CN112032938A - 空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空调系统，包括压缩机以及变频器，还包括：处理器模块，其被配置为：分别获取压缩机当前的运行频率以及压缩机当前的扭矩；根据所述当前的运行频率和当前的扭矩计算变频器的效率
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。本发明的空调系统，其根据压缩机的扭矩和运行频率计算出变频器的效率，运行频率是控制输出参数，很容易获取，无需另外设置检测器件，简化了测试复杂程度，同时不会由于外部检测器件引入测试误差，提高了变频器的效率的检测精度。

Description

空调系统
技术领域
本发明涉及家用电器技术领域，尤其涉及一种具有在线功耗检测功能的空调系统。
背景技术
智能控制技术与互联网技术在空调系统应用的基础是能够对其性能的在线实时监测。通过对实际运行性能测试数据的分析，发现产品在实际运行过程中存在的不足，探明导致机组性能不佳的主要因素，为产品结构优化设计和控制策略优化设计指明方向，实现产品实际运行节能。
在线性能监测其中一个重要的指标是能耗，而压缩机及其变频器的能耗占整个多联机系统能耗的85％左右，因此压缩机及其变频器的能耗测试尤为重要。论文《基于有限测点的空调系统性能在线监测方法》，杨怀毅等，在2018年提出基于有限测点应用数据拟合公式的推算方案。如图1所示，为电线路示意图，该论文根据①点之前的电流推算整个室内外机的功耗，推算方法如下：
Figure BDA0002662874400000011
式中：Iall为有效电流，I′为室外测点的电流，Ir为测点电流，PF为对应的功率因数，Cl～C5均为拟合系数。
这种方法由于室内风挡切换的区别未区分，所以误差较大，最大误差是10.3％。
发明内容
为解决现有技术中压缩机变频器的在线能耗监测需要设置多个测点采集参数，导致使用测试器件繁多，测试方案复杂，以及引入较多误差导致精度低的技术问题，本发明提供一种空调系统，其根据压缩机的扭矩和运行频率计算出变频器的效率，无需设置外部测试器件，简化了测试复杂程度，同时提高了变频器的效率的检测精度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种空调系统，包括压缩机以及变频器，还包括：
处理器模块，其被配置为：
分别获取压缩机当前的运行频率以及压缩机当前的扭矩；
根据当前的运行频率和当前的扭矩计算变频器的效率α0。
进一步的，所述变频器的效率α0的获取方法为：
控制压缩机以不同的运行频率运行，分别拟合以各运行频率运行时压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数；
查找当前的运行频率所对应的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f0(n)，其中n表示压缩机的扭矩；
将压缩机当前的扭矩输入f0(n)，得到变频器的效率α0；
或者，
获取压缩机当前的运行频率；
根据压缩机当前的运行频率和压缩机当前的扭矩计算得到变频器的效率α0。
进一步的，若当前的运行频率未对应有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数，则查找出与当前的运行频率相邻近的两个压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f1(n)和f2(n)；
将压缩机当前的扭矩分别输入f1(n)和f2(n)，得到变频器的效率α1和α2；
插值计算α0，包括：根据α1和α2利用插值法计算出当前的运行频率所对应的变频器的效率α0。
进一步的，插值计算α0的步骤中，根据α1和α2利用线性插值法计算出当前的运行频率所对应的变频器的效率α0。
进一步的，压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的拟合方法为：
控制压缩机保持以设定的运行频率运行；
计算不同时刻压缩机的扭矩以及测量出相对应的变频器的效率；
根据不同时刻所述压缩机的扭矩及其相对应的变频器的效率，拟合出以所设定的运行频率运行时二者的对应关系函数。
进一步的，压缩机的扭矩的计算方法为：
分别获取压缩机的出口焓值h1和入口焓值h2；
获取压缩机吸入冷媒的密度ρ以及压缩机的转速Rpm；
压缩机的扭矩＝a*(h1-h2)*ρ*Rpm*η/b/Rpm；
其中，η为压缩机的容积效率，为固定值，a、b为拟合参数。
进一步的，所述出口焓值h1根据压缩机的排气温度和排气压力计算得到，所述入口焓值h2根据压缩机的吸气温度和吸气压力计算得到。
