CN112460755A - 一种空调机组的变频器热管理系统、空调机组及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调机组的变频器热管理系统、空调机组及控制方法，具体包括控制单元、温度检测单元、变频器冷却单元、第一开关模块和第二开关模块，所述控制单元分别与所述温度检测单元、第一开关模块和第二开关模块相连；所述变频器冷却单元的入口端经第二开关模块连接至空调机组制冷系统中的冷凝器，所述变频器冷却单元的出口端经第一开关模块连接至所述空调机组制冷系统中的主蒸发器；所述温度检测单元用于检测所述变频器冷却单元中冷媒的温度并发送至控制单元，所述控制单元根据检测的温度控制所述第一开关模块和第二开关模块的开度值，以维持所述变频器冷却单元中冷媒在预设范围内。上述方案具有温度控制精准、适用性强等优点。

Description

一种空调机组的变频器热管理系统、空调机组及控制方法

技术领域

本发明主要涉及电力电子热管理技术领域，特指一种空调机组的变频器热管理系统、空调机组及控制方法。

背景技术

制冷及热泵机组变频化具有更强的工况调节能力，是提高机组能调的有效措施。中央空调变频化已成为行业趋势。机组变频器采用冷媒冷却具有高效、简洁、清洁、经济性强、维护方便等优势。但是变频器的热管理也更加复杂，需要性能更好的热管理系统。

制冷及热泵机组变频器内部的热管理负荷通常分为两部分，一部分是功率器件的热量，另一部分是其他部件的热量。功率器件热量比重较大，通常通过冷板直接传递给冷媒带走，其他部件则由空气带走，而空气可以采用冷媒蒸发器(风冷模组)带走。现有技术中常采用冷板和冷媒蒸发器并联的方式进行配置。冷板常采用具有无极调节能力的膨胀阀控制，而冷媒蒸发器常采用具有间断调节能力的电磁阀进行控制。而实际上冷板和冷媒蒸发器的热管理需求温区是不同的。如能将两路由并联方式改为串联，将会带来一系列增益。

此外，冷媒冷却的温度有可能处于环境温度以下，相较于传统的水冷、风冷系统，有可能出现凝露这一新问题。现有系统通常将控制阀安装于变频器上游，不利于防凝露设计。

特别得，对于多功率模块变频器，每个模块的冷却支路需要并联设计，如果在每个支路上都设置温度控制部件，则会明显增加系统的复杂程度，减小其可靠性和经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种温度控制精准的变频器热管理系统、空调机组及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种空调机组的变频器热管理系统，包括控制单元、温度检测单元、变频器冷却单元、第一开关模块和第二开关模块，所述控制单元分别与所述温度检测单元、第一开关模块和第二开关模块相连；所述变频器冷却单元的入口端经第二开关模块连接至空调机组制冷系统中的冷凝器，所述变频器冷却单元的出口端经第一开关模块连接至所述空调机组制冷系统中的主蒸发器；所述温度检测单元用于检测所述变频器冷却单元中冷媒的温度并发送至控制单元，所述控制单元根据检测的温度控制所述第一开关模块和第二开关模块的开度值，以维持所述变频器冷却单元中冷媒在预设范围内。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述变频器冷却单元包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路，所述冷却回路包括多个相互并联的冷却支路，各冷却支路中设有冷却器，各所述冷却支路的出口端汇流后经所述第一开关模块与所述主蒸发器相连；所述冷凝器经第二开关模块后分别与各冷却支路相连。

所述变频器冷却单元包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路，所述冷却回路包括多个相互并联的冷却支路，各冷却支路中均设有冷却器；第一开关模块和第二开关模块的数量为多个且与各冷却支路一一对应，各所述第一开关模块位于对应所述冷却器出口端的冷却支路上，各所述第二开关模块位于对应所述冷却器入口端的冷却支路上。

所述第一开关模块和第二开关模块为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。

所述变频器冷却单元还包括用于冷却变频器内部空气的风冷蒸发回路，所述风冷蒸发回路的入口端与所述冷凝器相连，出口端与所述主蒸发器相连。

所述风冷蒸发回路包括风冷蒸发器，所述风冷蒸发器的入口端设置有开关元件和设置于风冷蒸发器处的用于检测变频器内部空气温度的温度检测件；所述开关元件与所述温度检测件相连，用于根据所述温度检测件检测到的温度值进行开关动作或/和开度调节以维持变频器内空气温度在恒定范围内。

