CN105864085B - 一种隔墙型换气扇 - Google Patents

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Abstract

一种隔墙型换气扇，包括轴流式叶轮、驱动该叶轮的电动机和环绕该叶轮且安装于外墙墙孔的外壳，还包括对所述电动机的控制装置；该控制装置包括：控制所述电动机绕组接往电源的方式的开关；在所述电动机绕组断开电源时测量其绕组电压的检测电路；按所述绕组电压的测量结果和规定程序驱动所述开关的控制电路。该换气扇安装于外墙直接向户外换气时，能更好适应室外风的影响，比传统的隔墙型换气扇节能和有更稳定的换气。

Description

一种隔墙型换气扇
技术领域
本发明涉及一种隔墙型换气扇，尤其涉及其控制方法，在国际专利分类表中，分类可属于F04D27/00。
背景技术
传统的隔墙型换气扇安装于外墙直接自户内向户外排气或自户外向户内进气时，其工作状态受室外风影响较大：若换气扇驱动的气流方向与户外风向相同时，换气扇趋于轻载；若换气扇驱动的气流方向与户外风向相反时，换气扇趋于过载，使换气扇偏离设定的工作换气状态，且导致能效损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种隔墙型换气扇，其安装于外墙直接向户外换气时，能更好适应室外风的影响，比传统的隔墙型换气扇节能和有更稳定的换气。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，一种隔墙型换气扇，包括轴流式叶轮、驱动该叶轮的电动机和环绕该叶轮且安装于外墙墙孔的外壳，其特征在于，还包括对所述电动机的控制装置；该控制装置包括：
——控制所述电动机绕组接往电源的方式的开关；
——在所述电动机绕组断开电源时测量其绕组电压的检测电路；
——按所述绕组电压的测量结果和规定程序驱动所述开关的控制电路。
该换气扇的电动机绕组断开电源时，室外风会吹动叶轮进而传动电动机转子旋转，使电动机绕组产生感应电压，测量该电压即可判断室外风的风向和强弱，按照该电压和规定程序驱动所述开关，调整电动机绕组接往电源的方式以稳定换气，而该稳定换气相当于利用室外风减少对换气扇自身驱动风量的要求，因而显著节能。
其进一步的设计之一是：所述规定程序包括按所述绕组电压的测量结果改变电动机绕组接往电源的如下方式：
——周期性地改变电动机绕组接通电源的持续时间，且当所述测量绕组电压较高时，该持续时间增加，反之减少；或/和
——改变电源输入电动机绕组的电压，以改变电动机的转速；当所述测量绕组电压较高时，所述输入电压增加，反之减少；或/和
——改变电动机绕组与电源的接线方式，使电动机改变旋转方向。
其进一步的设计之二是：所述电动机为多相绕组电动机，对其各相绕组电压的测量包括至少2相绕组电压的测量。具体设计驱动所述开关的控制包括：
——当所述2相绕组电压的测量表明电动机断开电源时，室外风驱动叶轮旋转的方向与电动机接通电源时叶轮旋转的方向相同时，所述电动机接往电源的方式包括缩短周期性地接通电源的持续时间，或者降低电源输入电动机绕组的电压，以降低电动机的转速；并且所述缩短和降低按所测得的电压高低反馈调整；
——当所述2相绕组电压的测量表明电动机断开电源时，室外风驱动叶轮旋转的方向与电动机接通电源时叶轮旋转的方向相反时，所述电动机接往电源的方式是改变电动机与电源的接线方式，使电动机改变旋转方向；并且按所测得的电压高低反馈控制，调整周期性地接通电源的持续时间，或者调整电源输入电动机绕组的电压。
其中，所述室外风驱动叶轮旋转的方向与电动机接通电源时叶轮旋转的方向是否相同的判断，是依据所述2相绕组电压的相位差的测量。
本发明的技术方案和效果将在具体实施方式中结合附图作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明实施例隔墙型换气扇基本机械结构主視图；
图2是本发明实施例隔墙型换气扇电路板的电路示意图。
具体实施方式
本发明实施例换气扇结构如图1所示，是在如国家标准GB/T14806《家用和类似用途的交流换气扇和调速器》和广东科技出版社1986年版《家用换气扇及其应用》所述传统的隔墙型(A型)换气扇的基础上改进而成，所继承的主要结构包括：
——固定于机壳3的电动机2和连接于该电动机输出轴的轴流式叶轮1；
——机壳3包括贯通墙内外环绕叶轮1的圆孔32和供嵌入或紧贴墙孔的架体31；
——电动机2为2相绕组单相电容运转异步电动机，包括定子21和转子22。
主要的改进在于：
——机壳3内增设电路板4，并将外部电网电源自传统换气扇原有接线端子板输入后直接或经开关向电动机2供电，改为经电路板4向电动机2供电。
电路板4的控制电路如图2所示，主要包括：
——单相电源输入端的二极L和N；
——单相电容运转电动机定子的2相绕组L3和L4，二者的一端连接单相电源输入端的L极，另一端跨接电容器C1；
——双向晶闸管K3、K4，二者的第1主电极跨接于电容器C二极，第2主电极连接单相电源输入端的N极；
——单片机(MCU)10,其共地脚VSS连接单相电源输入端的N极；单相电源输入端L极的电压经适当数值的电阻RD降压、二极管D1半波整流、电容C2滤波和稳压管D2稳压取得的5V电源连接其直流电源脚VDD；其IO口的连接和功能：
——IO口101和102分别经分压电路R1、R11和R2、R21接往2相绕组L3和L4与电容器C1的连接点，检测该二处各自对地的电压；
——IO口105经分压电路R5、R51接单相电源输入端的L极，检测此处对地的电压；
——IO口103和104分别经限流电阻R3、R4连接双向晶闸管K3、K4二者的控制极G3、G4；按程序设定输出控制双向晶闸管K3、K4导通的触发脉冲。
此外还会有其它功能的IO口。
单片机(MCU)10内设程序包括：
——随时将IO口101和102检测的电压分别与IO口105检测的电压相减，得到此时绕组L3和L4上各自的电压值；
——当需要换气扇工作于排气状态时，IO口103输出触发脉冲使双向晶闸管K3导通，IO口104停止输出触发脉冲使双向晶闸管K4截止；
——当需要换气扇工作于进气状态时，IO口104输出触发脉冲使双向晶闸管K4导通，IO口103停止输出触发脉冲使双向晶闸管K3截止；
——自单相电源输入端的二极L和N接通电网开始和之后每间隔一段时间(例如1h，视气象风力稳定情况有所调整)，使IO口103和104均停止输出，双向晶闸管K3、K4均截止，换气扇因而停止工作，对此时绕组L3和L4上各自的电压值之间进行比较以及与规定值(通常取额定电压2％～5％)比较：
a)当绕组L3的电压的相位超前绕组L4的电压的相位时，IO口104输出触发脉冲使双向晶闸管K4导通，IO口103停止输出触发脉冲使双向晶闸管K3截止，使换气扇工作于进气状态；
b)当绕组L3的电压的相位落后绕组L4的电压的相位时，IO口103输出触发脉冲使双向晶闸管K3导通，IO口104停止输出触发脉冲使双向晶闸管K4截止，使换气扇工作于排气状态；
c)当绕组L3的电压或/和绕组L4的电压大于规定值时，相应IO口103或104输出的触发脉冲移相角增大，相应双向晶闸管K3或K4导通角减小，向换气扇电动机输出的电压降低，因而降速运行；且当绕组L3的电压或/和绕组L4的电压大于规定值越多，相应IO口103或104输出的触发脉冲移相角越大，相应双向晶闸管K3或K4导通角越小，向换气扇电动机输出的电压更低，因而以更低转速运行。此时换气扇自身驱动的气流虽然因转速降低而减少，但叠加了同向穿越叶轮的外部气流，可维持设定的换气量不变，电动机则因降压运行而明显节能。
有关设计可参考公知技术有关单相电容运转电动机及双向晶闸管调速控制的教科书或手册。
为节能，可使用2相绕组单相电容运转永磁同步电动机代替2相绕组单相电容运转异步电动机，并对上述c)项改为如下设计：
——使相应IO口103或104输出的触发脉冲的移相角不变(可为零)，但为周期性间断输出。当绕组L3的电压或/和绕组L4的电压大于规定值时，相应IO口103或104输出触发脉冲持续时间缩短，相应双向晶闸管K3或K4导通持续时间缩短，换气扇间歇运转时间减少；且当绕组L3的电压或/和绕组L4的电压大于规定值越多，相应IO口103或104输出的触发脉冲持续时间更短，相应双向晶闸管K3或K4导通持续时间更短，换气扇间歇运转时间更少。此时换气扇自身驱动的平均风量因而减少，但叠加了其停止时同向穿越叶轮的外部气流风量，可维持设定的换气量不变，电动机则因间歇运转时间减少而明显节能。
上述设计也可改为使用三相电动机，并仅对其中的2相绕组进行检测和控制。

