CN112367003B

CN112367003B - 变频系统

Info

Publication number: CN112367003B
Application number: CN202011141298.XA
Authority: CN
Inventors: 石靖峰; 石磊; 陈强; 路海滨; 曹法立
Original assignee: Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co Ltd
Current assignee: Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co Ltd
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: CN112367003A; WO2022083055A1; CN115699559A

Abstract

本发明公开了变频系统，其包括：变频器；调控器件，其由变频器调频；变频系统还包括：处理模块，其被配置为：分别获取调控器件当前的运行频率以及变频器当前的输出电流；调取变频器的效率关于所述调控器件的运行频率及输出电流的预设函数；根据当前的运行频率、当前的输出电流及预设函数计算变频器的效率。本发明的变频系统，其根据调控器件的运行频率及变频器的输出电流计算变频器的效率，运行频率是控制输出参数，很容易获取，输出电流由变频器内部自带电流传感器获取，无需另设外部检测器件，简化了测试难度及复杂度，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

变频系统

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能耗检测功能的变频系统。

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。

产品的最重要的两个在线性能是“在线能力”和“在线能耗”。空调系统中的变频系统（例如压缩机及其变频器、室外风扇电机及其变频器）实际运行能耗占整个空调能耗中的占比很大，因此变频系统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：

式中：

为有效电流，

为室外测点的电流，

为测点电流，PF为对应的功率因数，

均为拟合系数。

这种方法需要设定多个检测器件，且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

为解决现有技术中变频系统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，且引入较多误差而导致精度低的技术问题，本发明的实施例提供一种变频系统，其根据变频器的输出电流和所调频器件的运行频率计算出变频器的效率，无需设置外部测试部件，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。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

本申请涉及一种变频系统，其包括：

变频器；

调控器件，其由所述变频器调频；所述变频系统还包括：

处理模块，其被配置为：

分别获取所述调控器件当前的运行频率以及所述变频器当前的输出电流；

调取所述变频器的效率关于所述压缩机的运行频率及输出电流的预设函数；

根据当前的运行频率、当前的输出电流及预设函数计算所述变频器的效率α。

本申请提出的空调器相比现有技术具有如下优点和有益效果：根据变频器的输出电流及调控器件的运行频率，实时获取变频器的效率，输出电流能通过变频器自身带的电流传感器获取，运行频率是控制输出参数，很容易获取，因此不需额外增加外部检测器件，简化了测试难度及复杂度，避免增加检测成本，且同时不会由于增加外部检测器件而引入测试误差，提高了变频器的效率的检测精度。

在本申请，所述空调器还包括：存储模块，其用于存储所述预设函数以供调取。

在本申请中，获取所述预设函数具体为：

获取数据：控制所述调控器件以不同的运行频率运行，获取每个运行频率下所述变频器不同的输出电流及对应的所述变频器的实际效率，形成多组关于运行频率、输出电流及效率的数据；

拟合数据：根据所形成的多组数据，拟合所述效率α关于所述运行频率及输出电流的对应函数关系α=g（f，I），形成所述预设函数，其中f表示运行频率，I表示输出电流。

在本申请中，在获取数据中，计算所述变频器的实际效率α'包括：

获取所述变频器的实际输入功率Pr'；

获取所述变频器的实际输出功率Pc'；

计算所述变频器的实际效率α'=Pc'/Pr'。

在本申请中，获取所述变频器的输入功率Pr具体为通过功率计实际检测得到；

获取所述变频器的输出功率Pc具体为通过功率计实际检测得到。

在本申请中，所述预设函数为所述效率关于所述运行频率和所述输出电流的二次函数。

在本申请中，根据所述变频器的效率计算所述变频器的输入功率Pr。

在本申请中，通过有功功率计算所述变频器的输入功率Pr，具体为：

获取所述变频器的输出有功功率Pc；

计算所述变频器的输入功率Pr=Pc/α；

在本申请中，获取所述变频器的输出有功功率Pc，具体为：

采集所述变频器在d轴上的电流Id和q轴上的电流Iq;

获取根据调制率限幅后的所述变频器在d轴上的指令电压值Ud和q轴上的指令电压值Uq；

计算Pc=3/2*（Id*Ud+Iq*Uq）；

其中d轴为所述调控器件中磁铁磁通方向的轴，q轴为与所述d轴垂直的轴。

在本申请中，通过视在功率计算所述变频器的输入功率Pr，具体为：

获取所述变频器的输出视在功率S2i；

获取所述变频器的输出功率因数F2i；

计算所述变频器的输入功率Pr：Pr=S2i*F2i/α。

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

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是空调器耗电线路示意图；

图2是本发明提出的空调器的一种实施例的原理方框图。

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。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。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。

