的方向进行校正控制的空调机中，把电流波形变换成在每一个给定周期内经过A/D(模-数)变换的电流值的变化，根据这些电流值的平均值、向降低上述压缩机的能力的方向进行校正控制。

为了达到上述目的，本发明提出的空调机的电流检测装置包括：检测空调机负载电流的变流器、把给定电位加到这个变流器次级一端上的恒流电压部分、把出现在变流器次级另一端上的电压变换成数字数据的A/D(模-数)变换部分、在每一个给定周期内在上述A/D变换部分进行A/D变换的定时器部分和在每一个给定周期内把从A/D变换部分得到的数字数据的平均值作为空调机的运转电流而输出的运算部分。

通过把电流波形直接以数字数据输入，求该数字数据的平均值，可以得到流经空调机的电流的正确有效值。

图1为本发明的电流检测装置的一个实施例；

图2为应用本发明的一种空调机的制冷循环的制冷剂回路图；

图3为应用本发明的空调机的控制电路；

图4为本发明的电流检测电路的输出电压波形图；

图5为本发明中微机内的电流运算操作流程图的一个例子；

图6为本发明中微机内的电流运算操作流程图的另一例子；

图7为根据本发明的电流检测装置的输出进行的频率校正的流程图；

图8是与变流器的输出电流对应的运转电流的状态；

图9为本发明的电流检测与先有的电流检测相比较的电流变化图；

图10为先有的空调机所用的电流检测电路的另一例；

图11为图10所示的先有的电流检测电路中各部分的波形图；

图12为使用三相交流电源时流经变流器的一相的电流波形图；

图13为本发明的电流检测装置的另一实施例；

图14为先有的空调机所用的电流检测电路的一个例子。

33变流器

40电流检测电路

41微机

91电阻

92a电阻

92b电阻

下面，根据附图，说明本发明的实施例。

图2为应用本发明的一种空调机的制冷循环的制冷剂回路图。

在图2中，1为在内部具有电机部件和利用这个电机部件驱动的压缩部件的密封式压缩机，2为减小从压缩机1涌出制冷剂所发声音的消音器，3为在冷气设备运转或暖气设备运转时改变制冷剂流动方向的四通阀，4为热源端的热交换器，5为毛细管(减压装置)，6为过滤网，7为使用端的热交换器，8为消音器，9为储液器，10为电磁阀。

根据四通阀3的状态和电磁阀10的通断状态，可以把从压缩机1涌出的制冷剂的流动分成三种方式：实线箭头(冷气设备运转)、虚线箭头(暖气设备运转)、点加实线箭头(除霜运转)。冷气设备运转时，热源端的热交换器4起冷凝器的作用，使用端的热交换器7起蒸发器的作用；暖气设备运转时，使用端的热交换器7起冷凝器作用，热源端的热交换器4起蒸发器作用；除霜运转时，在冷气设备运转的制冷剂流中，把从压缩机涌出的制冷剂的一部分直接供给热源端的热交换器4，使热源端的热交换器4的温度上升，进行热源端的热交换器4的除霜。

图3应用本发明的空调机的控制电路，在图3中央所画一条点划线左侧的电路部分是设置在室内机组A中的控制电路，其右侧的电路部分是设置在室外机组B中的控制电路，这两个控制电路用电源线100和通信线200连接起来。

在室内机组A的控制电路中，设置有把从插头10提供的交流100伏整流的整流电路11、根据来自微机14的信号而把加到向室内送冷风的直流风扇电机(无刷电机)(M₁)16上的直流电源电压变换成10-36伏的电机用电源电路12、产生微机14用的5伏直流电压的控制用电源电路13、根据与直流风扇电机16的旋转位置信息对应的微机14的信号控制直流风扇电机16中定子线圈通电定时的电机驱动电路15、设置有室内机组A的操作板上的ON-OFF(通-断)开关、试运转开关等的开关板17、接收来自无线电遥控器60的远距离操作信号(ON-OFF信号，冷、暖气设备切换信号，室温设定值信号等)的接收器18a、显示空调机运转状态的显示板18和操纵风门以使冷、热风吹出方向可变的风门电机(M₂)19。

此外，还设置有检测室温的室温传感器20、检测室内热交换器的温度的热交换器温度传感器21和检测室内湿度的湿度传感器22，微机14对这些传感器的检测值进行A/D变换后读入。另一方面，微机14通过串行电路23和端子板T3向室外机组B传送控制信号。此外，根据来自微机14的信号，通过驱动器24控制双向可控硅开关26和加热器继电器27，以此对除湿时再加热用的加热器25的通电进行相位控制。