本发明还公开了一种空调机组，包括制冷系统和变频器，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、主蒸发器和节流单元，所述节流单元包括第一节流元件，所述压缩机的入口端与所述主蒸发器相连，出口端与所述冷凝器相连，所述第一节流元件位于所述冷凝器与主蒸发器之间，所述变频器上设有如上所述的空调器的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却单元的两端分别与所述冷凝器和主蒸发器相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述制冷系统还包括闪发器、第一切换开关和第二切换开关，所述节流单元还包括第二节流元件和第三节流元件，所述冷凝器通过闪发器与所述主蒸发器相连，所述第一节流元件位于所述冷凝器与闪发器之间，所述第二节流元件位于所述压缩机与闪发器之间，所述第三节流元件位于所述闪发器与主蒸发器之间，所述变频器冷却单元的出口端经第一切换开关与所述闪发器相连，并经第二切换开关与所述主蒸发器相连；所述第一切换开关与第二切换开关互锁。

本发明还公开了一种基于如上所述的空调机组的变频器热管理系统的控制方法，包括以下步骤：

S01、所述温度检测单元用于检测所述变频器冷却单元中冷媒的温度并发送至控制单元；

S02、所述控制单元根据检测的温度值控制所述第一开关模块和第二开关模块的开度值，以维持所述变频器冷却单元中冷媒在预设范围内。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S02的具体过程为：

当检测的温度值大于预设温度阈值时，增大所述第一开关模块的开度值，然后减小所述第二开关模块的开度值；

当检测的温度值小于预设温度阈值时，增大所述第二开关模块的开度值，然后减小所述第一开关模块的开度值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的空调机组的变频器热管理系统及空调机组，通过对变频器冷却单元中的冷媒进行温度检测，从而根据温度值控制第一开关和第二开关模块的开度值，从而维持变频器冷却单元中冷媒在预设范围内，提高冷却可靠性；通过第一开关模块与第二开关模块之间的相互配合控制，可以实现空调器的全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器温度较高的机组。

本发明的空调机组的变频器热管理系统及空调机组，对于第一切换开关和第二切换开关的切换控制，采取如下控制策略：在工作压差足够时(如达到一定的预设值时)，开启第一切换开关，关闭第二切换开关(第一种工作模式)；在工作压差不够时(如低于预设值时)，开启第二切换开关，关闭第一切换开关(第二种工作模式)。具体应用时，在变频器启动过程中，由于功率需求大，相应的散热量也大，因此可以采用第一种工作模式，保障启动过程中变频器内部结构的冷却效果，拓展变频器工作温区，使得对极限工况有更强的适应性。

附图说明

图1为本发明在实施例一中的方框结构图。

图2为本发明在实施例二中的方框结构图。

图3为本发明在实施例三中的方框结构图。

图4为本发明在实施例四中的方框结构图。

图5为本发明方法在实施例中的流程图。

图中标号表示：1、压缩机；2、冷凝器；3、主蒸发器；4、变频器冷却单元；41、冷却回路；411、冷却支路；412、冷却器；42、风冷蒸发回路；421、开关元件；422、毛细管；423、风冷蒸发器；424、风机；43、第一开关模块；44、第二开关模块；5、节流单元；501、第一节流元件；502、第二节流元件；503、第三节流元件；6、闪发器；7、第一切换开关；8、第二切换开关。8

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：

如图1所示，本实施例的空调机组的变频器热管理系统，包括控制单元、温度检测单元、变频器冷却单元4、第一开关模块43和第二开关模块44，控制单元分别与温度检测单元、第一开关模块43和第二开关模块44相连；变频器冷却单元4的入口端经第二开关模块44连接至空调机组制冷系统中的冷凝器2，变频器冷却单元4的出口端经第一开关模块43连接至空调机组制冷系统中的主蒸发器3；温度检测单元用于检测变频器冷却单元4中冷媒的温度并发送至控制单元，控制单元根据检测的温度控制第一开关模块43和第二开关模块44的开度值，以维持变频器冷却单元4中冷媒在预设范围内。

本发明的空调机组的变频器热管理系统，通过对变频器冷却单元4中的冷媒进行温度检测，从而根据温度值控制第一开关模块43和第二开关模块44的开度值，从而维持变频器冷却单元4中冷媒在预设范围内，提高冷却可靠性；通过第一开关模块43与第二开关模块44之间的相互配合控制，可以实现空调器的全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器2温度较高的机组。

