CN107588508A

CN107588508A - 一种无需室外电控器的变频空调及控制方法

Info

Publication number: CN107588508A
Application number: CN201711029691.8A
Authority: CN
Inventors: 冯建宏; 唐刚; 王春华
Original assignee: FOSHAN SHUNDE H&T ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FOSHAN SHUNDE H&T ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN107588508B

Abstract

一种无需室外电控器的变频空调，包括室内设备、室外设备，所述的室内设备包括室内电控板、室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块；所述的室外设备包括四通阀、室外风机、压缩机；所述的室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块分别与室内电控板电连接，优点是，在省略室外温度传感器、外盘管温度传感器、压缩机排气温度传感器和一套控制器后任然可以维持正常的空调控制功能，不但简化原本变频空调的内部结构，降低生产成本；简化设计后可有效降低故障率，提高设备寿命。

Description

一种无需室外电控器的变频空调及控制方法

技术领域

本发明涉及变频空调技术领域，具体为一种无需室外电控器的变频空调及控制方法。

背景技术

目前变频空调已经占据国内市场超过50％的份额，且有继续增长的趋势，如果参照日本国的比例，变频空调最终市场占比会超过90％。而分体式变频空调又在变频空调市场中占绝大多数。因此，对分体式空调的现有问题进行改良具有强烈的实际意义。

分体式空调是指整机包含室内机和室外机两部分。目前为止，市面上所有分体式变频空调都是在室内机和室外机分别部署一套控制器，实现室内和室外各自的控制功能，如图1所示。

这种部署带来了如下问题：1.室外机电控器处于室外环境，直接面对高温、高湿、灰尘等恶劣条件；2.室外机电控器的核心——变频驱动电路的功率器件发热本就严重，在高温环境(譬如室外43℃-52℃)下更是大幅度温升，很容易触及半导体功率器件的失效边界(约100℃-120℃)，但若放于室内则因为有制冷的作用抵消一部分发热，散热单元的设计可以大大降额；3.室内室外各一套电控板，带来设计、加工、制造、维修成本提高，出问题概率增大；4、室内和室外两个控制板之间需要通信，然而不同的厂家之间通信协议完全不兼容，造成变频空调领域零部件的互换性差，维修成本高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种省略室外电控装置以及相关传感器的情况下实现正常变频空调功能的一种无需室外电控器的变频空调及控制方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种无需室外电控器的变频空调，包括室内设备、室外设备，所述的室内设备包括室内电控板、室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块；所述的室外设备包括四通阀、室外风机、压缩机；所述的室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块分别与室内电控板电连接，所述的四通阀分别通过火线、阀控制线与室内控制板连接，所述的室外风机分别通过火线、FAN控制线与室内控制板连接，所述的压缩机通过UVW三相线与室内控制板连接；所述的室内电控板接入外部电源。

作为上述方案的改进，所述的室内控制板内设有压缩机驱动电路、PFC控制电路、四通阀通断控制电路、室外风机控制电路。

作为上述方案的改进，所述的wifi模块用于通过接入互联网实现位置定位并采集该位置的气温数据，且通过移动控制端实现对变频空调的操作控制。

一种无需室外电控器的变频空调控制方法，具体步骤如下：

1S.变频空调设定的目标室温IAT_SPT与通过室内环境温度传感器测量的实际室温IAT相减，相减的结果经由比例积分PI控制器进行增益放大和累积运算；

2S.PI控制器运算结果经过上下限限幅器修正得到目标盘管温度Aim_ICT,目标盘管温度Aim_ICT与室内盘管温度ICT相减，相减的结果经由比例积分PI控制器进行增益放大和累积运算；

3S.步骤2中PI控制器运算结果经过上下限限幅器修正得到压缩机目标转速Aim_Freq，将压缩机目标转速Aim_Freq作为压缩机目标转速指令发送压缩机驱动模块。

