CN112524852A - 一种制冷压缩机的自适应变频方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷压缩机的自适应变频方法及系统，根据针对影响系统冷量需求最明显的环境温度得到环温系数；针对影响系统冷量需求其他因素(如系统本身负荷变化、开关门的负荷变化、放入负载负荷变化等)导致系统开停比差异，得到开停比系数，再结合环温系数和开停比系数计算下次得电开机档位(转速)，本申请能够逐步自适应不同的制冷系统，通过几个运行周期后，开停比系数保持在75％～85％。另外，本发明的控制中不涉及目标温度因素，即温控器给电后根据本申请的方法自适应运行转速，可以节省主控板至变频板的信号线，并且可用于机械温控器实现变频控制。

Description

一种制冷压缩机的自适应变频方法及系统

技术领域

本申请属于压缩机变频控制技术领域，具体涉及一种制冷压缩机的自适应变频方法及系统。

背景技术

随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，节能环保问题已成为人们关注的重点。为了达到制冷或制热效果，压缩机广泛使用在空调或者冰箱中，为进一步节省能耗，提高效率，变频压缩机的使用越来越广泛。而控制变频压缩机的运行频率，是变频压缩机控制设计的一个重要环节。

目前压缩机的制冷系统一般由两个控制模块组成，一个模块负责制冷系统逻辑控制，其主要功能是采集箱内温度、控制电磁阀开关、控制制冷风机开停、控制风门开关等，即为主控板；另一个模块为压缩机变频控制，只负责压缩机转速控制，即为变频板。压缩机的转速逻辑是由主控板通过UART通信或者VF信号传递给变频板控制转速来控制制冷量的大小。故机械温控器型制冷系统只能用定频压缩机。

现有技术如申请号为201510815418.2的中国专利，提供一种全封闭变频制冷压缩机转速的控制方法，根据在冷量需求估算阶段所获得的数据，在维持制冷器具满足75％～85％的开机率的情况下，反向计算压缩机所需要的冷量，然后根据压缩机所需要的冷量，在转速冷量对应表中寻找对应的转速。

但是该专利反向计算压缩机所需要的冷量时，是在正常运行阶段满足75％～85％的开机率时对应的开机时间，没有考虑环境温度及系统冷量需求其他因素导致开机时间的差异，此参数的差异将导致整体冷量估算差异，以至于导致控制效果达不到预期目标；并且此方法通过查表方式对冷量应转速关系，针对不同的压缩机转速对应的制冷量不一样，适应性比较差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种制冷压缩机的自适应变频方法及系统，变频控制效果好，且适应性强。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种制冷压缩机的自适应变频方法，所述制冷压缩机的自适应变频方法，包括：

步骤1、采集环境温度并根据环境温度计算得到环温系数t，并执行步骤2；

步骤2、判断是否存在已保存的开停比M，若存在则执行步骤4；否则执行步骤3；

步骤3、设定制冷压缩机的档位n为n＝N/2，n取整，N为预设的制冷压缩机的频率档位，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤4、判断开停比M是否满足75％≤M≤85％，若满足则取制冷压缩机上周期得电开机档位作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；否则执行步骤5；

步骤5、根据开停比M计算开停比系数m，设定制冷压缩机的档位n为n＝N*(t/m)，n取整，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤6、控制制冷压缩机按照得电开机档位开机运行，当制冷压缩机连续运行Q分钟后，控制制冷压缩机的频率调高一档，之后每判断制冷压缩机连续运行Q/4分钟，控制制冷压缩机的频率调高一档，直至制冷压缩机的频率调整至最高档N后执行步骤7；

步骤7、控制制冷压缩机断电停机，计算本周期运行的开停比M并保存，完成制冷压缩机一个周期的运行。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

作为优选，所述根据环境温度计算得到环温系数t，包括：

若环境温度T满足T≤15℃，则环温系数t取1；

若环境温度T满足15℃<T≤25℃，则环温系数t取2；

若环境温度T满足25℃<T≤35℃，则环温系数t取3；

若环境温度T满足35℃<T≤45℃，则环温系数t取4；

若环境温度T满足T>45℃，则环温系数t取5。

作为优选，若环境温度采集失败，则取环境温度为默认值30℃。

作为优选，所述根据开停比M计算开停比系数m，包括：

所述开停比M定义如下：

M＝t1/(t1+t2)

