CN105864010B - 一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法 - Google Patents

一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种多速电机驱动的空调压缩机，包括机壳和设置在机壳内的电机，其特征在于：所述电机为多速电机，所述多速电机设有电源接线端和至少两根用于调节电机转速的调速抽头，还包括设置在机壳外的控制器、开关切换装置和温度检测装置，所述电源接线端与电网电源相连，所述开关切换装置和温度检测装置均与控制器电连接，所述开关切换装置分别与各调速抽头电连接用于将电源接入到相应的调速抽头所在的回路上。该多速电机驱动的空调压缩机能避免电机频繁重启、工作噪音小、耗电量少且成本较低。此外本发明还提供了一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，该方法无需专用的驱动控制器，但仍然可实现电机的多转速调节。

Description

一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法
技术领域
本发明涉及一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法。
背景技术
空调压缩机是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发的制冷循环，来满足不同环境温度的冷热需求。而目前压缩机主要有两类，一类是变频压缩机，是靠直流电机驱动来实现压缩循环，另一类是定速压缩机，是靠定速电机提供动力。“变频”和“定速”是空调控制系统的两种类型，定速压缩机的电机转速是固定的，即从启动到停机都是一样的，在室内温度达到目标温度后，电机会自动停止运行，而后室内温度偏离目标温度一定范围时，电机又重新自动启动，从而使房间温度保持在一个范围值内；而变频压缩机的电机在启动时是以全速运行，在室内温度接近目标温度时，变频压缩机的电机会自动降低运转频率，使变频压缩机的输出功率逐渐降低，越接近目标温度，频率变得越低，输出功率也就越小，直到达到目标温度后，变频压缩机以最低的频率维持工作。
但是现有的定速压缩机和变频压缩机存在以下问题：定速压缩机是间歇性工作的，电机需要频繁重启、所以工作噪音较大，电机启动时电流较大，耗电量也较多；变频压缩机是连续工作的，所以不存在电机反复启动的问题，相比定速压缩机噪音较小，耗电量也较少，但是变频压缩机需要配套专门的驱动控制器，一套驱动控制器成本占整个空调成本的30％，因此变频压缩机的价格较为昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能避免电机频繁重启、工作噪音小、耗电量少且成本较低的多速电机驱动的空调压缩机。
本发明的技术解决方案是：一种多速电机驱动的空调压缩机，包括机壳和设置在机壳内的电机，其特征在于：所述电机为多速电机，所述多速电机设有电源接线端和至少两根用于调节电机转速的调速抽头，还包括设置在机壳外的控制器、开关切换装置和温度检测装置，所述电源接线端与电网电源相连，所述开关切换装置和温度检测装置均与控制器电连接，所述开关切换装置分别与各调速抽头电连接用于将电源接入到相应的调速抽头所在的回路上。
采用上述结构后，本发明具有以下优点：
本发明空调压缩机采用多速电机驱动，控制较为简单，无需专用的驱动控制器，只需要在外部设置温度检测装置、开关切换装置和通用的控制器，即可实现多种转速的调节，因此成本较低；此外相比定速压缩机，由于可以实现多个转速的调节，能有效避免频繁到温停机再启动对电网的冲击，而且噪音较小、耗电量也较少。
作为优选，所述开关切换装置为继电器，所述继电器的个数与调速抽头的个数相等，所述各继电器的一次侧的控制端分别与控制器电连接，二次侧的一端与电源接线端中的火线或零线电连接，另一端分别与各调速抽头电连接。该设置简单可靠，成本低，并利于自动控制。
作为优选，所述多速电机为三速电机，所述三速电机设有三个调速抽头。三速电机既可满足使用需求，又不过多增加成本。
本发明要解决的另一技术问题是：提供一种无需专用的驱动控制器、成本低、噪音小、耗电量少的多速电机驱动的空调压缩机的控制方法。
本发明的技术解决方案是：一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)上电初始化，设置目标温度TS、调速抽头个数N、第一室内温差阈值T1、第二室内温差阈值T2…第N-1室内温差阈值TN-1，且T1<T2<…<TN-1，并将上述参数存储到控制器内；