作为上述方案的改进，所述的压缩机驱动模块中设有变频空调系统保护方法，其具体步骤如下：在所述的压缩机驱动模块中的驱动算法使用磁场定向控制方法，简称FOC算法(Field Oriented Control)，在FOC算法的运算过程中可得到压缩机的三相电流Ia、Ib、Ic，进而计算得到压缩机数学模型中的Q轴电流Iq、D轴电流Id；进而根据式(1)可计算得压缩机所输出的电磁力矩Te；当压缩机平稳运转时，压机的电磁转矩与负载转矩平衡，电磁力矩Te在数值上等于空调系统的负载转矩T_load；

压机电磁力矩计算式：

其中，T_e为永磁同步电机的电磁转矩，P_n为压缩机的极数(常数)，为永磁体磁链(常数)，Ld和Lq分别为压缩机的DQ轴电感(常数)；即，变频空调系统的实时负荷反映在压缩机所输出的电磁力矩Te上，通过电磁力矩Te数值设置变频空调的过负载保护阀值，实现对变频空调系统的保护动作。

作为上述方案的改进，所述的对变频空调系统的保护动作为限频、降频或停机。

本发明具有以下有益效果：在省略室外环境温度传感器、外盘管温度传感器、压缩机排气温度传感器和一套控制器后仍然可以维持正常的空调控制功能，不但简化原本变频空调的内部结构，降低生产成本；简化设计后可有效降低故障率，提高设备寿命。

附图说明

图1为传统变频空调室内机和室外机结构示意图。

图2为实施例1的变频空调模块结构示意图。

图3为实施例2的控制算法示意图。

图4为实施例2的控制算法流程图。

图5为实施例2的FOC控制算法示意图。

图6为实施例3的保护动作示意图。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，一种无需室外电控器的变频空调，包括室内设备、室外设备，所述的室内设备包括室内电控板、室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块；所述的室外设备包括四通阀、室外风机、压缩机；所述的室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块分别与室内电控板电连接，所述的四通阀分别通过火线、阀控制线与室内控制板连接，所述的室外风机分别通过火线、FAN控制线与室内控制板连接，所述的压缩机通过UVW三相线与室内控制板连接；所述的室内电控板接入外部电源。所述的室内控制板内设有压缩机驱动电路、PFC控制电路、四通阀通断控制电路、室外风机控制电路。所述的wifi模块用于通过接入互联网实现位置定位并采集该位置的气温数据，且通过移动控制端实现对变频空调的操作控制。

实施例2

如图3、图4所示，一种无需室外电控器的变频空调控制方法，具体步骤如下：

作为上述方案的改进，所述的压缩机驱动模块中设有变频空调系统保护方法，其具体步骤如下：在所述的压缩机驱动模块中的驱动算法使用磁场定向控制方法，简称FOC算法(Field Oriented Control)，流程算法如图5所示，在FOC算法的运算过程中可得到压缩机的三相电流Ia、Ib、Ic，进而计算得到压缩机数学模型中的Q轴电流Iq、D轴电流Id；进而根据式(1)可计算得压缩机所输出的电磁力矩Te；当压缩机平稳运转时，压机的电磁转矩与负载转矩平衡，电磁力矩Te在数值上等于空调系统的负载转矩T_load；

压机电磁力矩计算式：

其中，T_e为永磁同步电机的电磁转矩，P_n为压缩机的极数(常数)，为永磁体磁链(常数)，Ld和Lq分别为压缩机的DQ轴电感(常数)；即，变频空调系统的实时负荷反映在压缩机所输出的电磁力矩Te上，通过电磁力矩Te数值设置变频空调的过负载保护阀值，实现对变频空调系统的保护动作。所述的对变频空调系统的保护动作为限频、降频或停机。

