CN1121584C - 空调器的控制装置 - Google Patents

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Abstract

空调器的控制装置，具有(1)输出准正弦波的逆变电路；(2)制冷循环装置；(3)校正装置，在来自上述逆变电路的电源电压较额定电压大第一预定值以上时，每隔预定时间进行使调制波的振幅减小的较正，而当所述电源电压较额定电压小第二预定值以上则每隔预定时间进行使调制波的振幅增大的校正。并可随着上述电源电压与额定电压的差加大来延长所述预定时间，这样就能在电源电压变动时抑制压缩机的停止。

Description

空调器的控制装置
称作为分体型的空调器一般由设于屋外的室外单元和设于屋内的室内单元构成，这两个单元中分别装设着构成压缩机等的制冷循环的机器，同时由制冷剂导管和指令信号线路连接。
室内单元中安装着室内热交换器、风扇马达和由此马达驱动的使由室内交换器加热/冷却的空气在室内循环的横流式风扇组成的室内风扇、制冷剂导管连接用的端口以及室内控制部等。
室外单元中安装着室外热交换器、由马达与螺旋浆式风扇组成的促进外部空气与室外热交换器进行热交换的室外风扇、压缩机以及驱动它的压缩机马达、变换制冷剂循环方向的四通阀、限制制冷剂循环方向的止回阀、调节供给于室内单元的制冷剂流量的制冷控制用电磁阀、毛细管(减压装置)、滤网、制冷剂导管连接用端口、贮液器、消声器以及室外控制部(室外装置控制板)，这些装置都由制冷剂导管连接，构成制冷循环。
上述制冷循环的结构可采用周知的结构，略去其详细说明。
致冷作业时，由压缩机排出的制冷剂经室外热交换器冷凝，为毛细管减压后再经室内热交换器蒸发，而得以使被空调的房间降温。
供暖作业时，由压缩机排出的制冷剂经室内热交换器冷凝，为毛细管减压后由室外热交换器蒸发。这时能利用室内热交换器使制冷剂冷凝时的冷凝热给被空调的房间供暖。
在进行致冷、供暖或干燥作业(与致冷作业相同，使制冷剂流动，让室内风扇的送风量自动地增减)时，这种由室内单元与室外单元组成的分体式空调器为了实行所希望的作业，是通过通信线路将控制信号从室内单元传送给室外单元的。下面用图1概述作为本发明对象的空调器的电路。
图1中，来自室内单元2的信号经信号线路供给于端子板A(接线板)6的端子③，发送给室外单元1的控制部(室外装置控制板)3的串行通信电路；而由室内单元2控制通电的电力则通过端子板A6的端子①与端子②，供给于端子板B的端子①与端子②，经噪声滤波器供给由整流电路8与晶体管组件组成的逆变电路9，成为驱动压缩机5的驱动电力。
另外，在把单相200V的电源连接到端子板B时，把整流电路8变换为单相200V用的，同时断开连接端子板A与端子板B的连接线。
接收到操作指令的室外单元1的控制部(室外装置控制板)3，控制着室外风扇马达7的转数、用来控制制冷剂的流量或制冷剂膨胀量的制冷剂控制用电磁阀的开度、以及压缩机的工作本领(转数)，以使室温达到设定于室内单元2中的设定温度。
图2是安装于室内单元2的控制部中主要部分的电路图。微机21中设置有设定空调机基本工作方式的开关、操作显示部以及接收来自遥控器的信号的信号接收电路。
微机21根据遥控器送来的信号控制空调器的作业。根据致冷作业/供暖作业/送风作业的设定，在供暖作业时，通过端子板6A的端子③将使改变制冷剂的流向进行致冷供暖变换的四通阀通电的信号输出给室外单元1的控制部。