(2)通过室内温度检测装置检测室内温度T，并传输给控制器，由控制器自动计算室内温度和目标温度的差值△T＝∣TS-T∣；
(3)由控制器自动判断△T符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件切换压缩机至相应的档位工作，设定第一调速抽头、第二调速抽头…第N调速抽头所对应的电机转速逐渐升高，即档位逐渐升高：
若△T＝0，则判定压缩机应停止工作，控制所有继电器均断开，多速电机停转，并返回步骤(2)；
若0<△T<T1，则判定压缩机应在1档工作，控制与第一调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
若T1<△T<T2，则判定压缩机应在2档工作，控制与第二调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
…
若TN-2<△T<TN-1，则判定压缩机应在N-1档工作，控制与第N-1调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
若△T>TN-1，则判定压缩机应在N档工作，控制与第N调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)。
采用上述方法后，本发明具有以下优点：
本发明一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法只要采用温度传感器采集室内温度，根据室内温度和预设的目标温度就可实现多速电机的转速调节，无需专用的驱动控制器、成本低，此外相比定速压缩机，由于可以实现多个转速的调节，能有效避免频繁到温停机再启动对电网的冲击，而且噪音较小、耗电量也较少。
作为优选，在步骤(3)中根据判定条件切换压缩机至相应的档位工作之前，还需判断步骤(3)中压缩机是否进行了换挡，换挡是指本次应切换到的档位与上一次档位不同，若是，则由控制器自动延时第一时间S1后返回步骤(2)，若否，则直接返回步骤(2)，所述第一时间S1预先设置并存储在控制器内。该设置有避免频繁换档对电网造成的冲击，并减少对压缩机的损坏，进一步减少噪音
作为优选，在步骤(3)中判断出△T符合某一项判定条件后，在进行该项判定条件下的压缩机的相应档位切换之前，还需通过室外温度检测装置检测室外温度TW，并根据空调是处于制冷模式还是制热模式，由控制器自动判断室外温度TW符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件判断压缩机应工作的相应档位：
在制冷模式下：
若TW<TC1，则判定压缩机应在1档或2档工作，；
若TC1<TW<TC2，则判定压缩机应在2档或3档工作；
…
若TCN-2<TW<TCN-1，则判定压缩机应在N-1档或N档工作；
若TW>TCN-1，则判定压缩机应在N档工作；
制冷模式下第一制冷室外温度阈值TC1、第二制冷室外温度阈值TC2…第N-1制冷室外温度阈值TCN-1预先设置并存储在控制器内,且TC1<TC2<…<TCN-1；
在制热模式下：
若TW<TH1，则判定压缩机应在N档工作；
若TH1<TW<TH2，则判定压缩机应在N档或N-1档工作；
…
若THN-2<TW<THN-1，则判定压缩机应在2档或3档工作；
若TW>THN-1，则判定压缩机应在1档或2档工作；
制热模式下第一制热室外温度阈值TH1、第二制热室外温度阈值TH2…第N-1室外温度阈值THN-1预先设置并存储在控制器内,且TH1<TH2<…<THN-1；
将TW作为判定条件得到的判断结果与△T作为判定条件得到的判断结果进行结合，来控制压缩机的相应档位的切换，若两者不一致，则依据约定的两个判定条件的优先级进行判断，得到最终的判定结果，并进行压缩机的相应档位切换。该设置可使多速电机的控制能考虑实际的使用需求，控制更加合理可靠。
作为优选，在步骤(3)中判断出△T符合某一项判定条件后，在进行该项判定条件下的压缩机的相应档位切换之前，还需由控制器自动判断室内机的开启台数百分比b符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件判断压缩机应工作的相应档位，开启台数百分比b是指该压缩机所带动的室内机中开启台数占该压缩机所带动的室内机的总台数的百分比：
