CN105953359A - 一种电加热结构、空调压缩机启动系统及方法 - Google Patents

一种电加热结构、空调压缩机启动系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空调控制领域，特别涉及一种电加热结构、空调压缩机启动系统及方法。电加热结构包括电加热控制系统和电加热装置，电加热控制系统包括驱动电路和电子开关电路，驱动电路用于调节电子开关电路的占空比；电子开关电路用于根据占空比调节电加热装置的输出功率；电加热装置用于为空调压缩机进行预热。本发明的技术方案可以根据压缩机排气温度调节电加热装置的输出功率，相较现有技术采用固定功率的电加热装置进行预热的方法，不仅压缩机升温速度快而且可以保证预热过程的安全，从而减少了空调压缩机系统在低温环境下的启动等待时间，降低能耗的同时提高了用户的体验效果。

Description

一种电加热结构、空调压缩机启动系统及方法
技术领域
本发明涉及空调控制领域，特别涉及一种电加热结构、空调压缩机启动系统及方法。
背景技术
在极寒冷地区，当空调室外机开始运转时，室外机的压缩机可能出现压缩机内部润滑油温度很低且润滑油粘稠度很高的情况，而当润滑油的粘稠度高时，润滑效果很差，容易造成室外机压缩机快速磨损，从而简短压缩机的使用寿命。另外由于外界低温环境的影响，空调系统在开机运行时很容易造成压缩机的液击事故，从而使得压缩机损坏。现有技术是在外部增加电加热带给压缩机预热；或者是给压缩机通电，通过内部的线圈发热，给压缩机预热。但是这两种方式都存在弊端，现有的电加热带预热方式中，电加热带的输出功率固定，当电加热带的功率过大时，会造成起火隐患；电加热带过小时，在气温极低的情况下，压缩机要预热很长时间才能启动，影响使用效果。而通过给线圈通电方式预热也存在同样的问题，另外线圈的电流过大会导致压缩机电机烧毁，损坏压缩机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电加热结构、空调压缩机启动系统及方法，解决了现有技术的压缩机预热方式容易损坏压缩机且预热过程存在安全隐患等技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电加热结构，包括电加热控制系统和电加热装置，所述电加热控制系统包括驱动电路和电子开关电路，
所述驱动电路用于调节所述电子开关电路的占空比；
所述电子开关电路用于根据所述占空比调节电加热装置的输出功率；
所述电加热装置用于为空调压缩机进行预热。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案采用驱动电路和电子开关电路控制电加热装置的输出功率，改变了现有技术电加热装置输出功率固定的状况，可以采用不同的输出功率对空调压缩机进行预热，在提高了对空调压缩机的预热效率的同时，也可以保证预热过程的安全，提高了用户在使用空调时的舒适度。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，还包括整流电路，所述电加热装置经电子开关电路和整流电路连接到交流电源，所述整流电路用于将交流电源转换为直流电源，并输出至所述电子开关电路。
进一步，所述电加热装置包括电加热带或电加热管。
采用上述进一步方案的有益效果是：电加热装置是将电能转化成热能的设备，不管是对流质物体还是气态介质，都可以很好地起到升温、保温和加热的功能。本进一步技术方案中，电加热装置采用电加热带或电加热管，不仅柔韧性好，可以与压缩机相贴合，而且可耐较高温度、价格便宜、使用寿命较长。
一种空调压缩机启动系统，包括温度采集模块、主控板和所述的电加热结构，
所述温度采集模块用于采集环境温度和空调压缩机排气温度；
所述主控板用于根据所述环境温度判断是否需要预热，并在需要预热时，根据空调压缩机排气温度，计算电加热装置的输出功率，并生成控制指令发送给电加热控制系统；以及在不需要预热或预热过程结束后，控制空调压缩机按照预设的启动频率运行；