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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请中涉及的变频系统主要是指空调系统中的变频系统。

本申请中的调控器件可以为压缩机、室外风扇电机或其他由变频器调频控制的电器件等。

如下以调控器件是压缩机为例进行说明。

空调器的基本运行原理。

空调器的制冷循环包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。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。

空调室外机是指包括制冷循环的压缩机的部分以及包括室外换热器，空调室内机包括室内换热器，并且膨胀阀可以提供在空调室内机或室外机中。

室内换热器和室外换热器用作冷凝器或蒸发器。当室内换热器用作冷凝器时，空调器用作制热模式的加热器，当室内换热器用作蒸发器时，空调器用作制冷模式的冷却器。

本申请中的变频系统包括变频器和压缩机，通过处理模块控制压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行空调器的制冷循环。

参见图2，调控器件为压缩机，压缩机由变频器通过调频来控制和调整其转速，使压缩机始终处于最佳的转速状态，从而节省空调器的能耗。

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，设定较低温度或较高温度，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，也不利于环保节能。因此，对空调器能耗的在线检测需求十分迫切。

处理模块

在本申请中，处理模块能够配置为根据实时获取的变频器的输出电流I和压缩机当前的运行频率f、以及变频器的效率关于输出电流I和运行频率f之间的预设函数，来实时计算变频器的效率α。

变频器的输出电流I能够通过变频器内部自带的霍尔电流传感器进行检测得到，且压缩机的运行频率f是控制输出参数，很容易获取，预设函数是预设的，因此，在空调器实时运行时，不需要额外增加外部检测器件，简化了测试难度及复杂度，避免增加检测成本；且由于不增加外部检测器件，不会引入由外部检测器件产生的测试误差，从而提高变频器的效率的检测精度。

变频器的损耗由三部分组成：整流损耗约占40%；逆变损耗约占50%；控制回路损耗约占10%。其中整流损耗和逆变损耗是随着变频器的容量、负荷、拓扑结构的不同而变化的，而控制回路损耗不随变频器容量、负荷而变化。其中负荷变化最直接的影响因子是扭矩，在实验中发现，扭矩和电流具有很强的正相关性，可以用电流替代扭矩描述负荷的变化。

预设函数g的获取

在实验过程中，发现变频器的效率与其输出电流及所调控的压缩机的运行频率有关系。

因此，在实验时，实时获取多组效率关于输出电流I和运行频率f的数据。

具体地，S1：控制压缩机以运行频率f下运行，在该运行频率f下变频器以多个不同输出电流分别工作并对应获取变频器的实际效率α'；

S2：改变压缩机的运行频率为f'，令f=f'，再次执行至S1，以此得到多组效率关于输出电流I和运行频率f的数据。

例如，获取到如下表中的数据。

上述S1中变频器的实际效率α'由所检测的变频器的实际输出功率Pc'与实际输入功率Pr'之商得到。

实际输入功率Pr'及实际输出功率Pc分别可以通过功率计进行检测得到。

利用上述多组数据，进行双因子拟合，获取效率α关于输出电流I和运行频率f的二元二次函数α=g（I，f），形成预设函数。

在本申请中，预设函数为如下函数：

α=g（I，f）=a0+a1*f+a2*I+a3*f*I+a4*f²+a5*I²。

其中参数a0~a5是依据误差最小原则及实际获取的数据所计算得出。

例如，根据多组数据所最终确定a0=0.912776，a1=0.001759，a2=-0.000632，a3=0.000005，a4=-0.000011，a5=-0.000006，则

α=0.912776+0.001759*f-0.000632*I+0.000005*f*I-0.000011*f²-0.000006*I²。

假设，压缩机当前的运行频率f为78Hz，变频器的输出电流I为15A，变频器的输出功率记为P（单位为W）。

则利用如上式子，可以计算得出当前变频器的效率α=0.912776+0.001759*78-0.000632*15+0.000005*78*15-0.000011*78²-0.000006*15²=0.978074。

因此，变频器的输入功率推算为W/0.978074（单位为W）。

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。

变频器的效率α的获取

在获取到预设函数g后，将该二元二次函数g写入存储单元，以供后期调用。

在空调器实时运行过程中，若想要实时监控压缩机及变频器的能耗，首先应获取变频器的效率α。

具体地，实时获取的变频器当前的输出电流I和压缩机当前的运行频率f，并调取预设函数g，将当前的输出电流I和当前的运行频率f带入预设函数g从而得出对应的效率α

其次，在已知变频器的输出功率的情况下，根据变频器的效率α则可以获取变频器的输入功率，即可以获得压缩机及变频器的能耗。

变频器的输入功率Pr

获取变频器的效率α之后，可以根据变频器的效率α计算变频器的输入功率Pr。

在本申请中，变频器的输入功率Pr可以通过有功功率计算获取或通过视在功率计算获取。

在本申请的一些实施例中，通过有功功率和变频器的效率α计算变频器的输入功率Pr，包括：

S1：获取变频器的输出有功功率Pc；

S2：计算变频器的输入功率Pr=Pc/α。

其中S1：获取变频器的输出有功功率Pc的方法包括：

S11：采集所述变频器在d轴上的电流Id和q轴上的电流Iq;