标号23指步进马达，通过改变风向调节板(叶片)的角度，使室内单元2排出的调节用空气的排出方向可沿上下左右变更。标号22指用来驱动送机用横流式风扇的马达，马达的转数可自动或任意地控制。马达22的驱动电路由微机21控制。TH1与TH2分别为用来探测室温的温度传感器和用来探测制冷剂热交换器的温度的温度传感器。
图3为室外单元1中控制部的主要部分的电路图。图中的端子板(接线板)6B与图2所示的室内单元2中控制部的端子板6A相同，使相同序号的端子相互连接。在此图中的端子板6B是把图1所示的端子板A与端子板B加以统一描述。
串行电路是为用来在室内单元2的微机21与室外单元1的微机31之间进行信号传送而设置的，室内单元2中设有串行电路20而室外单元1中设有串行电路30。
室外单元1的微机31的操作指令是通过串行电路30由室内单元2传送来的，驱动控制着压缩机马达5、四通阀变换用螺线管RV以及风扇马达7。
压缩机马达5采用交流马达，是把经整流电路倍压整流的直流电通过微机31的指令信号控制的逆变电路9，变换为基于PWM理论的准正弦波的交流电之后供给于它。风扇马达7属无刷直流电动式的，根据来自微机31的信号控制其转数。
RV为回通阀变换用螺线管，可根据通电方向变换回通阀的状态。这样，当变换螺线管RV的通电方向，制冷循环便成为供暖作业/致冷作业。TH3、TH4、TH5为温度传感器，分别用来探测各部的温度而输入到微机31之中。
在取上述结构的空调器中，当供给于动力源即压缩机马达等的电源电压超过了正常工作范围变化到保护工作范围时，亦即相对于基准电压，电压上升到规定值以上时，马达线圈会由于过电压而出现烧损事故；而当相对于基准电压，电压降到规定值以下时，又会出现马达转矩不足陷于停动(锁定)状态等的不合适情形。
根据上述问题，本发明的目的在于提供空调器的控制装置，它在前述空调器的运行中，当供给于驱动源即压缩机马达等的电源电压超过正常工作范围变动至保护工作范围时，能不停止向压缩机等供电，而使空调器得到保护，同时可调节供给压缩机马达的电压，使马达尽可能地不停动地继续运转。
根据本发明技术方案1的空调器的控制装置，它具有由比较调制波与载波大小得到的开关信号来输出准正弦波的逆变电路，以及采用由此逆变电路输出的准正弦波旋转驱动的压缩机所构成的制冷循环，且能依据空调负载来调节调制波，能在由逆变电路供给的电源电压较额定电压大第一预定值以上时，每隔预定时间进行调制波的振幅减小的校正，而当此电压较额定电压小第二预定值以上时，则每隔预定时间进行调制波的振幅增大的校正，与此同时，可随着电压与额定电压的差加大延长前述预定时间，来抑制电源电压变动时压缩机的停止。
按照本发明的技术方案2，技术方案1的空调器的控制装置中备有保护装置，它当电源电压超过第一预定值的时间或低于第二预定值的时间达到一定的时间时，能进行使压缩机停止运转的保护动作。
按照本发明的技术方案3，技术方案1的空调器的控制装置中备有保护装置，当电源电压大于比第一预定值高的第三预定值或电源电压小于比第二预定值低的第四预定值时，能进行使压缩机停止运转的保护动作。
如上所述，本发明具有下述种种效果，当电源电压在正常工作范围、高电压工作范围与低电压工作范围的各个区域中而电源电压有了变化时，能通过选择电压校正表进行计算求得供给于压缩机马达的合适电压，而可不中止向压缩机马达等供电，可抑制给马达线圈供给过电压而防止马达的烧损事故，此外能防止马达因转矩不足而陷于停动(锁定)状态，得以尽可能地不使马达停动而继续运转。
再者，当电源电压有了变化在选择电压校正表进行计算求得供给于压缩机马达的合适电压时，可通过分割为每隔一段预定时间进行计算来控制逆变电路的输出，从而能徐缓地调节供给于压缩机马达的电压，确保运转平滑。