所述电加热结构用于根据所述控制指令，调节电加热装置的输出功率，并对空调压缩机进行加热。
采用本方案的有益效果是：本发明的方案提供了一种空调压缩机启动系统，可以根据压缩机排气温度调节电加热装置的输出功率，相较现有技术采用固定功率的电加热装置进行预热的方法，不仅压缩机升温速度快而且可以保证预热过程的安全，从而减少了空调压缩机系统在低温环境下的启动等待时间，降低能耗的同时提高了用户的体验效果。
进一步，所述主控板包括：
判断模块，用于判断环境温度是否小于预先设定的环境温度阈值，若是，则判断需要预热，调用计算模块，并在预热过程结束后，调用第一控制模块；若否，则判断不需要预热，直接调用第一控制模块；
计算模块，用于根据空调压缩机排气温度计算电加热装置的输出功率和电子开关电路的占空比，并生成相应的控制指令；
指令发送模块，用于将所述控制指令发送给电加热控制系统；
第一控制模块，用于控制空调压缩机按照预设的启动频率运转。
进一步，所述主控板还包括运算放大电路和模数转换电路，所述运算放大电路用于接收所述温度采集模块发送的温度信号，并将所述温度信号进行放大；所述模数转换电路用于将放大后的温度信号转换为所述主控板能够处理的信号。
采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案设置了运算放大电路和模数转换电路，所述温度采集模块、运算放大电路、模数转换电路和计算模块依次连接，采用运算放大电路对温度信号进行放大、且采用模数转换电路对放大的温度信号进行处理，使主控板计算得到的电加热装置的输出功率和电子开关电路的占空比结果更加准确，进一步提高了控制系统的预热效率和预热安全性。
一种空调压缩机启动方法，利用所述的空调压缩机启动系统，包括以下步骤：
步骤1，采集环境温度和空调压缩机排气温度；
步骤2，根据所述环境温度，判断是否需要预热，若不需要预热，则进入步骤3；若需要预热，则进入步骤4；
步骤3，控制空调压缩机按照预设的启动频率运转；
步骤4，根据空调压缩机排气温度，调节电加热装置的输出功率，对空调压缩机进行预热，待预热过程结束后，控制空调压缩机按照预设的启动频率运转。
采用本方案的有益效果是：本发明的方案提供了一种空调压缩机启动方法，可以根据环境温度判断是否需要预热，同时根据空调压缩机排气温度调节电加热装置的输出功率，相较现有技术采用固定功率的电加热装置进行预热的方法，不仅压缩机升温速度快而且可以保证预热过程的安全，从而减少了空调压缩机系统在低温环境下的启动等待时间，降低能耗的同时提高了用户的体验效果。
进一步，步骤2中，判断是否需要预热具体为：判断环境温度是否小于预设的环境温度阈值，若是，则对空调压缩机进行预热，若否，则无需对空调压缩机进行预热。
采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案直接根据环境温度判断是否需要对空调压缩机进行预热，通过设置合理的环境温度阈值，使判断结果更加准确，更有利于提高空调在极低的环境温度下的启动效率和启动效果。
进一步，步骤4中，预热过程包括以下步骤：
S301，判断所述空调压缩机排气温度是否＜0，若是，则控制电加热装置以最大功率持续对空调压缩机进行加热，并进入步骤S302；若否，则进入步骤S303；
S302，每间隔第一预设时间采集空调压缩机排气温度，直到空调压缩机排气温度≥0时，进入步骤S303；
S303，根据空调压缩机排气温度，减小电子开关电路的占空比；
S304，每间隔第二预设时间采集空调压缩机排气温度，重复所述步骤S303，直到空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，退出预热过程。
采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案中，当空调压缩机的排气温度小于0时，直接采用电加热装置的最大功率持续对空调压缩机进行加热，既保护了电加热装置，又可以提高空调压缩机在预热初期的预热效率；当空调压缩机的排气温度升高到大于0时，为了保证预热过程中的安全，可逐渐减小电加热装置的输出功率；同时根据空调压缩机排气温度具体值，计算输出功率，保证了此阶段预热过程的预热效率，直到空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，退出预热过程。