本实施例中，变频器冷却单元4包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路41，冷却回路41包括多个相互并联的冷却支路411，各冷却支路411中设有冷却器412，各冷却支路411的出口端汇流后经第一开关模块43与主蒸发器3相连；冷凝器2经第二开关模块44后分别与各冷却支路411相连。整个变频器冷却单元4仅使用一个第一开关模块43和一个第二开关模块44，在保证正常温度调节功能的基础上，减少了成本，同时也提高了系统的可靠性，特别适用于各冷却支路411热损耗较为均匀的情况。

本实施例中，第一开关模块43和第二开关模块44为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板中的一种或者多种组合；另外，第一开关模块43或第二开关模块44并联有手动开关(如手动球阀)，能够在第一开关模块43出现故障时，手动打开手动球阀以保证系统能够继续工作，保证系统的可靠性，同时也便于故障开关模块的检修。

本实施例中，变频器冷却单元4还包括用于冷却变频器内部空气的风冷蒸发回路42，风冷蒸发回路42与各冷却支路411并联。具体地，风冷蒸发回路42包括沿冷媒输送方向依次布置的开关元件421(如电磁阀)、毛细管422和风冷蒸发器423，风冷蒸发器423的一侧设置有风机424，风机424将空气吹至风冷蒸发器423内与低温冷媒进行热交换，形成低温空气对变频器内各部件进行冷却降温。另外，在风冷蒸发器423附近设有温度检测件(如温度传感器)，用于检测变频器内部空气的温度，进而对变频器内的温度进行调节：一个是风机424可以根据检测到的温度值进行启停以及变速调节，二个是电磁阀可以根据检测到的温度值进行开关以及开度调节，以维持变频器内空气温度在恒定范围内。

本实施例中，冷却器412为内部设有冷媒介质通道的金属冷板，各功率模块直接与冷板相接触，当然，也可以根据现场情况选择合适的冷却器412类型。温度检测单元为温度传感器，控制单元则可利用空调机组本身的控制器或单独增设控制器。在进行安装时，可以在进变频器的位置加装角阀或电磁阀以便于管路连接；在出变频器的位置，可以加装截止阀以便于管路连接。

本发明还公开了一种空调机组，包括制冷系统和变频器，制冷系统包括压缩机11、冷凝器2、主蒸发器3和节流单元5，节流单元5包括第一节流元件501，压缩机11的入口端与主蒸发器3相连，出口端与冷凝器2相连，第一节流元件501位于冷凝器2与主蒸发器3之间，变频器上设有如上所述的空调器的变频器热管理系统，变频器热管理系统中的变频器冷却单元4的两端分别与冷凝器2和主蒸发器3相连。

工作时，压缩机11中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器3，并在主蒸发器3中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机11以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环。在空调器制冷系统存在的前提下，将变频器与空调机组的制冷系统相连通，结构简单，对机组整体结构的影响小；冷媒在变频器冷却单元4的管道中不会产生结垢和腐蚀现象；由于冷却方法采用冷凝器2内的冷媒冷却变频器，冷媒的温度可控，受外界环境影响较小，冷却效果稳定可靠；在一个制冷系统中同时完成对变频器的冷却和空调本身的制冷功能，在变频器的正常稳定工作前提下，有效地保证了空调机组的正常运行。另外，由于本发明的空调机组包括上述空调机组的变频器热管理系统，同样具有空调机组的变频器热管理系统上述的优点。

如图5所示，本发明还公开了一种基于如上所述的空调机组的变频器热管理系统的控制方法，包括以下步骤：

S01、温度检测单元用于检测变频器冷却单元4中冷媒的温度并发送至控制单元；

S02、控制单元根据检测的温度值控制第一开关模块43和第二开关模块44的开度值，以维持变频器冷却单元4中冷媒在预设范围内。

本实施例中，步骤S02的具体过程为：

当检测的温度值(图5中的Tmax)大于预设温度阈值时(如大于预设温度阈值中的上限值T_rb)，增大第一开关模块43的开度值，然后再减小第二开关模块44的开度值；

当检测的温度值(图5中的Tmax)小于预设温度阈值时(如小于预设温度阈值中的下限值T_lb)，增大第二开关模块44的开度值，然后再减小第一开关模块43的开度值。当然，当检测的温度在预设温度阈值内时，各开关模块的开度不变。