式中，t1为本周期制冷压缩机的开机时间，t2为本周期制冷压缩机的停机时间；

根据开停比M计算开停比系数m为：

若开停比M满足M<75％，则开停比系数m取6；

若开停比M满足M>85％，则开停比系数m取8；

否则，开停比系数m取7。

本申请还提供一种制冷压缩机的自适应变频系统，所述制冷压缩机的自适应变频系统包括微控制器，以及与所述微控制器连接的超级电容、环温探头、IPM功率模块，所述IPM功率模块与制冷压缩机连接用于根据微控制器的指令实现制冷压缩机的变频运行，所述微控制器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现以下步骤：

步骤1、利用所述环温探头采集环境温度并根据环境温度计算得到环温系数t，并执行步骤2；

步骤2、判断是否存在已保存的开停比M，若存在则执行步骤4；否则执行步骤3；

步骤3、设定制冷压缩机的档位n为n＝N/2，n取整，N为预设的制冷压缩机的频率档位，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤4、判断开停比M是否满足75％≤M≤85％，若满足则取制冷压缩机上周期得电开机档位作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；否则执行步骤5；

步骤5、根据开停比M计算开停比系数m，设定制冷压缩机的档位n为n＝N*(t/m)，n取整，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤6、通过IPM功率模块控制制冷压缩机按照得电开机档位开机运行，当制冷压缩机连续运行Q分钟后，控制制冷压缩机的频率调高一档，之后每判断制冷压缩机连续运行Q/4分钟，控制制冷压缩机的频率调高一档，直至制冷压缩机的频率调整至最高档N后执行步骤7；

步骤7、控制制冷压缩机断电停机，计算本周期运行的开停比M并保存，完成制冷压缩机一个周期的运行。

作为优选，所述根据环境温度计算得到环温系数t，包括：

若环境温度T满足T≤15℃，则环温系数t取1；

若环境温度T满足15℃<T≤25℃，则环温系数t取2；

若环境温度T满足25℃<T≤35℃，则环温系数t取3；

若环境温度T满足35℃<T≤45℃，则环温系数t取4；

若环境温度T满足T>45℃，则环温系数t取5。

作为优选，若环境温度采集失败，则取环境温度为默认值30℃。

作为优选，所述根据开停比M计算开停比系数m，包括：

所述开停比M定义如下：

M＝t1/(t1+t2)

式中，t1为本周期制冷压缩机的开机时间，t2为本周期制冷压缩机的停机时间；

根据开停比M计算开停比系数m为：

若开停比M满足M<75％，则开停比系数m取6；

若开停比M满足M>85％，则开停比系数m取8；

否则，开停比系数m取7。

本申请提供的制冷压缩机的自适应变频方法及系统，根据针对影响系统冷量需求最明显的环境温度得到环温系数；针对影响系统冷量需求其他因素(如系统本身负荷变化、开关门的负荷变化、放入负载负荷变化等)导致系统开停比差异，得到开停比系数，再结合环温系数和开停比系数计算下次得电开机档位(转速)，本申请能够逐步自适应不同的制冷系统，通过几个运行周期后，开停比系数保持在75％～85％。另外，本申请的控制中不涉及目标温度因素，即温控器给电后根据本申请的方法自适应运行转速，可以节省主控板至变频板的信号线，并且可用于机械温控器实现变频控制。

附图说明

图1为本申请的制冷压缩机的自适应变频方法的流程图；

图2为本申请的制冷压缩机的自适应变频系统的一种实施例结构示意图；

图3为本申请的制冷压缩机的自适应变频系统的另一种实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

其中一个实施例中，提供一种制冷压缩机的自适应变频方法，用于控制制冷压缩机进行自适应变频运行，提高制冷压缩机在空调、冰箱等电器中的运行效果。

如图1所示，本实施例中的一种制冷压缩机的自适应变频方法，包括：

步骤1、采集环境温度并根据环境温度计算得到环温系数t，并执行步骤2。

虽然采集环境温度时越靠近被控对象(例如空调、冰箱等)越能采集到更贴近真实的温度，但是由于变频板(运行本申请方法的设备)自身工作时会发热，而过度靠近发热的变频板将导致无法正确反应环境温度，因此本实施例在采集环境温度时，通常采集被控对象周围但远离发热区域的环境温度，以提高制冷控制的准确性。

步骤2、判断是否存在已保存的开停比M，若存在则执行步骤4；否则执行步骤3。本实施例制冷压缩机每一周期运行结束均会保存开停比M和开停比系数m，作为下一周期变频控制的参考，建立前后周期控制参数的关联，既可加快制冷压缩机趋向最低能耗运行的状态，又可避免变频控制变化幅度过大影响制冷压缩机的正常运行。