进一步的，压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的拟合过程中，相邻两设定的运行频率之间的差值为Δf。
进一步的，压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数为二次函数。
进一步的，根据所述变频器的效率α0计算变频器的输入功率Pr；
优选的，通过有功功率计算变频器的输入功率Pr或者通过视在功率计算变频器的输入功率Pr；
其中，通过有功功率计算变频器的输入功率Pr包括：
获取变频器的输出有功功率Pc；
计算变频器的输入功率Pr：Pr＝Pc/α0；
通过视在功率计算变频器的输入功率Pr包括：
获取变频器的输出视在功率S2i；
获取变频器的输出功率因数F2i；
计算变频器的输入功率Pr：
Pr＝S2i＊F2i/α0
优选的，变频器的输出有功功率Pc的方法为：
采集变频器的输出电流I，获取变频器的输出电压U；
计算Pc＝I·U·F2i；
其中，F2i为变频器的输出功率因数。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明的空调系统，其根据压缩机的扭矩和运行频率计算出变频器的效率，运行频率是控制输出参数，很容易获取，无需另外设置检测器件，简化了测试复杂程度，同时不会由于外部检测器件引入测试误差，提高了变频器的效率的检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为空调系统耗电线路示意图；
图2是本发明提出的空调系统的一种实施例的原理方框图；
图3是本发明提出的空调系统的处理器模块配置流程图；
图4是实施例一中压缩机运行在115Hz时拟合的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数曲线；
图5是实施例一中压缩机运行在110z时拟合的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数曲线；
图6是本发明提出的空调系统的处理器模块再一种实施例的配置流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例的空调系统通过处理器模块控制压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行空调器的制冷循环。制冷循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发，并向已被调节和热交换的空气供应制冷剂。
压缩机压缩处于高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩后的制冷剂气体。所排出的制冷剂气体流入冷凝器。冷凝器将压缩后的制冷剂冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境。
膨胀阀使在冷凝器中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低压的液相制冷剂。蒸发器蒸发在膨胀阀中膨胀的制冷剂，并使处于低温低压状态的制冷剂气体返回到压缩机。蒸发器可以通过利用制冷剂的蒸发的潜热与待冷却的材料进行热交换来实现制冷效果。在整个循环中，空调器可以调节室内空间的温度。
空调器的室外单元是指制冷循环的包括压缩机和室外热交换器的部分，空调器的室内单元包括室内热交换器，并且膨胀阀可以提供在室内单元或室外单元中。
室内热交换器和室外热交换器用作冷凝器或蒸发器。当室内热交换器用作冷凝器时，空调器用作制热模式的加热器，当室内热交换器用作蒸发器时，空调器用作制冷模式的冷却器。
本实施例的空调系统，如图2所示，还包括变频器，由变频器来控制和调整空调中的压缩机的转速，使压缩机始终处于最佳的转速状态，从而节省空调的能耗。
随着智能控制技术与互联网技术在空调系统应用，其基础是能够对空调系统性能的在线实时监测。通过对实际运行性能测试数据的分析，发现产品在实际运行过程中存在的不足，探明导致机组性能不佳的主要因素，为产品结构优化设计和控制策略优化设计指明方向，实现产品实际运行节能。
此外，随着空调节能环保意识的增强以及家居智能化的不断提高，智能空调的概念更加普及。在空调温度设定方面，当室内温度在一定范围内时，人体的舒适度几乎没有差别，如果在该范围内，设定较低或较高温度，人体舒适度没有改变，反而增加了空调能耗，不利于提醒用户设定的温度所对应的空调的能耗，不利于空调的长时间使用，不利于环保节能。因此，对空调系统能耗的在线监测需求十分迫切。
本实施例中的处理器模块被配置为：
分别获取压缩机当前的运行频率以及压缩机当前的扭矩；
根据所述当前的运行频率和当前的扭矩计算变频器的效率α0；。
