CN113339231B - 空调用压缩机预热方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空调用压缩机预热方法及装置，在压缩机预热模式下，当绕组和压机电容组成的LCR电路处于欠阻尼状态时，先对压机电容实施充电，在充电完成后通过LCR电路高频振荡产生的铁损耗对压缩机进行加热，当绕组和压机电容组成的LCR电路处于过阻尼状态时，通过运行压机电容的限流功能，使压缩机的副绕组工作在发热状态下对压缩机进行加热，相比传统的加热带预热方式，本发明提出的预热方法及装置无需增加成本且控制简单，解决了现有定速压缩机因采用加热带预热而存在的成本高且制造复杂的技术问题。

Description

空调用压缩机预热方法及装置

技术领域

本发明涉及空调器技术领域，尤其涉及一种空调用压缩机预热方法及装置。

背景技术

空调室外机在低温环境下长时间停机，压缩机内部的润滑油与制冷剂深度互溶，当重新启动时，制冷剂蒸发，将润滑油带走，会出现压缩机空油问题；润滑油与制冷剂互溶，也会导致润滑油油粘度降低，润滑性能变差，降低压缩机可靠性。

为了解决压缩机启动空油和油粘度低的问题，需要提前对压缩机进行预热，行业内压缩机的预热方式主要有两种：一种为在压缩机外壳捆绑加热带，通过加热带发热来加热压缩机壳体，通过热传递提到润滑油温度；此种方式对变频压缩机和定速压缩机都适用；另一种方式是针对变频压缩机，通过变频驱动模块为压缩机注入电流，在压缩机不运转的情况下，注入的能量最终转化为压缩机本体发热，进而提高压缩机润滑油温度，这种方式取消了加热带，成本降低，但只能应用于变频压缩机，具备逆变控制功能，并且控制算法比较复杂。

针对定速压缩机，目前仍然是采用加热带的方式进行预热，不但成本高，而且捆绑加热带时，制造复杂，生产效率低。

发明内容

为解决现有定速压缩机因采用加热带预热而存在的成本高且制造复杂的技术问题，本发明提出一种空调用压缩机预热方法及装置，在压缩机预热模式下，当绕组和压机电容组成的LCR电路处于欠阻尼状态时，通过LCR电路高频振荡产生的铁损耗对压缩机进行加热，当绕组和压机电容组成的LCR电路处于过阻尼状态时，通过运行压机电容的限流功能，使压缩机的副绕组工作在发热状态下对压缩机进行加热，相比传统的加热带预热方式，本发明提出的预热方法及装置无需增加成本且控制简单，解决了现有定速压缩机因采用加热带预热而存在的成本高且制造复杂的技术问题。

本发明采用如下技术方案：

提出一种空调用压缩机预热方法，应用于空调用压缩机，所述压缩机包括：电机，包括由主绕组和副绕组组成的绕组；其中，所述主绕组连接于主绕组支路上，所述副绕组连接于副绕组支路上；压机电容，跨接在所述主绕组支路和所述副绕组支路之间；所述绕组可等效为串联的电感和电阻，并在与所述压机电容串联后，形成LCR电路；压机控制开关，用于控制所述压缩机的运行；副绕组控制开关，并联于所述副绕组支路上；主绕组控制开关，连接于所述主绕组支路上；所述方法包括：在压缩机预热模式下，当所述LCR电路处于欠阻尼状态时，检测所述压机电容的电压零点，在电压零点时闭合所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并断开所述主绕组控制开关，以实现为所述压机电容充电；在设定充电时长后断开所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并闭合所述主绕组控制开关，以使得LCR电路形成振荡电路，以实现基于振荡电路产生的高频振荡磁场产生的热量使所述压缩机加热；当所述LCR电路处于过阻尼状态时，断开所述副绕组控制开关和所述主绕组控制开关，并闭合所述压机控制开关，以实现所述副绕组产生的热量使压缩机加热。