Claims (4)

1.一种隔墙型换气扇，包括轴流式叶轮、驱动该叶轮的电动机和环绕该叶轮且用来安装于外墙墙孔的外壳，其特征在于，还包括对所述电动机的控制装置，该控制装置包括：
——控制所述电动机绕组接往电源的方式的开关；
——在所述电动机绕组断开电源时测量其绕组电压的检测电路；
——按所述绕组电压的测量结果和规定程序驱动所述开关的控制电路；
所述规定程序包括按所述绕组电压的测量结果改变电动机绕组接往电源的如下方式：
——周期性地改变电动机绕组接通电源的持续时间，且当所述测量绕组电压较高时，该持续时间增加，反之减少；或/和
——改变电源输入电动机绕组的电压，以改变电动机的转速；当所述测量绕组电压较高时，所述输入电压增加，反之减少；或/和
——改变电动机绕组与电源的接线方式，使电动机改变旋转方向。
2.按照权利要求1所述换气扇，其特征在于：所述电动机为多相绕组电动机，对其各相绕组电压的测量包括至少2相绕组电压的测量。
3.按照权利要求2所述换气扇，其特征在于：所述开关的控制包括：
——当所述2相绕组电压的测量表明电动机断开电源时，室外风驱动叶轮旋转的方向与电动机接通电源时叶轮旋转的方向相同时，所述电动机接往电源的方式包括缩短周期性地接通电源的持续时间，或者降低电源输入电动机绕组的电压，以降低电动机的转速；并且所述缩短和降低按所测得的电压高低反馈调整；
——当所述2相绕组电压的测量表明电动机断开电源时，室外风驱动叶轮旋转的方向与电动机接通电源时叶轮旋转的方向相反时，所述电动机接往电源的方式是改变电动机与电源的接线方式，使电动机改变旋转方向；并且按所测得的电压高低反馈控制，调整周期性地接通电源的持续时间，或者调整电源输入电动机绕组的电压。
4.按照权利要求3所述换气扇，其特征在于：所述室外风驱动叶轮旋转的方向与电动机接通电源时叶轮旋转的方向是否相同的判断，是依据所述2相绕组电压的相位差的测量。
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