进一步，所述步骤S303具体为：根据空调压缩机排气温度，计算电子开关电路的占空比，通过减小电子开关电路的占空比，降低电加热装置的输出功率。
采用上述进一步方案的有益效果是：本进一步技术方案，通过调节电子开关电路的占空比，即可快速的调节电加热装置的输出功率，调节过程简单且响应速度快。
进一步，步骤S304具体为：当空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，电子开关电路的占空比和电加热装置的输出功率分别减小至0。
本进一步技术方案中，当空调压缩机的排气温度升高到大于0时，为了保证预热过程中的安全，可逐渐减小电加热装置的输出功率，降低空调压缩机排气温度的上升速度，同时根据空调压缩机排气温度具体值，计算输出功率，保证了此阶段预热过程的预热效率，直到空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，退出预热过程。
附图说明
图1为本发明一种电加热结构的结构示意图；
图2为本发明一种空调压缩机启动系统的结构示意图；
图3为本发明一种空调压缩机启动方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的空调压缩机启动方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明一种电加热结构的结构示意图，包括电加热控制系统和电加热装置，所述电加热控制系统包括驱动电路和电子开关电路，所述驱动电路用于调节所述电子开关电路的占空比；所述电子开关电路用于根据所述占空比调节电加热装置的输出功率；所述电加热装置用于为空调压缩机进行预热。本实施例中，所述电子开关电路可以采用脉冲宽度调制(PWM)电路，同时所述电加热结构还包括整流电路，所述电加热装置经电子开关电路和整流电路连接到交流电源，所述整流电路用于将交流电源转换为直流电源，并输出至所述电子开关电路。本实施例中，所述电加热装置选择为电加热带，在其他实施例中，所述电加热装置可以为电加热管。电加热装置采用电加热带或电加热管，不仅柔韧性好，可以与压缩机相贴合，而且可耐较高温度、价格便宜、使用寿命较长。本实施例采用了驱动电路和电子开关电路控制电加热装置的输出功率，改变了现有技术电加热装置输出功率固定的状况，可以根据环境温度和压缩机排气温度，采用不同的输出功率对空调压缩机进行预热，在提高了对空调压缩机的预热效率的同时，也可以保证预热过程的安全，提高了用户在使用空调时的舒适度。
如图2所示，为本发明一种空调压缩机启动系统的结构示意图，包括温度采集模块、主控板和所述电加热结构，
所述温度采集模块用于采集环境温度和空调压缩机排气温度；
所述主控板用于根据所述环境温度判断是否需要预热，并在需要预热时，根据空调压缩机排气温度，计算电加热装置的输出功率，并生成控制指令发送给电加热控制系统；以及在不需要预热或预热过程结束后，控制空调压缩机按照预设的启动频率运行；
所述电加热结构用于根据所述控制指令，调节电加热装置的输出功率，并对空调压缩机进行加热。
在本实施例中，所述主控板包括：运算放大电路、模数转换电路、判断模块、计算模块、指令发送模块、第一控制模块和第二控制模块，所述运算放大电路用于接收所述温度采集模块发送的温度信号，并将所述温度信号进行放大；所述模数转换电路用于将放大后的温度信号转换为所述主控板能够处理的信号；所述判断模块，用于判断环境温度是否小于预先设定的环境温度阈值，若是，则判断需要预热，调用计算模块，并在预热过程结束后，调用第一控制模块；若否，则判断不需要预热，直接调用第一控制模块；所述计算模块，用于根据空调压缩机排气温度计算电加热装置的输出功率和电子开关电路的占空比，并生成相应的控制指令；所述指令发送模块，用于将所述控制指令发送给电加热控制系统；所述第一控制模块，用于控制空调压缩机按照预设的启动频率运转。
