CN106123251B - 一种变频空调消耗功率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频空调消耗功率计算方法，在空调中设置有用于检测压缩机输入电流的电流检测元件；所述方法包括：获取压缩机输入电流，进行Clark变换和Park变换，获得dq轴电流；计算dq轴电压；计算压缩机输入功率；计算变频器输入功率；查询预设的风机转速‑风机消耗功率对照表，获得风机消耗功率；计算变频器输入功率与风机消耗功率之和。本发明的变频空调消耗功率计算方法，在不增加空调硬件成本的情况下，由空调控制器方便地获得了空调的总消耗功率，提高了空调的市场竞争力，且便于后续对空调的节能控制；而且，该计算方法采用磁场定向矢量控制技术来进行计算，简单易行，便于实现。

Description

一种变频空调消耗功率计算方法

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体地说，是涉及一种变频空调消耗功率计算方法。

背景技术

目前，大部分楼宇或者家庭都安装了空调器，为了节约能源，同时为了用电安全，在用电高峰时，需要根据包括空调在内的各种电器的消耗电功率，确定节能控制策略，来降低用电负荷，防止超出楼宇或者家庭的用电负荷上限。这就需要获取变频空调的消耗电功率信息。

现在的变频空调没有计算自身消耗电功率的功能，如果采用外部的电力计量装置，如功率计、电量表等来检测空调的消耗电功率，又会增加空调的成本。

发明内容

本发明提供了一种变频空调消耗功率计算方法，在不增加空调硬件成本的情况下获得空调的消耗功率。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种变频空调消耗功率计算方法，在空调中设置有用于检测压缩机输入电流的电流检测元件；所述计算方法包括变频器消耗功率计算方法和风机消耗功率计算方法；

所述变频器消耗功率计算方法包括：

通过所述电流检测元件获取压缩机输入电流i_A、i_B、i_C；

进行Clark变换，将i_A、i_B、i_C转换为i_α、i_β；

进行Park变换，将i_α、i_β转换为i_d、i_q；

根据公式计算压缩机的d轴电压V_d和q轴电压V_q，其中，r是压缩机电机定子的阻值，p是积分运算符号，L_d是压缩机电机定子的d轴电感，L_q是压缩机电机定子的q轴电感，ω₁是压缩机转子的转动速度，K_E是压缩机电机发电常数；

计算压缩机输入功率P_out＝i_d·v_d+i_q·v_q；

计算变频器输入功率P_in＝P_out÷η；

其中，η为变频器效率，通过查询预设的压缩机转速-变频器效率对照表获得；

所述风机消耗功率计算方法包括：

查询预设的风机转速-风机消耗功率对照表，获得风机消耗功率；

计算变频器输入功率与风机消耗功率之和。

进一步的，Clark变换的公式为

又进一步的，Park变换的公式为其中θ_d是压缩机转子的电气角度。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的变频空调消耗功率计算方法，在不增加空调硬件成本的情况下，通过变频空调中现有的电流检测元件检测压缩机输入电流，并通过磁场定向矢量控制技术中的Clark变换和Park变换获得dq轴电流i_d、i_q，计算出dq轴电压V_d、V_q，进而计算出压缩机输入功率、变频器输入功率，并查表获得风机消耗功率，进而计算出空调的总消耗功率；也就是说，在不增加空调硬件成本的情况下，由空调控制器方便地获得了空调的总消耗功率，提高了空调的市场竞争力，且便于后续对空调的节能控制；而且，该计算方法采用磁场定向矢量控制技术来进行计算，简单易行，便于实现。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是现有变频空调的变频器电气框图；

图2是本发明提出的变频空调消耗功率计算方法的一个实施例的流程图。

附图标记：

1、电流传感器；2、变频模块下桥臂串联的采样电阻；3、N侧直流母线串联的采样电阻；4、电源；5、整流器；6、滤波电容；7、变频模块；8、压缩机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明的变频空调消耗功率计算方法是在现有变频空调的硬件上进行的功率计算方法。参见图1所示，现有空调的变频器主要包括依次连接的电源4、整流器5、滤波电容6、变频模块7、压缩机8，在变频器上设置有用于检测压缩机8输入电流的电流检测元件；所述电流检测元件为电流传感器1或者在变频模块下桥臂串联的采样电阻2或者在N侧直流母线上串联的采样电阻3，目前变频空调基本上采用这三种部件中的其中之一来检测压缩机输入电流。

下面，结合图2，对变频空调消耗功率计算方法进行详细说明。

本实施例的变频空调消耗功率计算方法主要包括变频器消耗功率计算方法和风机消耗功率计算方法。

变频器消耗功率计算方法主要包括下述步骤，参见图2所示。

步骤S11：获取压缩机输入电流i_A、i_B、i_C。

通过电流检测元件获取压缩机输入电流i_A、i_B、i_C。在本实施例中，电流检测元件优选为电流传感器，即，通过电流传感器1直接获取压缩机输入电流。当然，也可以采用采样电阻2或者采样电阻3来获取压缩机输入电流。