若b<B1,则判定压缩机应在1档工作；
若B1<b<B2,则判定压缩机应在1档或2档工作；
…
若BN-1<b<BN，则判定压缩机应在N-1档或N档工作；
若b>BN，则判定压缩机应在N档工作；
第一开启台数百分比阈值B1、第二开启台数百分比阈值B2…第N-1开启台数百分比阈值BN-1、第N开启台数百分比阈值BN预先设置并存储在控制器内,且B1<B2<…<BN-1<BN；
将b作为判定条件得到的判断结果分别与△T和TW作为判定条件得到的判断结果结合，并依据少数服从多数的原则得到最终的判定结果，若三者全部不一致，则依据约定的三个判定条件的优先级进行判断，得到最终的判定结果，并进行压缩机的相应档位切换。该设置可使多速电机的控制能考虑实际的使用需求，控制更加合理可靠。
作为优选，所述多速电机为三速电机，所述调速抽头个数为3，设置第一室内温差阈值T1＝2℃、第二室内温差阈值T2＝4℃。三速电机可满足使用需求，且成本增加不多。
作为优选，所述第一时间S1＝10min。
作为优选，在制冷模式下，设置第一制冷室外温度阈值TC1＝35℃、第二制冷室外温度阈值TC2＝40℃；在制热模式下，设置第一制热室外温度阈值TH1＝0℃，TH2＝15℃。
作为优选，设置一台压缩机带动4台室内机，设置第一开启台数百分比阈值B1＝0.3，第二开启台数百分比阈值B2＝0.6，第三开启台数百分比阈值B3＝0.8。
以上参数为优选方案，可使使该方法达到最优的控制效果。
附图说明：
图1为本发明压缩机在空调系统中的功能原理图；
图2为本发明压缩机中的多速电机的电气接线图；
图3为本发明一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法流程图；
图中：1-机壳，2-电机，3-电源接线端，4-调速抽头，5-控制器，6-开关切换装置，8-温度检测装置，9-室内机。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例：
如图1、图2所示，一种多速电机驱动的空调压缩机，包括机壳1和设置在机壳1内的电机2，一台压缩机可以驱动多台室内机9，本实施例中一台压缩机驱动四台室内机，所述电机2为多速电机，所述多速电机设有电源接线端3和至少两根用于调节电机2转速的调速抽头4，还包括设置在机壳1外的控制器5、开关切换装置6和温度检测装置8，温度检测装置8既可包括室内温度检测装置，也可包括室外温度检测装置，所述电源接线端3与电网电源电连接，所述开关切换装置6和温度检测装置8均与控制器5电连接，所述开关切换装置6分别与各调速抽头4电连接用于将电源接入到相应的调速抽头4所在的回路上。
上述多速电机为现有技术，本实施例中采用单相交流三速电机，它是将电抗器直接做在了电机2的内部，通过开关切换装置6将电抗器部分或全部串联在普通的单相电机2上，以改变加在电机2上的电压，从而达到改变转速的目的。
本实施例中多速电机采用三速电机2，控制器5采用空调自带的控制器5，开关切换装置6为继电器，继电器的个数与调速抽头4的个数相等，各继电器的一次侧的控制端分别与控制器5电连接，二次侧的一端与电源接线端3的火线或零线电连接，另一端分别与各调速抽头4电连接。该设置简单可靠，成本低，并利于自动控制。所述控制器5、开关切换装置6和室内温度检测装置8可设置在同一块电路板上。
如图3所示，一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，本实施例以三速电机为例，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)上电初始化，设置目标温度TS、调速抽头个数N＝3、第一室内温差阈值T1＝2℃、第二室内温差阈值T2＝4℃，在制冷模式下，设置第一制冷室外温度阈值TC1＝35℃、第二制冷室外温度阈值TC2＝40℃,在制热模式下，设置第一制热室外温度阈值TH1＝0℃，TH2＝15℃，设置第一时间S1＝10min,设置一台压缩机带动4台室内机，设置第一开启台数百分比阈值B1＝0.3，第二开启台数百分比阈值B2＝0.6，第三开启台数百分比阈值B3＝0.8,并将上述参数存储到控制器内；
(2)通过室内温度检测装置检测室内温度T，并传输给控制器，由控制器自动计算室内温度和目标温度的差值△T＝∣TS-T∣；
(3)由控制器自动判断△T符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件切换压缩机至相应的档位工作，设定第一调速抽头、第二调速抽头、第三调速抽头所对应的电机转速逐渐升高，即档位逐渐升高，第一调速抽头如图2最左侧所示，第二调速抽头如图2中间所示，第三调速抽头如图2最右侧所示：