再有，在电源电压有了变化通过改变区域进行校正时，即使校正电压的差值很大，可通过每隔一段细划分的预定时间进行计算，当校正电压的差值在很大的范围时可缩短划分时间进行快速调节，而当校正电压的差值在很小的范围时可加长划分时间按缓慢的定时来控制逆变电路的输出，由此也可徐缓地调节给压缩机马达所供给的电压，从而能以良好的效率来确保平滑的运转和区域的变更。
图1概示分体型空调的结构。
图2示明此空调器室内单元的控制部。
图3示明此空调器的室外单元的控制部。
图4概示对本发明的电源电压变动的判定。
图5示明本发明的输入过电压·低电压探测电路。
图6示明电压的校正图表。
图7是逆变电路的结构图。
图8是开关信号的生成原理图。
图9是调制波的振幅变更时的开关信号状态图。
图10是示明开关信号生成中主要部分的框图。
图11示明由微机进行的电压调整处理流程。
下面描述本发明的实施形式，首先由图4说明本发明的电源电压变动判定的概念。图4(A)中表明了对供给于空调器的动力源即压缩机马达等的电源电压分别在正常工作范围与保护工作范围进行的包括保护操作在内的控制。
所谓电源电压在正常工作范围是指相对于基准电压在预定的+a％(第一预定值)和预定的-b％(第二预定值)的范围，而相对于基准电压在+a％以上的范围和相对于基准电压在-b％以下的范围则成为保护工作范围。此a、b的值根据电源情形与空调器的使用条件确定，例如当基准电压为AC220V时，根据各基准电压设定为a＝15，b＝20。
此外，在第一预定值与第二预定值之外进一步设有第三与第四预定值，且构成为当电源电压超出此第三与第四预定值时，进行使压缩机停止运转的保护操作。
这样，在图4(B)所示的三种工作范围中，设目前的电源电压为VAC，则可以分别根据判定基准，①将第三设定值＞VAC＞基准电压+a％的范围定义为HI(高)区，②将基准电压+a％≥VAC≥基准电压-b％的范围定义称为MID(中)区，将基准电压-b％＞VAC＞第四设定的范围定义的LOW(低)区。
下面参看图5说明根据判定基准探测电源电压变动的输入过电压·低电压探测电路的一个例子。经整流电路8整流的交流电源通过逆变器等组成的开关电源变换部9，变换为受控的交流电，供给压缩机马达5。
经整流电路8整流的输出经恒压元件获得恒压(例如5.6V)，用电阻R3、R4、R5分压，作为基准电压输入比较电路10的两个比较器IC1、IC2中一方的输入端。同时，比较器IC1、IC2中另一方的输入端则直接输入电源电压由电阻R1、R2分压的结果。
比较器IC1、IC2的输出端与PC1、PC2组成的光电耦合器11连接。PC1与PC2为串联的，以其连接中点为输出部的输出端子的输出Vout供给于图4中的微机31。
在所涉及的过电压·低电压探测电路中，由比较电路10的两个比较器IC1、IC2按照图4(B)的判定基准进行区域判定。
①若VAC＞基准电压+a％(第一设定值)，则光电耦合器11的PC1接通，PC2断开，其连接中点的输出端的输出Vout成为VH。
②若基准电压+a％(第一设定值)≥VAC≥基准电压-b％(第二设定值)，则光电耦合器11的PC1，PC2接通，其连接中点的输出端的输出Vout成为VM。
③若基准电压-b％(第二设定值)＞VAC，则光电耦合器11的PC1断开，PC2接通，其连接中点的输出端的输出Vout成为VL。
如上求得的输出端三个等级的电平的输出VH、VM与VL供给微机31。
同样，VAC与第三设定值以及第四设定值的大小比较也由改变电阻R3、R4、R5的值的电路进行，根据VAC＞第三设定值或是第四设定值＞VAC时，输出的信号进行判断。