步骤S12：进行Clark变换，将i_A、i_B、i_C转换为i_α、i_β。

空调控制器通过磁场定向矢量控制中的Clark变换，将三相交流ABC坐标系变换为两相交流αβ坐标系，变换前后的功率保持不变。

在本实施例中，Clark变换的公式为

步骤S13：进行Park变换，将i_α、i_β转换为i_d、i_q。

空调控制器通过磁场定向矢量控制中的Park变换，将两相交流αβ坐标系变换为两相旋转dq坐标系，得到d轴电流i_d和q轴电流i_q。

在本实施例中，Park变换的公式为其中θ_d是压缩机转子的电气角度，可以通过现有技术中的转子位置和速度估算获得，此处不再赘述。

步骤S14：空调控制器计算压缩机d轴电压V_d和q轴电压V_q。

根据压缩机电机的数学模型，由i_d和i_q以及压缩机电机的参数计算出d轴电压V_d和q轴电压V_q。

计算公式为

其中，p是积分运算符号，r是压缩机电机定子的阻值，L_d是压缩机电机定子的d轴电感，L_q是压缩机电机定子的q轴电感，ω₁是压缩机转子的转动速度，K_E是压缩机电机发电常数。r、L_d、L_q、K_E为定值，存储在空调控制器的存储器中；ω₁可以通过现有技术中的转子位置和速度估算获得，此处不再赘述。

步骤S15：空调控制器计算压缩机输入功率P_out＝i_d·v_d+i_q·v_q。

步骤S16：空调控制器计算变频器输入功率P_in＝P_out÷η。

η为变频器效率，通过查询预设的压缩机转速-变频器效率对照表获得。

根据试验得知，变频器效率主要与压缩机的转速有关，因此，为了更加准确地计算变频器输入功率，预设压缩机转速-变频器效率对照表，将其存储在控制器的存储器中。在计算变频器输入功率时，采用查表的方法，根据压缩机转速得到变频器效率。根据压缩机的转速获取变频器效率，提高了获得的变频器效率的准确性，进而提高了变频器输入功率和整个空调总消耗功率的计算准确性。

例如，下表为压缩机转速-变频器效率对照表，从该表中可以根据压缩机转速，获得变频器效率。

序号	压缩机转速区间(rps)	变频器效率η(％)
			1	10～20	92
2	21～40	93
			3	41～55	94
4	56～70	95
			5	71～85	96
6	86～100	97
			7	101～120	98

风机消耗功率计算方法即为步骤S17。

步骤S17：空调控制器查询预设的风机转速-风机消耗功率对照表，获得风机消耗功率。

室内机风机消耗功率很小，可忽略不计。室外机风机的消耗功率主要与其转速有关，预设风机转速-风机消耗功率，将其存储在控制器的存储器中。在计算风机消耗功率时，采用查表的方法，根据风机的转速，获到风机消耗功率，从而提高获得的风机消耗功率的准确性，进而提高整个空调总消耗功率的计算准确性。

例如，下表为风机转速-风机消耗功率对照表，从该表中可以根据风机转速，获得风机消耗功率。

序号	风机转速(rpm)	消耗功率(W)
			1	200～230	120
2	320～350	160
			3	430～450	200
4	540～570	230
			5	680～700	270
6	790～810	310

步骤S18：空调控制器计算总消耗功率。

空调其它电气部件，如控制器、各种电磁阀、加热带等，这部分部件的消耗电功率在空调整体消耗功率中所占的比重最小，而且大小相对固定，将其设为固定值，存储在控制器的存储器中。

因此，变频空调的总消耗功率＝变频器输入功率+风机消耗功率+其它电气部件的消耗功率。

本实施例的变频空调消耗功率计算方法，在不增加空调硬件成本的情况下，通过变频空调中现有的电流检测元件检测压缩机输入电流，并通过磁场定向矢量控制技术中的Clark变换和Park变换获得dq轴电流i_d、i_q，计算出dq轴电压V_d、V_q，进而计算出压缩机输入功率、变频器输入功率，并查表获得风机消耗功率，进而计算出整个空调的总消耗功率；也就是说，在不增加空调硬件成本的情况下，由空调控制器方便地获得了空调的总消耗功率，提高了空调的市场竞争力，且便于后续对空调的节能控制；而且，该计算方法采用磁场定向矢量控制技术来进行计算，简单易行，便于实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种变频空调消耗功率计算方法，在空调中设置有用于检测压缩机输入电流的电流检测元件；其特征在于：

所述计算方法包括变频器消耗功率计算方法和风机消耗功率计算方法；

所述变频器消耗功率计算方法包括：

通过所述电流检测元件获取压缩机输入电流i_A、i_B、i_C；

进行Clark变换，将i_A、i_B、i_C转换为i_α、i_β；

进行Park变换，将i_α、i_β转换为i_d、i_q；

根据公式计算压缩机的d轴电压V_d和q轴电压V_q，其中，r是压缩机电机定子的阻值，p是积分运算符号，L_d是压缩机电机定子的d轴电感，L_q是压缩机电机定子的q轴电感，ω₁是压缩机转子的转动速度，K_E是压缩机电机发电常数；

计算压缩机输入功率P_out＝i_d·v_d+i_q·v_q；

计算变频器输入功率P_in＝P_out÷η；

其中，η为变频器效率，通过查询预设的压缩机转速-变频器效率对照表获得；

所述风机消耗功率计算方法包括：

查询预设的风机转速-风机消耗功率对照表，获得风机消耗功率；

计算变频器输入功率与风机消耗功率之和；

变频空调的总消耗功率＝变频器输入功率+风机消耗功率+其它电气部件的消耗功率。

2.根据权利要求1所述的变频空调消耗功率计算方法，其特征在于：Clark变换的公式为

3.根据权利要求2所述的变频空调消耗功率计算方法，其特征在于：Park变换的公式为其中θ_d是压缩机转子的电气角度。