30是外加的ROM，其中存储着特定空调机的机型和各种特性的“固有数据”。在接通电源以后和运转停止以后，从存储着这些固有数据的外加ROM30中读入这种固有数据。接通电源时，从外加ROM 30中读入固有数据，在这种读入终了以前，不能从无线遥控器60输入指令，也不能检测后述的运转、试运转开关的状态。

下面，说明室外机组B的控制电路。

在室外机组B中，设置有分别与室内机组A中端子板T₁、T₂、T₃连接的端子板T₁′、T₂′、T₃′。31是并联连接到端子板T₁、T₂上的变阻器，32是噪声滤波器，34是扼流圈，35是把倍压进行滤波的滤波电路，可从100伏交流电压获得约280伏的直流电压。

39是为了把从端子板T₃′输入的、来自室内机组A的控制信号传送给微机41而进行信号变换的串行电路；40是利用变流器(CT)33检测供给室外机组B的负载电流并在滤波成直流电压以后供给微机41的电流检测电路；41是微机；42是产生微机41所用电源电压的开关电源电路。38是根据来自微机41的控制信号、对于给下述压缩机43通电进行PWM(脉冲宽度调制)控制的电机驱动电路；把6个大功率晶体管以三相桥式连接起来，构成所谓的倒相装置。43是驱动制冷循环压缩机的压缩机电机，44是检测压缩机涌出端的制冷剂温度的涌出温度传感器，45是三速调速风扇电机，向室外的热交换器送风。46和47是为了在制冷循环中切换制冷剂流路的四通阀和电磁阀。

室外机组B中设置有为了检测吸气口附近的外部气温的外部气温传感器48和为了检测室外热交换器的温度的热交换器温度传感器49，微机41对这些传感器48、49的检测值进行A/D变换后读入。

50是与室内机组A中的外加ROM30具有相同功能的外加ROM，在ROM50中，存储着与对ROM30说明过的相同的室外机组B的固有数据。

在室内机组A和室外机组B的控制电路中所示的符号F表示保险丝。

微机14和41(控制单元)是把在内部预先存储了程序的ROM、存储着参考数据的RAM和执行程序的CPU装入同一个机壳内的装置(Intel公司生产的87C196MC型(MCS-96序列))。

图1为本发明的空调机的电流检测电路的一个实施例，是图3所示的电流检测电路40的具体电路。

电流检测电路由检测流经空调机室外机组电流的变流器33、与该变流器33次级连接的电阻91、分压电阻92a和92b构成。变流器33输出端子a上的电压直接供给微机41的A/D端。微机41以500微秒的周期读入该数据。

+5伏电压加到分压电阻92a和92b的串联电路上。因为电阻92a和92b采用电阻值相同的电阻，所以，加到电阻92a和电阻92b的连接点即变流器33的输出端子b上的电压为2.5伏。

电阻91的电阻值设定得使变流器33的输出端子a的电压变动以2.5伏(输出端子b上的电压)为界，上、下振幅为2.5伏，而且，为正的2.5伏时，电流的峰值对应于30伏。

因此，加到微机41的A/D端上的电压在0-5伏内变化。

图4为加到微机41上的电压的波形(对应于电流的电压波形)。该波形是以2.5伏为中心、上、下振动的正弦波(无失真状态)。以500微秒的周期对这个电压的变化进行A/D变换后，作为数字数据存储到微机内。为了说明，图4中把500微秒的时间宽度放大了。

图5为表示微机41进行电流运算的主要操作的流程图。

接通空调机的电源开关(图中未示出)时，电流运算的操作就开始了。首先，进行初始化(S-1)、装在微机41中的定时器开始计时。在还没有经过500微秒的时候内，根据实际电流值I来控制电流(S-7)、产生PWM(脉冲宽度调制)信号(S-8)、进行其它控制(S-9)；经过了500微秒时，把已存储的Dn传送给D_n+1(S-3)(n在0-200中变化)；把变流器33输出端子a上的电压值作为电流数据读入，从加到微机41上的电压数字值减去正弦波的中心2.5伏值的绝对值作为Do(S-4)。这样，便能把电流的上、下振幅进行全波整流和读入。接着，进行(1)式所示的运算(S-6)。从运算开始一直到读入200个数据Dn，都不进行电流运算(S-5)，在读入200个数据后，利用下列(1)式运算电流(S-6)。 $I=I\left(\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\mathrm{Di}}{n}\right)--\left(1\right)$ 通过进行与这一流程图对应的电流运算操作，能够算出每500微秒的实际电流值I(实际上，相当于有效值)。通过假定n＝200，能够求出50Hz交流中5个周期的平均值、60Hz交流中6个周期的平均值。