步骤3、设定制冷压缩机的档位n为n＝N/2，n取整(通常为四舍五入取整)，N为预设的制冷压缩机的频率档位(一般的为了控制效果比较理想N最小值为12，最大值为45)，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6。

步骤4、判断开停比M是否满足75％≤M≤85％，若满足则取制冷压缩机上周期得电开机档位作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；否则执行步骤5。

步骤5、根据开停比M计算开停比系数m，设定制冷压缩机的档位n为n＝N*(t/m)，n取整(通常为四舍五入取整)，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6。

步骤6、控制制冷压缩机按照得电开机档位开机运行，当制冷压缩机连续运行Q分钟后，控制制冷压缩机的频率调高一档，之后每判断制冷压缩机连续运行Q/4分钟，控制制冷压缩机的频率调高一档，直至制冷压缩机的频率调整至最高档N后执行步骤7。

步骤7、控制制冷压缩机断电停机，计算本周期运行的开停比M并保存，完成制冷压缩机一个周期的运行。

本实施例的制冷压缩机的自适应变频方法，引入了环温系数和开停比系数，在上周期运行效果较佳时依旧取上周期的得电开机档位进行运行，即保证了压缩机维持较优运行状态，又降低了变频控制的复杂度；在上周期运行效果欠佳时根据环温系数和开停比系数更新得电开机档位，本申请不断调整压缩机的运行状态直至压缩机处于低能耗状态，这使得本申请的方法适用于不同的制冷系统，不受不同的制冷系统的参数限制，具有良好的适应性，并且能够快速趋向于低能耗状态并保持。

由于环境温度是影响冷量需求最为明显的因素，因此本实施例根据环境温度计算得到环温系数t时，采取的一种计算方法包括：

若环境温度T满足T≤15℃，则环温系数t取1。

若环境温度T满足15℃<T≤25℃，则环温系数t取2。

若环境温度T满足25℃<T≤35℃，则环温系数t取3。

若环境温度T满足35℃<T≤45℃，则环温系数t取4。

若环境温度T满足T>45℃，则环温系数t取5。

本实施例中环境温度越高则对应的环温系数越大，对应至设定的得电开机档位越高，以此调节开停比能够快速趋向并维持在75％～85％之间，通常压缩机的开停比在75％～85％之间认为具有最低能耗。并请求若环境温度采集失败，则取环境温度为默认值30℃。

在步骤5中需要根据环温系数和开停比系数来确定得电开机档位，基于上述环温系数的设置方式，为了设定较佳的档位，本实施例中提供的开停比系数m的计算过程如下：

计算开停比M：

M＝t1/(t1+t2)

式中，t1为本周期制冷压缩机的开机时间，t2为本周期制冷压缩机的停机时间。

根据开停比M计算开停比系数m为：

若开停比M满足M<75％，则开停比系数m取6。

若开停比M满足M>85％，则开停比系数m为8。

否则，开停比系数m取7。

根据本实施例中设置环温系数以及开停比系数的方式，在符合当前调节状态的前提下，避免得电开机档位浮动过大，既保证了符合压缩机的运行曲线，避免给压缩机运行带来压力或损伤，又可保证压缩机能够较快调节至低能耗运行状态。

在另一实施例中，还提供一种制冷压缩机的自适应变频系统，如图2所示，本实施例的制冷压缩机的自适应变频系统包括微控制器，以及与所述微控制器连接的超级电容、环温探头、IPM功率模块，所述IPM功率模块与制冷压缩机连接用于根据微控制器的指令实现制冷压缩机的变频运行，所述微控制器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现以下步骤：

步骤1、利用所述环温探头采集环境温度并根据环境温度计算得到环温系数t，并执行步骤2。

步骤2、判断是否存在已保存的开停比M，若存在则执行步骤4；否则执行步骤3。

步骤3、设定制冷压缩机的档位n为n＝N/2，n取整，N为预设的制冷压缩机的频率档位，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤4、判断开停比M是否满足75％≤M≤85％，若满足则取制冷压缩机上周期得电开机档位作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；否则执行步骤5。

步骤5、根据开停比M计算开停比系数m，设定制冷压缩机的档位n为n＝N*(t/m)，n取整，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6。

步骤6、通过IPM功率模块控制制冷压缩机按照得电开机档位开机运行，当制冷压缩机连续运行Q分钟后，控制制冷压缩机的频率调高一档，之后每判断制冷压缩机连续运行Q/4分钟，控制制冷压缩机的频率调高一档，直至制冷压缩机的频率调整至最高档N后执行步骤7。