本实施例的空调系统，其根据压缩机的扭矩和运行频率计算出变频器的效率，运行频率是控制输出参数，很容易获取，无需另外设置检测器件，简化了测试复杂程度，同时不会由于外部检测器件引入测试误差，提高了变频器的效率的检测精度。
获取变频器的效率α0后，可根据变频器的效率α0计算变频器的输入功率Pr。
变频器的输入功率Pr可通过有功功率计算获取或者通过视在功率计算获取；
其中，如图3所示，本实施例中以通过有功功率计算变频器的输入功率Pr为例进行说明，包括：
获取变频器的输出有功功率Pc；
计算变频器的输入功率Pr:Pr＝Pc/α0。
变频器的输入功率Pr也即压缩机及其变频器的能耗。
压缩机的扭矩与压缩机的排气温度、排气压力吸气温度和吸气压力有关，而上述参数可通过空调系统即可获取，无需另外设置检测器件。
变频器的效率获取之前，首先在实验室获取变频器的效率曲线，也即压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数。
本实施例中优选变频器的效率α0的获取方法为：
控制压缩机以不同的运行频率运行，分别拟合以各运行频率运行时压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数。
本实施例中选取有限的若干个运行频率，并在实验室拟合出以各运行频率运行时压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数。因此，所选取的有限的若干个运行频率中，每个运行频率都对应有一个压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数。
变频器在不同转矩，不同频率下的效率进行实验测量，并拟合出公式。因为定转子工装测试，同时对变频器使用水冷和风冷散热，测试效率比实际效率会高，后期实验室实验再校核。
查找当前的运行频率所对应的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f0(n)，其中n表示压缩机的扭矩。
当前的运行频率可通过系统直接获取。
将压缩机当前的扭矩输入f0(n)，得到变频器的效率α0。
如果当前的运行频率刚好对应有拟合的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f0(n)，在获取压缩机的扭矩后，将其带入函数f0(n)即可得到该运行频率下、该扭矩下的变频器的效率α0。
由于拟合有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的压缩机的运行频率数量是离散的且有限的，若压缩机当前的运行频率未对应有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数，则查找出与当前的运行频率相邻近的两个压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f1(n)和f2(n)。
也即，虽然压缩机当前的运行频率未对应有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数，如果压缩机当前的运行频率没有位于数值的两端，其必定具有两个相邻的运行频率n1和n2，且该两个运行频率分别拟合有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f1(n)和f2(n)。如果压缩机当前的运行频率位于数值的两端，则其具有一个相邻的运行频率，且该运行频率拟合有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f1(n)。同时取与当前的运行频率次相邻的运行频率，且该运行频率同样拟合有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数，记为f2(n)。
将压缩机当前的扭矩分别输入f1(n)和f2(n)，得到变频器的效率α1和α2；
插值计算α0，包括：根据α1和α2利用插值法计算出当前的运行频率所对应的变频器的效率α0。
为了简化计算，减小计算量，由于n1和n2的差值较小，也即运行频率变化不大，扭矩相同时，变频器的效率的变化可以等效成线性变化。也即，插值计算α0的步骤中，根据α1和α2利用线性插值法计算出当前的运行频率所对应的变频器的效率α0。
压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的拟合方法为：
控制压缩机保持以设定的运行频率运行；
计算不同时刻压缩机的扭矩以及测量出相对应的变频器的效率，可以得到若干组扭矩-效率数据；
根据不同时刻所述压缩机的扭矩及其相对应的变频器的效率，拟合出以所设定的运行频率运行时二者的对应关系函数。
如表1、表2所示，其中，表1是运行频率为115hz时的转矩-效率对应表，表2是运行频率为110hz时的转矩-效率对应表。