S12：获取根据调制率限幅后的所述变频器在d轴上的指令电压值Ud和q轴上的指令电压值Uq；

S13：根据S11中的输出电流Id及Iq和S12中的输出电压Ud及Uq，计算计算Pc=3/2*（Id*Ud+Iq*Uq）。

S11中的输出电流Id和Iq可以通过变频器内部自带的霍尔电流传感器获取。

S12中的输出电压Ud和Uq为电压指令输出控制量，可以直接获取。

在本申请的一些实施例中，通过视在功率和变频器的效率α计算变频器的输入功率Pr，包括：

S1'：获取变频器的输出视在功率S2i；

S2'：获取变频器的输出功率系数F2i；

S3'：计算变频器的输入功率Pr=S2i*F2i/α。

其中S2i可由变频器计算输出；F2i为变频器的输出功率因数，可以从变频器直接获取。

再次参见图2，类似地，当调控器件为室外风扇电机时，处理模块被配置为：

S1''：分别获取室外风扇电机当前的运行频率和变频器当前的输出电流；

S2''：调取变频器的效率关于室外风扇电机和运行频率的预设函数；

S3''：根据当前的运行频率、当前的输出电流及预设函数，计算变频器的效率α。

其中S1''中的运行频率是控制输出参数，容易获取到；变频器的输出电流可以直接从变频器内部自带的霍尔电流传感器中检测得到。

S2''中的预设函数的获取方式与如上所述的调控器件为压缩机时的获取方式是一样的，在此不做赘述。

S3''中的计算效率α的方式与如上所述的调控器件为压缩机时的计算方式是一样的，在此也不做赘述。

通过调控器件的运行频率以及变频器的输出电流就可以获得变频器的效率，输出电流通过变频器自带的电流传感器获取，运行频率是控制输出参数，很容易获取，因此无需增设外部检测器件，简化了测试难度及复杂度，不额外设置外部检测器件，避免增加检测成本，且同时不会由于增加外部检测器件而引入测试误差，提高了变频器的效率的检测精度。

在获取变频器的效率α之后，可以根据变频器的效率α计算变频器的输入功率Pr。

变频器的输入功率Pr的计算方式与如上所述的调控器件为压缩机时的计算方式是一样的，在此也不做赘述。

变频器的输入功率Pr，即为室外风扇电机及其变频器的能耗。

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

1.一种变频系统，其包括：

变频器；

调控器件，其由所述变频器调频；所述变频系统还包括：

处理模块，其被配置为：

调取所述变频器的效率关于所述调控器件的运行频率及输出电流的预设函数；

根据当前的运行频率、当前的输出电流及预设函数计算所述变频器的效率α；

根据所述变频器的效率α和输出有功功率Pc计算所述变频器的输入功率Pr=Pc/α；

获取所述变频器的输出有功功率Pc，具体为：

采集所述变频器在d轴上的电流Id和q轴上的电流Iq；

计算Pc=3/2*(Id*Ud+Iq*Uq)；

2.根据权利要求1所述的变频系统，其特征在于，所述变频系统还包括：

存储模块，其用于存储所述预设函数以供调取。

3.根据权利要求1所述的变频系统，其特征在于，获取所述预设函数具体为：

4.根据权利要求3所述的变频系统，其特征在于，

在获取数据中，计算所述变频器的实际效率α'包括：

获取所述变频器的实际输入功率Pr'；

获取所述变频器的实际输出功率Pc'；

计算所述变频器的实际效率α'=Pc'/Pr'。

5.根据权利要求4所述的变频系统，其特征在于，

获取所述变频器的实际输入功率Pr'具体为通过功率计实际检测得到；

获取所述变频器的实际输出功率Pc'具体为通过功率计实际检测得到。

6.根据权利要求1或2所述的变频系统，其特征在于，

所述预设函数为所述效率关于所述运行频率和所述输出电流的二次函数。

7.根据权利要求1所述的变频系统，其特征在于，通过视在功率计算所述变频器的输入功率Pr，具体为：

获取所述变频器的输出视在功率S2i；

获取所述变频器的输出功率因数F2i；

计算所述变频器的输入功率Pr：Pr=S2i*F2i/α。