步骤7、控制制冷压缩机断电停机，计算本周期运行的开停比M和开停比系数m并保存，完成制冷压缩机一个周期的运行。

本实施例中的制冷压缩机的自适应变频系统运行自适应变频方法后能够实现压缩机的快速变频调节，并且具有较强的适应性。并且本实施例中设有超级电容，当外界电源断开时，超级电容能够继续维持微控制器运行，并完成开停比系数的计算与更新。其中微控制器取电器中常规的变频板中的微控制器即可，避免对现有电器元件进行更改，当然也可以采用现有的主控芯片(例如STM32系列芯片)作为微控制器。

关于制冷压缩机的自适应变频系统的进一步限定可参见上述制冷压缩机的自适应变频方法中的限定，这里不再进行赘述。

在一个可行的实施例中，所述根据环境温度计算得到环温系数t，包括：

若环境温度T满足T≤15℃，则环温系数t取1。

若环境温度T满足15℃<T≤25℃，则环温系数t取2。

若环境温度T满足25℃<T≤35℃，则环温系数t取3。

若环境温度T满足35℃<T≤45℃，则环温系数t取4。

若环境温度T满足T>45℃，则环温系数t取5。

在一个可行的实施例中，若环境温度采集失败，则取环境温度为默认值30℃。

在一个可行的实施例中，所述开停比系数m的计算过程如下：

计算开停比M：

M＝t1/(t1+t2)

式中，t1为本周期制冷压缩机的开机时间，t2为本周期制冷压缩机的停机时间。

根据开停比M计算开停比系数m为：

若开停比M满足M<75％，则开停比系数m取6。

若开停比M满足M>85％，则开停比系数m取8。

否则，开停比系数m取7。

为了保证制冷压缩机的自适应变频系统的正常运行，本实施例的制冷压缩机的自适应变频系统还包括为微控制器以及IPM功率模块供电的电源电路，为AC电源转低压DC电源。

需要说明的是，本申请提供的制冷压缩机的自适应变频系统仅包含运行的基本组件，在本实施例的基础上进行组件的简单扩增的方案仍属于本申请的保护范围。

例如如图3所示，在另一个实施例中，提供一种制冷压缩机的自适应变频系统，除了本实施例上述提及的微控制器、超级电容、环温探头、IPM功率模块、电源电路之外，还包括母线电压检测电路、A相电流检测电路、B相电流检测电路、软件/硬件过流检测电路、复位电路、故障指示电路等等。

以上电路均为现有电路，为了说明本申请的制冷压缩机的自适应变频系统具有很强的扩展性，其中母线电压检测电路用于采集系统的母线电压信号；A相、B相电流检测电路用于采集系统的A相、B相电流信号；软件过流检测电路用于总电流过流保护；硬件过流检测用于检测总电流实现快速保护；故障指示用于显示微控制器是否故障；复位电路用来监视为控制内部程序运行状态，保证系统可靠性。

本申请对环境温度导致制冷系统冷量需求不一样的情况，结合运行系统开停比，可以自己适应匹配冷量，使系统控制在合理的开停比系数下，使得制冷能够更快速地适应这种负荷的突变，达到更快制冷、节能的目的。

当更换不同制冷器具时，不用更换程序，可以直接进行匹配使用，能够根据负载自动浮动自适应，逐步控制在最佳开停比。

本申请的控制方法不涉及目标温度因素，允许温控器给电后根据本发明的方法自适应运行转速，可以节省主控板至变频板的信号线，并且可用于机械温控器实现变频控制。

本申请控制逻辑简洁，微控制器容易实现且可靠性强，易产品批量化，实践证明，通过本方法，经过几次压缩机开停后，系统的开停比维持在75％～85％内，压缩机在此开停比运行系统的能耗是最低的，压缩机寿命也是最优的，适用范围广，具有较大的市场应用推广空间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种制冷压缩机的自适应变频方法，其特征在于，所述制冷压缩机的自适应变频方法，包括：

步骤1、采集环境温度并根据环境温度计算得到环温系数t，并执行步骤2；

步骤2、判断是否存在已保存的开停比M，若存在则执行步骤4；否则执行步骤3；

步骤3、设定制冷压缩机的档位n为n＝N/2，n取整，N为预设的制冷压缩机的频率档位，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤4、判断开停比M是否满足75％≤M≤85％，若满足则取制冷压缩机上周期得电开机档位作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；否则执行步骤5；