115转矩(N.m) 17.5 16.34 15.48 14.48 13.68 12.68 11.81 10.94 9.81 8.81
115效率 0.9402 0.9409 0.9422 0.9435 0.9444 0.9444 0.9448 0.9452 0.94441 0.94471
表1
110转矩(N.m) 17.6 16.66 15.67 14.6 13.66 12.74 11.67 10.77 9.64 8.58
110效率 0.9422 0.9434 0.9439 0.9455 0.9463 0.9461 0.9462 0.9471 0.94755 0.94759
表2
根据表1拟合的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数曲线如图4所示，根据表2拟合的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数曲线如图5所示。
本实施例中压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数为二次函数。
以450机制冷举例说明，在扭矩为16.28N·m,压缩机的运行频率为112Hz，变频器输出功率为11950W时，变频器的输入功率的计算方法如下：
由于运行频率为112Hz未对应有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数，因此，根据与112Hz相邻近的两个运行频率115Hz和110Hz的函数进行计算。
f1(n115)＝0.9320+0.002420*n115-0.000113*n115^2(公式由表1拟合获得)
＝0.9320+0.002420*16.28-0.000113 115*16.28^2＝0.9414
f2(n110)＝0.9463+0.000504*n110-0.000040*n110^2(公式由表2拟合获得)
＝0.9463+0.000504*16.28-0.000040*16.28^2＝0.9439
f1(n115)为运行频率为115Hz的变频器的效率；f2(n110)为运行频率为110Hz的变频器的效率。
n115为运行频率为115Hz的压缩机的转矩；n110为运行频率为110Hz的压缩机的转矩。
两个采集点之间的值可以由插值法获得，满足如下关系式：
(f1(n115)-α0)/(α0-f2(n110))＝(115-112)/(112-110)
可以得出α0＝(2*0.9414+3*0.9439)/5＝0.9429；
所以变频器输入功率推算为11950/0.9429*α＝12673.7*αW
经测量计算得到的变频器输入功率和实际功率有5％左右的偏差，与现有算法的精度相比，得到大幅提高。
优选本实施例中压缩机的扭矩的计算方法为：
分别获取压缩机的出口焓值h1和入口焓值h2；
获取压缩机吸入冷媒的密度ρ以及压缩机的转速Rpm；
压缩机的扭矩＝a*(h1-h2)*ρ*Rpm*η/b/Rpm；
其中，η为压缩机的容积效率，为固定值，a、b为拟合参数。
出口焓值h1根据压缩机的排气温度和排气压力计算得到，焓值h2根据压缩机的吸气温度和吸气压力计算得到。
压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的拟合过程中，相邻两设定的运行频率之间的差值为Δf，如每间隔5Hz拟合一个压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数。
变频器的输出有功功率Pc的方法为：
采集变频器的输出电流I，获取变频器的输出电压U；
计算Pc＝I·U·F2i；
其中，F2i为变频器的输出功率因数，可以从变频器直接获取。
变频器的电路板内包含电流传感器，可以采集变频器的输出电流I，输出电压U为输出控制量，可以直接获取。
变频器的效率α0的再一种计算方法为：
获取压缩机当前的运行频率f；
根据压缩机当前的运行频率f和压缩机当前的扭矩n计算得到变频器的效率α0。
优选的，α0＝a1*f+b1*n+c1*f*n+d1*f^2+e1*n^2。
其中，a1、b1、c1、d1以及e1为常数，可以根据实际情况设置。
本方案中通过将变频器的效率α0拟合成了频率和扭矩这两个因子的曲面，使得计算更加简洁。
实施例二
本实施例的空调系统还可以通过输出视在功率S2i的方式计算变频器的输入功率，如图6所示，本实施例的处理器模块被配置为：
分别获取压缩机当前的运行频率以及压缩机当前的扭矩；
根据当前的运行频率和当前的扭矩计算变频器的效率α0；
获取变频器的输出侧视在功率S2i；
获取变频器的输出侧功率因数F2i；
计算变频器的输入功率Pr：
Pr＝S2i＊F2i/α0。