若△T＝0，则判定压缩机应在停止工作；
若0<△T<2，则判定压缩机应在1档工作；
若2<△T<4，则判定压缩机应在2档工作；
△T〉4，则判定压缩机应在3档工作；
(4)还需通过室外温度检测装置检测室外温度TW，并根据空调是处于制冷模式还是制热模式，由控制器自动判断室外温度TW符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件判断压缩机应工作的相应档位：
在制冷模式下：
若TW<35℃，则判定压缩机应在1档或2档工作，；
若35℃<TW<40℃，则判定压缩机应在2档或3档工作；
若TW>40℃，则判定压缩机应在3档工作；
在制热模式下：
若TW<0，则判定压缩机应在3档工作；
若0<TW<15℃，则判定压缩机应在3档或2档工作；
若TW>15℃，则判定压缩机应在1档或2档工作；
(5)由控制器自动判断室内机的开启台数百分比b符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件判断压缩机应工作的相应档位，开启台数百分比b是指该压缩机所带动的室内机中开启台数占该压缩机所带动的室内机的总台数的百分比：
若b<0.3,则判定压缩机应在1档工作；
若0.3<b<0.6,则判定压缩机应在1档或2档工作；
若0.6<b<0.8,则判定压缩机应在2档或3档工作；
若b>0.8，则判定压缩机应在3档工作；
(6)将b作为判定条件得到的判断结果分别与△T和TW作为判定条件得到的判断结果结合，并依据少数服从多数的原则得到最终的判定结果，若三者全部不一致，则依据约定的三个判定条件的优先级进行判断得到最终的判定结果，例如b作为判定条件的优先级最高、△T作为判定条件的优先级次之，TW作为判定条件的优先级最低，最终判断结果以优先级别高的为准，并根据最终的判定结果进行压缩机的相应档位切换。
(7)判断压缩机是否进行了换挡，若是，则由控制器自动延时第一时间S1＝10min后返回步骤(2)，若否，则直接返回步骤(2)，所述第一时间S1预先设置并存储在控制器内。
以制热模式为例，四台室内机中只有一台室内机开启，即b＝0.25，设置目标温度TS＝28℃，室内温度检测装置检测到的室内温度为25℃，室外温度检测装置检测到的室外温度为10℃；控制器自动计算出△T＝∣TS-T∣＝3℃；以△T为判定条件，满足2<△T<4，则判定压缩机应在2档工作；以室外温度TW为判定条件，满足若0<TW<15℃，则判定压缩机应在3档或2档工作；以b为判定条件，满足b<0.3,则判定压缩机应在1档工作；根据少数服从多数的原则，最后判定压缩机应在2档工作，在将压缩机的档位切换到2档以前，要先判定压缩机本次应切换到的档位和上次档位是否不同，如果不同，还需延时S1＝10min后再将压缩机的档位切换到2档，即控制与第二抽头电连接的继电器吸合，然后返回步骤(2)重新采集室内温度进行判定，如果压缩机本次档位和上次档位一样，则直接返回步骤(2)重新采集室内温度进行判定。

Claims (6)

1.一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)上电初始化，设置目标温度TS、调速抽头个数N、第一室内温差阈值T1、第二室内温差阈值T2…第N-1室内温差阈值TN-1，且T1<T2<…<TN-1，并将上述参数存储到控制器内；
(2)通过温度检测装置检测室内温度T，并传输给控制器，由控制器自动计算室内温度和目标温度的差值△T＝∣TS-T∣；
(3)由控制器自动判断△T符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件切换压缩机至相应的档位工作，设定第一调速抽头、第二调速抽头…第N调速抽头所对应的电机转速逐渐升高，即档位逐渐升高：
若△T＝0，则判定压缩机应停止工作，控制所有继电器均断开，多速电机停转，并返回步骤(2)；
若0<△T<T1，则判定压缩机应在1档工作，控制与第一调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
若T1<△T<T2，则判定压缩机应在2档工作，控制与第二调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
…