微机31进行下述工作。
(a)经常进行电源电压的监视。
(b)当电压超出正常工作范围时，调节施加给压缩机马达5的电压，防止电源电压高时致压缩机马达的线圈上有过电压，同时防止电源电压低时压缩机马达停动(锁定)。
(c)施加于压缩机马达5上电压的调节可相对于电源电压的区域，通过对施加于压缩机马达的电压的校正表作选择(变换)来进行。
(d)在变换电压校正表时，为了减少施加给压缩机马达的电压的急剧变化(应力)，可以对调整与此变换有关时间的定时器时间x作出设定，进行徐缓地转移到新的电压校正表等处理操作。
下面简单地说明微机31在调节施加给压缩机马达的电压时的功能。微机31根据输入信号，在控制室外单元1工作的同时，生成用于获得基于PWM理论的准正弦波的开关信号。由微机31生成的开关信号通过开关放大器32供给于逆变器电路9。
逆变器电路9如图7所示，具有把6个电源开关元件X、 X、Y、Y、Z、 Z连接成三相式的电路结构，对图中的P端给予直流电力。作为这6个电源开关元件可以采用电力晶体管、电力FET、IWGT等。这6个电源元件响应开关信号进行通/断，把三相准正弦波供给压缩机马达5。
供给逆变器电路9的直流电是经整流电路8整流交流电而得到的。图8是表明由微机31生成开关信号的原理图，举例说明了由图7所示开关元件X、 X求得通/断信号(开关信号)的情形。开关元件 X的通/断信号是使开关元件X的通/断信号反相后的信号。
在图8的上面一段中，一种波形C0表示载波(例如三角、阶梯形三角波、正弦波)，而另一波形M0则表示调制波(例如正弦波、阶梯形正弦波)。通/断信号S0由载波C0与调制波M0的振幅大小决定。当调制波M0的振幅＞载波C0的振幅时，通/断信号S0＝ON。至于载波C0、调制波M0的频率及频率比并不限于图8中所示的情形，在图8中选取了说明时便于理解的频率。
开关元件Y的通/断信号是由把图8中调制波M0的相角推前120°通过比较调制波M0与载波C0的振幅而生成的。开关元件 Y的通/断信号可以由反转开关元件Y的通/断信号得到。此外，开关元件Z的通/断信号可以由将图3的调制波M0的相角迟后120°通过比较调制M0与载波C0的振幅生成。开关元件 Z的通/断信号可通过反转开关元件Z的通/断信号求得。
当把这种通/断信号(开关信号)供给逆变器电路9，根据与此通/断信号的占空比相同的图形，直流电力由开关元件X、 X、Y、 Y、Z、Z通/断，使直流电压生成截割的准正弦波。
调制波M0的周期与准正弦波的频率F相对应，因而通过改变调制波M0的周期就能改变准正弦波的频率F。此外，若是缩短载波C0的周期，则准正弦波1周期中通/断的交数便增加，从而能提高准正弦波的分辨率。图8中为便于说明，将载波的频率加以放大表示。
图9表明改变调制波的振幅时通/断信号的变化。当调制波的振幅增大从M0成为M1时，准正弦波也从S0变为S1的状态，而准电压(感应马达中有准正弦波的电流流过的，表现在励磁线圈两端上的计算上的端电压)升高。当最大接通时间与最小接通时间的差增大，此准电压也升高。当调制波的振幅变小从M0变为M2时，准正弦波便成为S2的状态而准电压降低。
这样，通过改变调制波的振幅，就能改变供给于感应马达5的三相交流电压，而通过改变调制波的频率就能改变三相交流电压的频率。
图10是用于生成通/断信号(开关信号)的微机31的主要部分的电路框图。图中的标号40是16比特的计算0H-FFFFH的递增/递减计数器。此计数器40与时钟同步进行计数值的加法运算，当计数值达到FFFFH，则与时钟同步进行计数值的减法运算，当计数值达到0H则再次变换为计数值的加法，然后反复进行加法与减法。这样，通过把计数器40的输出(计数值)变换为电压值可以得到三角波(载波)。