实施例3

在空调结构采用实施例1、且空调温度控制算法采用实施例2的情况下，本实施例演示如何执行保护动作。假定压缩机参数如下表1：

控制方法：根据设定温度与室内环境温度的差值，经过PI控制器得到室内盘管温度的目标值。室内盘管温度目标值与实际值之差值，再经过内环PI控制器，得到压缩机的目标运行频率。如目标室温IAT_SPT通过遥控器设置为24℃，实际室温IAT为32℃，室内盘管温度30℃。则在空调启动之初，温度控制算法将通过外环PI控制器计算出目标的室内盘管温度Aim_ICT譬如-5℃，并通过内环PI控制器计算出目标压缩机频率Aim_Freq譬如75转/秒。随着压缩机运转、空调系统制冷功能发挥作用，实际室温IAT会趋近并最终等于IAT_SPT，ICT也会等同Aim_ICT并平衡在譬如12℃。此时压缩机的目标运行频率Aim_Freq也将维持平稳譬如30转/秒。

系统过载检测及保护：根据式(1)计算压缩机电磁转矩值的大小从而判定空调系统的过负载程度。

一般在压缩机的常规运行范围，为了让电机取得最大效率，FOC算法采用Id＝0的控制方式，因此式(1)可以改写为式(2)。

本例子按式(2)计算相电流Iu＝5A时候，压缩机的电磁转矩。

由于Te与压缩机相电流的成比例对应关系，因此可以在变频空调的系统设计阶段，根据摸底实验的情况，确定一组保护阀值保存在单片机程序中，如图6，当压缩机电流从正常区间上升超过X1数值，开始停止继续升频，让压缩机仅运行在当前转速。如果压缩机电流继续上升超过X2数值，则开始每秒降1Hz的转速。如果压缩机电流继续上升超过X3数值，则执行停机。相应地，如果保护措施有效，压缩机电流下降分别低于X2’和X1’的数值，则相应分别退出降频和限升频区域，恢复正常地根据温度控制算法调整转速。

图6中的X1、X2、X3、X1’、X2’五个电流值可以在空调系统设计验证时，在工况实验室通过摸底实验确定，譬如对于某一款家用1.5匹变频空调，可按如下实验值定义如表2：

	阀值(安培)	意义
			X1	6	开始禁升频保护
X2	6.5	开始降频保护
			X3	7	停机保护阀值
X1’	5	退出禁升频保护
			X2’	5.5	退出降频保护

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种无需室外电控器的变频空调，包括室内设备、室外设备，其特征在于，所述的室内设备包括室内电控板、室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块；所述的室外设备包括四通阀、室外风机、压缩机；所述的室内风机、导风门步进电机、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、wifi模块分别与室内电控板电连接，所述的四通阀分别通过火线、阀控制线与室内控制板连接，所述的室外风机分别通过火线、FAN控制线与室内控制板连接，所述的压缩机通过UVW三相线与室内控制板连接；所述的室内电控板接入外部电源。

2.根据权利要求1所述的一种无需室外电控器的变频空调，其特征在于，所述的室内控制板内设有压缩机驱动电路、PFC控制电路、四通阀通断控制电路、室外风机控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种无需室外电控器的变频空调，其特征在于，所述的wifi模块用于通过接入互联网实现位置定位并采集该位置的气温数据，且通过移动控制端实现对变频空调的操作控制。

4.一种包含权利要求1至3任一项的无需室外电控器的变频空调控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的一种无需室外电控器的变频空调控制方法，其特征在于，所述的压缩机驱动模块中设有变频空调系统保护方法，其具体步骤如下：在所述的压缩机驱动模块中的驱动算法使用磁场定向控制方法，简称FOC算法(Field Oriented Control)，在FOC算法的运算过程中可得到压缩机的三相电流Ia、Ib、Ic，进而计算得到压缩机数学模型中的Q轴电流Iq、D轴电流Id；进而根据式(1)可计算得压缩机所输出的电磁力矩Te；当压缩机平稳运转时，压机的电磁转矩与负载转矩平衡，电磁力矩Te在数值上等于空调系统的负载转矩T_load；

压机电磁力矩计算式：

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>&Phi;</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

6.根据权利要求5所述的一种无需室外电控器的变频空调控制方法，其特征在于，所述的对变频空调系统的保护动作为限频、降频或停机。