上述控制方法通过第一开关模块43与第二开关模块44之间的相互配合控制，可以实现空调器的全温区下的任意温度控制，使得变频器在特殊机组及工况下不超温、不凝露，提高可靠性和工况适用性，特别适用于大功率等级及冷凝器2温度较高的机组。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别仅在于：如图2所示，第一开关模块43和第二开关模块44的数量为多个且与各冷却支路411一一对应，各第一开关模块43位于对应冷却器412出口端的冷却支路411上，各第二开关模块44位于对应冷却器412入口端的冷却支路411上。在每个冷却支路411上均配置有第一开关模块43和第二开关模块44，能够对各个冷却支路411进行独立调节，提高冷却器412的均温性，实现差异性调节，适用于各冷却支路411损耗存在一定差异性的情况(如功率器件散热量不同)。其它未述内容与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别仅在于：如图3所示，制冷系统还包括闪发器6、第一切换开关7和第二切换开关8，节流单元5还包括第二节流元件502和第三节流元件503，冷凝器2通过闪发器6与主蒸发器3相连，第一节流元件501位于冷凝器2与闪发器6之间，第二节流元件502位于压缩机11与闪发器6之间，第三节流元件503位于闪发器6与主蒸发器3之间，变频器冷却单元4的出口端经第一切换开关7与闪发器6相连，并经第二切换开关8与主蒸发器3相连；第一切换开关7与第二切换开关8互锁，保证工作时仅有一个切换开关开通。上述第一切换开关7和第二切换开关8对应有以下两种工作模式：

第一种工作模式：第二切换开关8开启而第一切换开关7关闭；压缩机11中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；与变频器完成热交换的冷媒进入主蒸发器3，并在主蒸发器3中与外部环境进行进一步热交换，完成对外界的制冷功能，得到低压气相冷媒，再进入压缩机11以压缩得到高压气相冷媒，完成一次循环。

第二种工作模式：第一切换开关7开启而第二切换开关8关闭；压缩机11中压缩得到高压气相冷媒，输送至冷凝器2内冷凝得到高压液相冷媒，部分进入至变频器冷却单元4进行热交换，冷却变频器；变频器中完成热交换的冷媒和直接从冷凝器2经第一节流元件501流出的冷媒混合形成气液两相冷媒，闪发后得到低压气相冷媒进入压缩机11，对压缩机11的叶轮补气，闪发后得到低压液相冷媒进入主蒸发器3完成原制冷系统的冷却功能，对空调器的原制冷系统不产生影响，而且，利用制冷剂冷却变频器的冷却效果稳定，保证了本发明的冷却系统和空调器的正常运行，实现了变频器内部结构冷却和对外界环境冷却同时进行的效果。

对于上述第一切换开关7和第二切换开关8的切换控制，采取如下控制策略：在工作压差足够时(如达到一定的预设值时)，开启第一切换开关7，关闭第二切换开关8(第一种工作模式)；在工作压差不够时(如低于预设值时)，开启第二切换开关8，关闭第一切换开关7(第二种工作模式)。具体应用时，在变频器启动过程中，由于功率需求大，相应的散热量也大，因此可以采用第一种工作模式，保障启动过程中变频器内部结构的冷却效果，拓展变频器工作温区，使得对极限工况有更强的适应性。

实施例四：

本实施例与实施例三的区别仅在于：如图4所示，第一开关模块43和第二开关模块44的数量为多个且与各冷却支路411一一对应，各第一开关模块43位于对应冷却器412出口端的冷却支路411上，各第二开关模块44位于对应冷却器412入口端的冷却支路411上。在每个冷却支路411上均配置有第一开关模块43和第二开关模块44，能够对各个冷却支路411进行独立调节，提高冷却器412的均温性，实现差异性调节，适用于各冷却支路411损耗存在一定差异性的情况(如功率器件散热量不同)。其它未述内容与实施例三相同，在此不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，包括控制单元、温度检测单元、变频器冷却单元(4)、第一开关模块(43)和第二开关模块(44)，所述控制单元分别与所述温度检测单元、第一开关模块(43)和第二开关模块(44)相连；所述变频器冷却单元(4)的入口端经第二开关模块(44)连接至空调机组制冷系统中的冷凝器(2)，所述变频器冷却单元(4)的出口端经第一开关模块(43)连接至所述空调机组制冷系统中的主蒸发器(3)；所述温度检测单元用于检测所述变频器冷却单元(4)中冷媒的温度并发送至控制单元，所述控制单元根据检测的温度控制所述第一开关模块(43)和第二开关模块(44)的开度值，以维持所述变频器冷却单元(4)中冷媒在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述变频器冷却单元(4)包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路(41)，所述冷却回路(41)包括多个相互并联的冷却支路(411)，各冷却支路(411)中设有冷却器(412)，各所述冷却支路(411)的出口端汇流后经所述第一开关模块(43)与所述主蒸发器(3)相连；所述冷凝器(2)经第二开关模块(44)后分别与各冷却支路(411)相连。