在图5所示的实例中，每500微秒进行一次电流运算，图6是每200毫秒进行一次电流运算的实例。

步骤(S-1)、(S-2)与图5中相同，但是，经过了500微秒时，进行与图5中的步骤(S-4)相同的数据Do的运算(S-10)，此后，把每隔500微秒读入的数据Do加到数据D上(S-11)。在200毫秒内重复这种状态，读入并存储400个数据。经过200毫秒时(S-12)，利用下列(2)式进行电流的运算(S-13)。 $I=I\left(\frac{D}{400}\right)--\left(2\right)$ 在步骤(S-2)中，未达到500微秒以前的电流控制(S-7)、PWM信号的产生(S-8)和其它控制(S-9)，都与图5的情况相同。

图7为图5中步骤(S-6)的操作即根据实际电流值I，校正向压缩机提供三相交流电时的频率Fo的流程图。

在该流程图中，I＝TRIP(自动跳闸)是实际电流值I处于图8所示TRIP范围即超过允许电流值20安的范围的情况，I＝DOWN(降低)是实际电流值I处于图8所示的DOWN范围即非常接近于允许电流20安的范围的情况。图8中的Is是为了使实际电流值I处在允许电流20安以内而设定的值。当实际电流值I增大和减小时，该Is的设定有差别。在本实施例中，考虑到压缩机最小的能力变动范围(1赫)，设定Is＝19.8安。把允许电流即最大消耗电流控制到小于15安时，可以设定Is＝14.8安。

根据图7的流程图进行说明，首先，微机41判断实际电流值I是否处于图8的TRIP的范围内(S-20)，如果处于TRIP的范围内，在判断运转电流I处于超过允许电流20安的危险状态时，令供给压缩机的三相交流电源的频率Fo等于零(S-21)。与此相反，当实际电流值I不在TRIP的范围内时，则判断I是否处于DOWN的范围内(S-22)，如果处于DOWN的范围，则使从目标频率F减去1赫，如果不在DOWN的范围，则令目标频率F等于从室内机组A通过通信线200传送的频率值Fo(S-24)。

此后，把实际供给压缩机的频率Fo与目标频率F加以比较(S-25)，如果F＞Fo，则把供给频率Fo加1赫(S-26)，如果F≤Fo，则判断是否F＜Fo(S-27)，如果F＜Fo，则从供给频率F减去1赫。但是，如果F＝Fo，则保持不变。

如上所述，通过求实际电流值I，可以进行与实际电流值I对应的电流控制。也就是，与利用经过电容器滤波以后的近似电流值的先有控制方法相比，能够把实际电流的变动范围控制到很小。

图9是用本发明检测的实际电流值和利用图10所示的先有的电流检测电路检测的电流值的变化。图10所示的电流检测电路中，滤波用的电容器84为220微法、电阻85a、85b为2千欧，电容器87为1微法。

图9中，实线表示利用本发明检测的实际电流值，点划线和双点划线表示先有技术的电流值。点划线所示的电流的变化是设定滤波电容器的容量使得电流稳定时所示的电流有效值(利用本发明检测的实际电流)的情况；双点划线所示的电流的变化是设定滤波电容器的容量使得电流稳定时所示的基本上为电流波形的峰值电流值的情况。图10所示的电流检测电路中，各元件的值是为了得到电流峰值的数值，变流器81的瞬时电流为0安时，输出电压为0伏；瞬时电流为30安时，输出电压为5伏。

在图10所示的电流检测电路中，微机86对与电流值对应的电压(0-5伏)进行A/D变换并读入，将电流值将该电压对应的数字数据值与电流值相联系，进行控制。

图9中，实际电流值稳定为Io时，点划线的电流值表示Io(有效值)，双点划线的电流值表示I₁(峰值)。经过t₀-t₄时间后，电流以

的速率增大时，点划线的电流值和双点划线的电流值虽然同时增大，但是，因为需要给滤波电容器充电，所以，点划线和双点划线的电流值的变化速率比实际电流值的变化要慢，到达同一电流值时，会产生时间延迟。例如，设实际电流值变为I₂的时间为t₁，则双点划线和点划线电流值变为I₂的时间分别为t₂和t₃。