本实施例采用的空调压缩机启动系统，可以根据压缩机排气温度调节电加热装置的输出功率，相较现有技术采用固定功率的电加热装置进行预热的方法，不仅压缩机升温速度快而且可以保证预热过程的安全，从而减少了空调压缩机系统在低温环境下的启动等待时间，降低能耗的同时提高了用户的体验效果。同时本实施例通过采用运算放大电路对温度信号进行放大、且采用模数转换电路对放大的温度信号进行处理，使主控板计算得到的电加热装置的输出功率和电子开关电路的占空比结果更加准确，进一步提高了控制系统的预热效率和预热安全性。
图3为本发明一种空调压缩机启动方法的流程示意图，包括以下步骤：
步骤1，采集环境温度和空调压缩机排气温度；
步骤2，根据所述环境温度，判断是否需要预热，若不需要预热，则进入步骤3；若需要预热，则进入步骤4；
步骤3，控制空调压缩机按照预设的启动频率运转；
步骤4，根据空调压缩机排气温度，调节电加热装置的输出功率，对空调压缩机进行预热，待预热过程结束后，控制空调压缩机按照预设的启动频率运转。
如图4，为本实施例的空调压缩机启动方法流程示意图，具体为：
步骤2中，判断是否需要预热具体为：设定环境温度阈值N1的范围为-5℃～-10℃之间，比如-6℃、-6.5℃、-7℃、-8℃、-8.5℃、-9℃等等，判断环境温度T4是否小于预设的环境温度阈值N1，若是，则对空调压缩机进行预热，若否，则无需对空调压缩机进行预热，直接正常程序控制空调压缩机即可。
步骤4中，当空调压缩机排气温度较低，即空调压缩机排气温度小于0时，对于预热过程初期和预热过程中后期采用不同的控制方式。对于预热过程初期，即空调压缩机排气温度小于0的时间段，直接控制电子开关电路的占空比为1，电加热装置以最大功率持续对空调压缩机进行加热，此时空调压缩机排气温度快速上升，既保证了电加热装置的使用不超过最大功率，又可以提高空调压缩机的预热效率。在本实施例中，为了保证预热安全和效率，电加热装置的最大功率设置为100w。每隔第一预设时间，采集空调压缩机的排气温度，比如每隔1分钟采集一次空调压缩机的排气温度，当空调压缩机排气温度上升达到0℃时，预热过程初期结束，进入预热过程中后期。此阶段，根据空调压缩机排气温度，计算电加热装置的输出功率和电子开关电路的占空比，通过减小电子开关电路的占空比，降低电加热装置的输出功率，从而降低空调压缩机排气温度的上升速度，不仅调节过程简单、响应速度快，而且可以保证预热过程中的安全，防止压缩机排气温度值上升太快造成安全隐患。每隔第二预设时间，比如每隔1分钟采集一次空调压缩机排气温度，直到空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，电子开关电路的占空比和电加热装置的输出功率分别减小至0，退出预热过程。本步骤中，根据空调压缩机排气温度计算电子开关电路的占空比以及电加热装置的输出功率过程如下：
电加热带输出功率为：P＝Uo 2/R
而Uo＝D*Ui，其中Uo为电加热带的电压，即为电子开关电路的输出电压，R为电加热带定值电阻；Ui为电子开关电路的输入电压，D为电子开关电路的占空比；TPm为预设的排气温度阈值，本实施例中，所述排气温度的阈值范围可以设置为15～25℃，比如18℃、20℃、23℃等等；TP为采集到的当前排气温度值；k为常数，根据实际的测试结果，k可以取值为1/25。根据上述公式，可以得到即P反比于当前排气温度值TP，因此电加热带功率可以根据当前排气温度值TP值快速做出响应，以最快速度达到预热要求。
本实施例的方法可以设置合理的环境温度阈值，并根据当前环境温度判断是否需要预热，同时根据空调压缩机排气温度调节电加热装置的输出功率，相较现有技术采用固定功率的电加热装置进行预热的方法，不仅压缩机升温速度快而且可以保证预热过程的安全，从而减少了空调压缩机系统在低温环境下的启动等待时间，降低能耗的同时提高了用户的体验效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种电加热结构，其特征在于，包括电加热控制系统和电加热装置，所述电加热控制系统包括驱动电路和电子开关电路，