3.根据权利要求1所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述变频器冷却单元(4)包括用于冷却变频器功率模块的冷却回路(41)，所述冷却回路(41)包括多个相互并联的冷却支路(411)，各冷却支路(411)中均设有冷却器(412)；第一开关模块(43)和第二开关模块(44)的数量为多个且与各冷却支路(411)一一对应，各所述第一开关模块(43)位于对应所述冷却器(412)出口端的冷却支路(411)上，各所述第二开关模块(44)位于对应所述冷却器(412)入口端的冷却支路(411)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述第一开关模块(43)和第二开关模块(44)为电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。

5.根据权利要求1或2或3所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述变频器冷却单元(4)还包括用于冷却变频器内部空气的风冷蒸发回路(42)，所述风冷蒸发回路(42)的入口端与所述冷凝器(2)相连，出口端与所述主蒸发器(3)相连。

6.根据权利要求5所述的空调机组的变频器热管理系统，其特征在于，所述风冷蒸发回路(42)包括风冷蒸发器(423)，所述风冷蒸发器(423)的入口端设置有开关元件(421)和设置于风冷蒸发器(423)处的用于检测变频器内部空气温度的温度检测件；所述开关元件(421)与所述温度检测件相连，用于根据所述温度检测件检测到的温度值进行开关动作或/和开度调节以维持变频器内空气温度在恒定范围内。

7.一种空调机组，包括制冷系统和变频器，所述制冷系统包括压缩机(1)、冷凝器(2)、主蒸发器(3)和节流单元(5)，所述节流单元(5)包括第一节流元件(501)，所述压缩机(1)的入口端与所述主蒸发器(3)相连，出口端与所述冷凝器(2)相连，所述第一节流元件(501)位于所述冷凝器(2)与主蒸发器(3)之间，其特征在于，所述变频器上设有如权利要求1至6中任意一项所述的空调机组的变频器热管理系统，所述变频器热管理系统中的变频器冷却单元(4)的两端分别与所述冷凝器(2)和主蒸发器(3)相连。

8.根据权利要求7所述的空调机组，其特征在于，所述制冷系统还包括闪发器(6)、第一切换开关(7)和第二切换开关(8)，所述节流单元(5)还包括第二节流元件(502)和第三节流元件(503)，所述冷凝器(2)通过闪发器(6)与所述主蒸发器(3)相连，所述第一节流元件(501)位于所述冷凝器(2)与闪发器(6)之间，所述第二节流元件(502)位于所述压缩机(1)与闪发器(6)之间，所述第三节流元件(503)位于所述闪发器(6)与主蒸发器(3)之间，所述变频器冷却单元(4)的出口端经第一切换开关(7)与所述闪发器(6)相连，并经第二切换开关(8)与所述主蒸发器(3)相连；所述第一切换开关(7)与第二切换开关(8)互锁。

9.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的空调机组的变频器热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、所述温度检测单元用于检测所述变频器冷却单元(4)中冷媒的温度并发送至控制单元；

S02、所述控制单元根据检测的温度值控制所述第一开关模块(43)和第二开关模块(44)的开度值，以维持所述变频器冷却单元(4)中冷媒在预设范围内。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S02的具体过程为：

当检测的温度值大于预设温度阈值时，增大所述第一开关模块(43)的开度值，然后减小所述第二开关模块(44)的开度值；

当检测的温度值小于预设温度阈值时，增大所述第二开关模块(44)的开度值，然后减小所述第一开关模块(43)的开度值。

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