因此，在利用图10所示的先有电流检测电路检测电流时，例如，检测电流I₂时，由于实际电流已分别增加为I₂₁、I₂₂，所以，在进行电流控制时，必须考虑这个电流的增量，而把电流设定值设定得小一些。此外，由于这个电流的增量受实际电流的变化速率影响(如果变化速率大，则增量也变大)，因此，上述电流设定值还必需考虑这种变化速率所引起的增量的不同。

也就是说，在电流设定值上增加裕量后，使实际电流的变动范围增大。

点划线和双点划线所示的检测电流，其收敛时间分别延迟为t₅、t₇。

如上所述，在先有的电流检测电路中，因为使用了滤波电容器，所以，对实际电流的跟随性差。

在本发明中，微机41虽然根据变流器33的输出来判断运转电流是否达到了切断供给电源的设定值，但是，因为微机41直接读入变流器33的输出，所以，运转电流的变动没有滞后，而且，能够检测出有效值。为此，能够把切断供给电源的最低运转电流设定得大于18安、非常接近于允许电流20安。于是，当电流值接近20安时，可以进行压缩机驱动电机的倒相控制，所以，能够增强冷、暖气设备的能力。

图11为使用单相交流电，压缩机实际运转时变流器33检测的电流的波形。该电流波形(b)的失真是由于整流滤波电路进行倍压整流时产生的。(a)为倍压整流后滤波电容器端子间的电压，虚线表示全波整流后的电压的变换。只有在滤波电容器上的电荷消耗掉、滤波电容器端子间的电压变为低于全波整流后的电压时，才有(b)所示的电流在流动。

图11(c)为利用电容器对变流器33检测的电流进行滤波以后的电压变化，在先有的电流检测电路中，根据这个电压来判断运转电流值。因此，在实际流动的电流[(b)所示的波形的面积]和与图11(c)所示的电压对应的电流值之间，存在着很大的误差。

利用本发明的电流检测，把图11(b)所示的电流波形直接变换成数据的变化并读入，因此，能够得到(b)所示的波形的平均值(有效值)。显而易见，图11(c)所示的电流值大于该平均值。此外，由(c)可知，由于稳定时电压的变动范围变小了，因此，可使图10所示的滤波电容器的电容量增大。

图12为使用三相交流电源时流经变流器的一相电流的电流变化波形图。利用本发明电流检测时，对这种失真的电流波形也能直接求出电流的平均值。

图13为代替图1的本发明电流检测电路的另一个实施例。图13中，对于与图1相同的构成部件标以相同的数字。

这个实施例利用全波整流器93对变流器33的输出电压进行全波整流，利用电阻94a、94b将全波整流器93的输出进行分压，把分压点C上的电压输给微机41。

根据这个实施例，电流检测的分辨率变为2倍，能够减小电流检测的误差。

根据本发明，可以得到下述效果。

(1)把电流波形变换成在每一个给定周期内电流值的变化并存储起来，把这个电流的平均值作为这个电流波形的电流值，因此，能够直接得到电流波形的有效值。也就是说，电流变动时通常也能够得到有效值，所以，进行电流控制时，能够把对于电流上限值的设定值设定到接近电流上限值。

于是，能使空调机的运转电流实际上接近允许电流，因此，在电流的上限以内，空调机开始运转时通常能够以最大能力运转，从而使空调运转的起始特性良好。

(2)把电流波形变换成在每一个给定周期内电流值的变化并存储起来，把这个电流的平均值作为这个电流波形的电流值，因此，总能得到有效值，而与电流波形的失真或形状无关。也就是说，与那种利用滤波电容器吸收电流波形失真和变形的先有技术相比较，不利用滤波电容器的电路对于电流变化的跟随性快，能够直接得到没有时间滞后的电流的有效值，而不是电流的平均值，因此，总能根据有效值进行电流控制，而与电流波形的失真无关。

Claims (2)

1.一种空调机的电流检测方法，其特征在于：把从电源供给空调机的电源的电流波形变换成在每一个给定周期内经过A/D(模-数)变换的电流值的变化，把该电流值的平均值作为从电源供给空调机的电源的电流值进行检测。

2.一种空调机的电流检测方法，其特征在于：在具有功率可变型的压缩机、并将该压缩机的功率可变地控制得与空调负载的大小相一致的同时，为使流经该压缩机的电流不超过设定值而向降低该压缩机的功率的方向进行校正控制的空调机中，把电流波形变换成在每一个给定周期内经过A/D(模-数)变换的电流值的变化，根据该电流值的平均值向降低该压缩机的功率的方向进行校正控制。

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