标号41是正弦波控制部，输入指令频率F的频率指令值f与指令电压V(准电压)的电压指令值v，将与这些值相对应的正弦波经0～FFFFH的数据变化形成于存储区域内。
在存储部42内，按0.1Hz的间距存储正弦波数据(频率指令值f，电压V(准电压))。这些正弦波数据的振幅随频率的升高而加大。这就是说，相对于预定的负载当把V/f设为一定而求得频率指令值f与电压指令值v时，就可在存储区域内改写新的正弦波数据。
图10中的43指正弦波的值的分配器，生成各相差120°的相移值。这样，当给定频率指令值f与电压指令值v，就可求得频率F与电压V相互相移120°的三相正弦波的值。
标号47～49表明比较数值大小的比较器。这些比较器47～49比较递增/递减计数器40供给的三角波(载波)的值与由波形44～46所示正弦波(调制波)的值的大小，当调制波的值比载波的值大时，输出便成为“接通”(高电平电压)，此种比较器47～49的输出分别作为图2所示开关元件X、Y、Z的开关信号(通/断信号)供给。
图10中的50～52表示倒相电路，用来使来自比较器47～49的通/断输出反相，成为开关元件 X、 Y、 Z的开关信号(通/断信号)。这样，当把频率指令值f与电压指令值v(1.00～0.50范围)作为指令输送给微机31的正弦波控制部41时，即可获得与指令值f和v相对应的具有所希望的频率F与振幅(电压)v的交流电力。
下面说明电源电压变动时有关调整逆变电路的操作。对应于图4(B)的HI区、MID区以及LOW区各个区域，准备好施加于压缩机马达的电压的电压校正表(改变电压指令值用)。也就是将高电压下的电压校正表、低电压下的电压校正表和正常电压下的电压校正表存储于微机31中。电压校正表设定得对于频率F和电压V使v/f(＝F0)为常量。
在调整HI区、MID区、LOW区各区域的电压时，首先，在电源电压VAC大于基准电压+a％而由图5的输入过电压·低电压探测电路探测出属于图4(A)、(B)的HI区的保护工作范围时，微机31便对应于HI区选择(变换)为校正到目标电压而准备的高电压下的电压校正表。
当电源电压VAC小于基准电压-b/％而由图5的输入过电压·低电压探测电路探测出属于图4(A)、(B)的LOW区保护工作范围时，微机31便对应于LOW区选择(变换)用于为较正到目标电压而准备的低电压下的电压校正表。
当电源电压VAC在基准电压附近而由图5的输入过电压·低电压探测电路探测出属于图4(A)、(B)的MID区保护工作范围时，微机31便对应于MID区选择(变换)用于为校正到目标电压而准备的正常电压下的电压校正表。
这样，根据各个区域的电压校正表的v/f(＝F0)，将指令图10的开关信号的生成电路部的正弦波控制部41的频率F的频率指令值f与指令电压V(准电压)的电压指令值v输入，将此正弦波形成于存储区域内，按上述电压控制步骤调整施加给压缩机马达的电压。
在进行电压校正表的选择(变换)时，为了不给压缩机马达造成冲击，可在由目前的电压校正表到所选择的电压校正表时用一定的时间x平稳地转变。结果成为图6(A)所示的频率与马达电压的关系，而其中虚线所示的则为电压较正表单一的情形下使线圈成为过电压或使压缩机马达成为易停动的状态。
与上述情形相反，此图中以实线所示的乃是从多个电压校正表进行选择的情形，可对施加于压缩机马达的电压进行调整，使得不出现对线圈的过电压或易停动的状态。