S2i由变频器计算输出，α0可由实施例一中记载的方案获取，在此不做赘述。F2i为变频器的输出功率因数，可以从变频器直接获取。
本实施例的空调系统，其根据压缩机的扭矩和运行频率计算出变频器的效率，运行频率是控制输出参数，很容易获取，变频器的输出功率因数可直接从变频器获取，无需另外设置检测器件，简化了测试复杂程度，同时不会由于外部检测器件引入测试误差，提高了变频器的效率的检测精度。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空调系统，包括压缩机以及变频器，其特征在于，还包括：
处理器模块，其被配置为：
分别获取压缩机当前的运行频率以及压缩机当前的扭矩；
根据当前的运行频率和当前的扭矩计算变频器的效率α0。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述变频器的效率α0的获取方法为：
控制压缩机以不同的运行频率运行，分别拟合以各运行频率运行时压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数；
查找当前的运行频率所对应的压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f0(n)，其中n表示压缩机的扭矩；
将压缩机当前的扭矩输入f0(n)，得到变频器的效率α0；
或者，
获取压缩机当前的运行频率；
根据压缩机当前的运行频率和压缩机当前的扭矩计算得到变频器的效率α0。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，若当前的运行频率未对应有压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数，则查找出与当前的运行频率相邻近的两个压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数f1(n)和f2(n)；
将压缩机当前的扭矩分别输入f1(n)和f2(n)，得到变频器的效率α1和α2；
插值计算α0，包括：根据α1和α2利用插值法计算出当前的运行频率所对应的变频器的效率α0。
4.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，插值计算α0的步骤中，根据α1和α2利用线性插值法计算出当前的运行频率所对应的变频器的效率α0。
5.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的拟合方法为：
控制压缩机保持以设定的运行频率运行；
计算不同时刻压缩机的扭矩以及测量出相对应的变频器的效率；
根据不同时刻所述压缩机的扭矩及其相对应的变频器的效率，拟合出以所设定的运行频率运行时二者的对应关系函数。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，压缩机的扭矩的计算方法为：
分别获取压缩机的出口焓值h1和入口焓值h2；
获取压缩机吸入冷媒的密度ρ以及压缩机的转速Rpm；
压缩机的扭矩＝a*(h1-h2)*ρ*Rpm*η/b/Rpm；
其中，η为压缩机的容积效率，为固定值，a、b为拟合参数。
7.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于，所述出口焓值h1根据压缩机的排气温度和排气压力计算得到，所述入口焓值h2根据压缩机的吸气温度和吸气压力计算得到。
8.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数的拟合过程中，相邻两设定的运行频率之间的差值为Δf。
9.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，压缩机的扭矩与变频器的效率的对应关系函数为二次函数。
10.根据权利要求1-9任一项所述的空调系统，其特征在于，
根据所述变频器的效率α0计算变频器的输入功率Pr；
优选的，通过有功功率计算变频器的输入功率Pr或者通过视在功率计算变频器的输入功率Pr；
其中，通过有功功率计算变频器的输入功率Pr包括：
获取变频器的输出有功功率Pc；
计算变频器的输入功率Pr：Pr＝Pc/α0；
通过视在功率计算变频器的输入功率Pr包括：
获取变频器的输出视在功率S2i；
获取变频器的输出功率因数F2i；
计算变频器的输入功率Pr：
Pr＝S2i＊F2i/α0
优选的，变频器的输出有功功率Pc的方法为：
采集变频器的输出电流I，获取变频器的输出电压U；
计算Pc＝I·U·F2i；
其中，F2i为变频器的输出功率因数。
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