步骤5、根据开停比M计算开停比系数m，设定制冷压缩机的档位n为n＝N*(t/m)，n取整，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤6、控制制冷压缩机按照得电开机档位开机运行，当制冷压缩机连续运行Q分钟后，控制制冷压缩机的频率调高一档，之后每判断制冷压缩机连续运行Q/4分钟，控制制冷压缩机的频率调高一档，直至制冷压缩机的频率调整至最高档N后执行步骤7；

步骤7、控制制冷压缩机断电停机，计算本周期运行的开停比M并保存，完成制冷压缩机一个周期的运行。

2.如权利要求1所述的制冷压缩机的自适应变频方法，其特征在于，所述根据环境温度计算得到环温系数t，包括：

若环境温度T满足T≤15℃，则环温系数t取1；

若环境温度T满足15℃<T≤25℃，则环温系数t取2；

若环境温度T满足25℃<T≤35℃，则环温系数t取3；

若环境温度T满足35℃<T≤45℃，则环温系数t取4；

若环境温度T满足T>45℃，则环温系数t取5。

3.如权利要求1所述的制冷压缩机的自适应变频方法，其特征在于，若环境温度采集失败，则取环境温度为默认值30℃。

4.如权利要求1所述的制冷压缩机的自适应变频方法，其特征在于，所述根据开停比M计算开停比系数m，包括：

所述开停比M定义如下：

M＝t1/(t1+t2)

式中，t1为本周期制冷压缩机的开机时间，t2为本周期制冷压缩机的停机时间；

根据开停比M计算开停比系数m为：

若开停比M满足M<75％，则开停比系数m取6；

若开停比M满足M>85％，则开停比系数m取8；

否则，开停比系数m取7。

5.一种制冷压缩机的自适应变频系统，其特征在于，所述制冷压缩机的自适应变频系统包括微控制器，以及与所述微控制器连接的超级电容、环温探头、IPM功率模块，所述IPM功率模块与制冷压缩机连接用于根据微控制器的指令实现制冷压缩机的变频运行，所述微控制器包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序实现以下步骤：

步骤1、利用所述环温探头采集环境温度并根据环境温度计算得到环温系数t，并执行步骤2；

步骤2、判断是否存在已保存的开停比M，若存在则执行步骤4；否则执行步骤3；

步骤3、设定制冷压缩机的档位n为n＝N/2，n取整，N为预设的制冷压缩机的频率档位，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤4、判断开停比M是否满足75％≤M≤85％，若满足则取制冷压缩机上周期得电开机档位作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；否则执行步骤5；

步骤5、根据开停比M计算开停比系数m，设定制冷压缩机的档位n为n＝N*(t/m)，n取整，将档位n作为本周期制冷压缩机的得电开机档位，并执行步骤6；

步骤6、通过IPM功率模块控制制冷压缩机按照得电开机档位开机运行，当制冷压缩机连续运行Q分钟后，控制制冷压缩机的频率调高一档，之后每判断制冷压缩机连续运行Q/4分钟，控制制冷压缩机的频率调高一档，直至制冷压缩机的频率调整至最高档N后执行步骤7；

步骤7、控制制冷压缩机断电停机，计算本周期运行的开停比M并保存，完成制冷压缩机一个周期的运行。

6.如权利要求5所述的制冷压缩机的自适应变频系统，其特征在于，所述根据环境温度计算得到环温系数t，包括：

若环境温度T满足T≤15℃，则环温系数t取1；

若环境温度T满足15℃<T≤25℃，则环温系数t取2；

若环境温度T满足25℃<T≤35℃，则环温系数t取3；

若环境温度T满足35℃<T≤45℃，则环温系数t取4；

若环境温度T满足T>45℃，则环温系数t取5。

7.如权利要求5所述的制冷压缩机的自适应变频系统，其特征在于，若环境温度采集失败，则取环境温度为默认值30℃。

8.如权利要求5所述的制冷压缩机的自适应变频系统，其特征在于，所述根据开停比M计算开停比系数m，包括：

所述开停比M定义如下：

M＝t1/(t1+t2)

式中，t1为本周期制冷压缩机的开机时间，t2为本周期制冷压缩机的停机时间；

根据开停比M计算开停比系数m为：

若开停比M满足M<75％，则开停比系数m取6；

若开停比M满足M>85％，则开停比系数m取8；

否则，开停比系数m取7。

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