若TN-2<△T<TN-1，则判定压缩机应在N-1档工作，控制与第N-1调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
若△T>TN-1，则判定压缩机应在N档工作，控制与第N调速抽头电连接的继电器吸合，其余继电器均断开，并返回步骤(2)；
在步骤(3)中判断出△T符合某一项判定条件后，在进行该项判定条件下的压缩机的相应档位切换之前，还需通过室外温度检测装置检测室外温度TW，并根据空调是处于制冷模式还是制热模式，由控制器自动判断室外温度TW符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件判断压缩机应工作的相应档位：
在制冷模式下：
若TW<TC1，则判定压缩机应在1档或2档工作；
若TC1<TW<TC2，则判定压缩机应在2档或3档工作；
…
若TCN-2<TW<TCN-1，则判定压缩机应在N-1档或N档工作；
若TW>TCN-1，则判定压缩机应在N档工作；
制冷模式下第一制冷室外温度阈值TC1、第二制冷室外温度阈值TC2…第N-1制冷室外温度阈值TCN-1预先设置并存储在控制器内,且TC1<TC2<…<TCN-1；
在制热模式下：
若TW<TH1，则判定压缩机应在N档工作；
若TH1<TW<TH2，则判定压缩机应在N档或N-1档工作；
…
若THN-2<TW<THN-1，则判定压缩机应在2档或3档工作；
若TW>THN-1，则判定压缩机应在1档或2档工作；
制热模式下第一制热室外温度阈值TH1、第二制热室外温度阈值TH2…第N-1室外温度阈值THN-1预先设置并存储在控制器内,且TH1<TH2<…<THN-1；
将TW作为判定条件得到的判断结果与△T作为判定条件得到的判断结果进行结合，来控制压缩机的相应档位的切换，若两者不一致，则依据约定的两个判定条件的优先级进行判断，得到最终的判定结果，并进行压缩机的相应档位切换。
2.根据权利要求1所述的一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：在步骤(3)中根据判定条件切换压缩机至相应的档位工作之前，还需判断步骤(3)中压缩机是否进行了换挡，换挡是指本次应切换到的档位与上一次档位不同，若是，则由控制器自动延时第一时间S1后返回步骤(2)，若否，则直接返回步骤(2)，所述第一时间S1预先设置并存储在控制器内。
3.根据权利要求1所述的一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：在步骤(3)中判断出△T符合某一项判定条件后，在进行该项判定条件下的压缩机的相应档位切换之前，还需由控制器自动判断室内机的开启台数百分比b符合以下哪一项判定条件，并依据该项判定条件判断压缩机应工作的相应档位，开启台数百分比b是指该压缩机所带动的室内机中开启台数占该压缩机所带动的室内机的总台数的百分比：
若b<B1,则判定压缩机应在1档工作；
若B1<b<B2,则判定压缩机应在1档或2档工作；
…
若BN-1<b<BN，则判定压缩机应在N-1档或N档工作；
若b>BN，则判定压缩机应在N档工作；
第一开启台数百分比阈值B1、第二开启台数百分比阈值B2…第N-1开启台数百分比阈值BN-1、第N开启台数百分比阈值BN预先设置并存储在控制器内,且B1<B2<…<BN-1<BN；
将b作为判定条件得到的判断结果分别与△T和TW作为判定条件得到的判断结果结合，并依据少数服从多数的原则得到最终的判定结果，若三者全部不一致，则依据约定的三个判定条件的优先级进行判断，得到最终的判定结果，并进行压缩机的相应档位切换。
4.根据权利要求1所述的一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：所述多速电机为三速电机，所述调速抽头个数为3，设置第一室内温差阈值T1＝2℃、第二室内温差阈值T2＝4℃。
5.根据权利要求2所述的一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：设置第一时间S1＝10min。
6.根据权利要求1所述的一种多速电机驱动的空调压缩机的控制方法，其特征在于：在制冷模式下，设置第一制冷室外温度阈值TC1＝35℃、第二制冷室外温度阈值TC2＝40℃；在制热模式下，设置第一制热室外温度阈值TH1＝0℃，第二制热室外温度阈值TH2＝15℃。
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