所述驱动电路用于调节所述电子开关电路的占空比；
所述电子开关电路用于根据所述占空比调节电加热装置的输出功率；
所述电加热装置用于为空调压缩机进行预热。
2.根据权利要求1所述的一种电加热结构，其特征在于，还包括整流电路，所述电加热装置经电子开关电路和整流电路连接到交流电源，所述整流电路用于将交流电源转换为直流电源，并输出至所述电子开关电路。
3.根据权利要求1或2所述的一种电加热结构，其特征在于，所述电加热装置包括电加热带或电加热管。
4.一种空调压缩机启动系统，其特征在于，包括温度采集模块、主控板和权利要求1～3任一所述的电加热结构，
所述温度采集模块用于采集环境温度和空调压缩机排气温度；
所述主控板用于根据所述环境温度判断是否需要预热，并在需要预热时，根据空调压缩机排气温度，计算电加热装置的输出功率，并生成控制指令发送给电加热控制系统；以及在不需要预热或预热过程结束后，控制空调压缩机按照预设的启动频率运行；
所述电加热结构用于根据所述控制指令，调节电加热装置的输出功率，并对空调压缩机进行加热。
5.根据权利要求4所述的空调压缩机启动系统，其特征在于，所述主控板包括：
判断模块，用于判断环境温度是否小于预先设定的环境温度阈值，若是，则判断需要预热，调用计算模块，并在预热过程结束后，调用第一控制模块；若否，则判断不需要预热，直接调用第一控制模块；
计算模块，用于根据空调压缩机排气温度计算电加热装置的输出功率和电子开关电路的占空比，并生成相应的控制指令；
指令发送模块，用于将所述控制指令发送给电加热控制系统；
第一控制模块，用于控制空调压缩机按照预设的启动频率运转。
6.根据权利要求4或5所述的空调压缩机启动系统，其特征在于，所述主控板还包括运算放大电路和模数转换电路，所述运算放大电路用于接收所述温度采集模块发送的温度信号，并将所述温度信号进行放大；所述模数转换电路用于将放大后的温度信号转换为所述主控板能够处理的信号。
7.一种空调压缩机启动方法，其特征在于，利用权利要求4～6所述的空调压缩机启动系统，包括以下步骤：
步骤1，采集环境温度和空调压缩机排气温度；
步骤2，根据所述环境温度，判断是否需要预热，若不需要预热，则进入步骤3；若需要预热，则进入步骤4；
步骤3，控制空调压缩机按照预设的启动频率运转；
步骤4，根据空调压缩机排气温度，调节电加热装置的输出功率，对空调压缩机进行预热，待预热过程结束后，控制空调压缩机按照预设的启动频率运转。
8.根据权利要求7所述的一种空调压缩机启动方法，其特征在于，步骤2中，判断是否需要预热具体为：判断环境温度是否小于预设的环境温度阈值，若是，则对空调压缩机进行预热，若否，则无需对空调压缩机进行预热。
9.根据权利要求7或8所述的一种空调压缩机启动方法，其特征在于，步骤4中，预热过程包括以下步骤：
S301，判断所述空调压缩机排气温度是否＜0，若是，则控制电加热装置以最大功率持续对空调压缩机进行加热，并进入步骤S302；若否，则进入步骤S303；
S302，每间隔第一预设时间采集空调压缩机排气温度，直到空调压缩机排气温度≥0时，进入步骤S303；
S303，根据空调压缩机排气温度，减小电子开关电路的占空比；
S304，每间隔第二预设时间采集空调压缩机排气温度，重复所述步骤S303，直到空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，退出预热过程。
10.根据权利要求9所述的一种空调压缩机启动方法，其特征在于，所述步骤S303具体为：根据空调压缩机排气温度，计算电子开关电路的占空比，通过减小电子开关电路的占空比，降低电加热装置的输出功率。
11.根据权利要求9所述的一种空调压缩机启动方法，其特征在于，步骤S304具体为：当空调压缩机排气温度达到预设的排气温度阈值时，电子开关电路的占空比和电加热装置的输出功率分别减小至0。
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