提出一种空调用压缩机预热装置，所述压缩机包括：电机，包括由主绕组和副绕组组成的绕组；其中，所述主绕组连接于主绕组支路上，所述副绕组连接于副绕组支路上；压机电容，跨接在所述主绕组支路和所述副绕组支路之间；所述绕组可等效为串联的电感和电阻，并在与所述压机电容串联后，形成LCR电路；所述装置包括：压机控制开关，用于控制所述压缩机的运行；副绕组控制开关，并联于所述副绕组支路上；主绕组控制开关，连接于所述主绕组支路上；预热控制器，用于在压缩机预热模式下，当所述LCR电路处于欠阻尼状态时，检测所述压机电容的电压零点，在电压零点时闭合所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并断开所述主绕组控制开关，以实现为所述压机电容充电；在设定充电时长后断开所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并闭合所述主绕组控制开关，以使得LCR电路形成振荡电路，以实现基于振荡电路产生的高频振荡磁场产生的热量使所述压缩机加热；当所述LCR电路处于过阻尼状态时，断开所述副绕组控制开关和所述主绕组控制开关，并闭合所述压机控制开关，以实现所述副绕组产生的热量使压缩机加热。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明提出的空调用压缩机预热方法及装置中，当空调运行于压缩机预热模式下时，首先判断由绕组和压机电容串联组成的LCR电路的阻尼状态，当处于欠阻尼状态时，检测压机电容电压零点，在过零点时通过控制压机控制开关和副绕组控制开关闭合，压机控制主绕组控制开关断开，实现对压机电容的充电，在充电满足设定充电时长后，断开压机控制开关和副绕组控制开关并闭合主绕组控制开关，使得LCR电路形成振荡电路，电流在闭合的系统内振荡，并逐渐消耗，高频振荡电路产生高频振荡磁场，高频磁场的交变致使压缩机铁芯硅钢片的磁畴被反复摩擦，从而产生大量的磁滞消耗，同时，磁场的变化，将在铁芯中感应出电动势，从而产生涡流，由涡流产生的损耗为涡流损耗，涡流损耗的大小与电流频率的平方成正比，涡流损耗和磁滞损耗合并成为铁损耗，产生的热量使压缩机加热，同时，电流也会在绕组中产生一定的铜耗，也就是阻尼现象，则在欠阻尼状态下，压缩机预热以铁损加热为主，通过设定充电时长控制充电电压而附加有一定的铜损加热，实现对压缩机的预热；当处于过阻尼状态时，无法通过振荡形式实施预热，采用断开副绕组控制开关和主绕组控制开关并闭合压机控制开关的手段，使得副绕组在压机电容的限流条件下工作，电流流过副绕组在其上产生有功功率，产生的热量使压缩机本体发热，进而使润滑油温度升高，达到为压缩机预热的目的。

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为本发明中空调压缩机预热系统的接线图；

图2为本发明中压缩机控制接线图；

图3为本发明提出的空调用压缩机预热方法的流程图；

图4为本发明提出的空调用压缩机预热方法的流程图；

图5为本发明提出的空调用压缩机预热装置的功能架构图。

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。

本发明旨在提出一种空调用压缩机预热方法，尤其应用于定速压缩机中，当环境温度过低时，需要启动压缩机预热模式为压缩机实施预热，提高润滑油的温度，避免制冷剂蒸发时带走润滑油，并避免降低润滑性能变差，相比现有压缩机采用加热带预热的方式，能够实现不增加成本并降低制造复杂度的技术效果。

定速空调因成本控制要求，一般采用单板控制方法，控制板安装于空调室内机中，室外机由室内机供电和控制，如图1所示的压缩机预热系统的接线示例和如图2所示的压缩机控制接线图，室外机主要包含压缩机1、交流风机2、四通阀3三种器件。