现在根据图11的处理流程来说明于HI区、MID区、LOW区各区域进行电压调整时，由微机31执行的在电源变动时对压缩机马达施加的电压所作的调整处理操作。
在步骤S1开始处理操作，在步骤S2输入电源电压电平，在步骤S3判断是否有电源电压＞基准电压+a％，要是没有出现电源电压＞基准电压+a％则进到步骤S4。
在步骤S4，判断是否有电源电压＜基准电压-b％，若不是电源电压＜基准电压-b％，即基准电压+％≥VAC≥基准电压-b％，电源电压在正常工作范围时，则于步骤S5选择电压一般(正常)时的电压校正表。
在步骤S3，要是电源电压＞基准电压+a％则进到步骤S6，选择电压高时的电压校正表而进到步骤S8。另外，在步骤S4若是电源电压＜基准电压-b％则进至步骤S7，选择电压低时的电压校正表而进至步骤S8。
在步骤S8，判断与前次相比电源电压是否有变动。若是电源电压变动，则于步骤S9设定定时器的时间x秒，再进到步骤10。若是在步骤S8判定出电源电压无变动时，则直接进到步骤10。
在步骤S10，于定时器时间的x秒中计算电压校正表值，作出最适当的电压校正值。这就是，根据电压校正表v/f(＝F0)，输入指令图10中开关信号生成电路部的正弦波控制部41的频率F的频率指令值f和指令电压V(准电压)的电压指令值v，于存储区域内形成此正弦波，按前述电压控制步骤调节施加给压缩机马达的电压，再返回步骤S2反复进行同样的处理。
下面说明有区域变动时进行校正的情形。以变动前区域F0(＝v/f)值为基准，以变动后区域的F0值为目标变更F0值。即成为：现在的F0值＝变动前区域的F0值+调整值。
调整值每隔充裕的时间t2(例如10秒)对变更后区域的F0值与现在的F0值进行比较，根据它们的差x1，x2…x7，0，-x1，-x2…，x7的范围，如图6(B)所示执行调整值n1、n2、n3、n4、0、n1、-n2、-n3、-n4的加减。
当调整值的加减值在n2以上或-n2以下时，使之按快速时间(例如0.5秒)的比例变化。然后，在目前的F0值＝变更后区域的F0值的时刻，结束区域变更。结果在区域变更时，若加减值n大时可以快速地调整，而当此加减值小时则可以缓慢地调整。此外，差值x与调整值的加减值n可以是连续的也可以是不连续的。
根据这样每时每刻求得的F0值，输入指令图10中开关信号的生成电路部的正弦波控制部41的频率F的频率指令值f，指令电压V(准电压)的电压指令值v，于存储区内形成其正弦波，由前述电压控制步骤调整施加给压缩机马达的电压。

Claims (3)

1.空调器的控制装置，具有由比较调制波与载波大小得到的开关信号来输出准正弦波的逆变电路，以及采用由此逆变电路输出的准正弦波旋转驱动的压缩机所构成的制冷循环，且能依据空调负载来调节前述调制波，其特征在于：此控制装置能在由上述逆变电路供给的电源电压较额定电压大第一预定值以上时，每隔预定时间进行调制波的振幅减小的校正，而当所述电源电压较额定电压小第二预定值以上，则每隔预定时间进行调制波的振幅增大的校正，与此同时，可随着上述电压与额定电压的差加大来延长前述预定时间。
2.权利要求1所述的空调器的控制装置，特征在于，设有保护装置，它当所述电源电压超过第一预定值的时间或低于第二预定值的时间达到一定的时间时，能进行使压缩机停止运转的保护动作。
3.权利要求1所述的空调器的控制装置，特征在于，所述控制装置设有保护装置，它当所述电源电压大于比第一预定值高的第三预定值或电源电压小于比第二预定值低的第四预定值时，能进行使压缩机停止运转的保护动作。
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