压缩机1包括电机和压机电容C，电机包括由主绕组和副绕组组成的绕组，其中，主绕组连接于主绕组支路a上，副绕组连接于副绕组支路b上，压机电容C跨接在主绕组支路a和副绕组支路b之间，起到对单相电源进行分相的作用；电机的主绕组和副绕组均为电感线圈，如图2所示，主绕组可以等效为第一电感L1和第一电阻R1串联，副绕组可以等效为第二电感L2和第二电阻R2串联，因此，当主绕组和副绕组等效为串联的电感和电阻后，再与压机电容串联后，形成了LCR电路。

基于该LCR电路架构，通过控制，在压机电容C两端施加电压，然后控制各个线圈进行通断组合后，可以形成LCR振荡电路，该LCR振荡电路的振荡频率表示为

，L=L1+L2，阻尼系数/>

。

如图1和图2所示，在本发明申请中，还为压缩机配置有压机控制开关K1、副绕组控制开关K2和主绕组控制开关K3，图中，K4为风机控制开关，K5为四通阀控制开关。

压机控制开关K1用于控制压缩机1的运行，闭合时压缩机1运行，断开时压缩机1停止；副绕组控制开关K2并联于副绕组支路b上；主绕组控制开关K3连接于主绕组支路a上；空调正常运行时，压机控制开关K1闭合，副绕组控制开关K2断开，主绕组控制开关闭合。

基于上述架构，如图3所示，本发明提出的空调用压缩机预热方法，包括如下步骤：

步骤S31：判断是否满足停机时长大于第一设定时长且环境温度小于第一预设温度的限定条件。

本发明一些实施例中，当环境温度小于第一预设温度且停机时长大于第一设定时长的情况下，进入该步骤S32，启动压缩机预热模式，当任一条件不满足时，直接按照设定参数启动压缩机运行。

步骤S32：启动压缩机预热模式。

压缩机预热模式下，基于本发明提出的压缩机预热方法对压缩机实施预热，预热结束后控制压缩机进入用户设定的工作模式运行。

在本发明一些实施例中，将压缩机预热模式的执行期划分为若干控制周期T，预热的相关控制按照控制周期开执行，具体在以下步骤中详述。

步骤S33：判断LCR电路的阻尼状态。

本发明中的压缩机预热模式被区分为铁损预热模式和铜损预热模式，当LCR电路处于欠阻尼状态时，通过对各控制开关的控制使LCR形成振荡电路，基于振荡产生的高频磁场实施压缩机预热，当LCR电路处于过阻尼状态时，无法通过振荡形式预热，则控制电流流过副绕组，通过副绕组发热来实现压缩机预热。

当压缩机预热模式启动后，首先获取压缩机的绕组参数L1、L2、R1和R2，以及获取压机电容的参数C，对阻尼系数ζ进行计算，当阻尼系数ζ<1,LCR电路形成欠阻尼状态，进入步骤S34，当阻尼系数ζ>1,LCR电路形成过阻尼状态，进入步骤S35。

步骤S34：启动铁损预热模式。

具体的，如图4所示，铁损预热模式下，包括：

步骤S341：检测压机电容的电压零点。

预热控制器（通常集成于空调主控板中）检测压机电容的电压的过零点。通过对电压零点的检测，可以确定压机电容的正负和大小进行控制。

步骤S342：在电压零点时闭合压机控制开关和副绕组控制开关，并断开主绕组控制开关。

当压机电容的电压过零点时，参考图2所示，控制压机控制开关K1闭合、副绕组控制开关K2闭合、主绕组控制开关K3断开，则电压直接施加到压机电容上，对压机电容实施充电。

步骤S343：设定充电时长后断开压机控制开关和副绕组控制开关，并闭合主绕组控制开关。

设定充电时长决定着压机电容的充电电压，充电电压决定了加热功率，加热功率则决定了对压缩机预热的预热能力，因此，在实际设计中，可以根据预设预热功率计算压缩机预热温度，进而根据压缩机预热温度来得到设定充电时长的具体值。

当达到设定充电时长时，压机电容充电完成，控制压机控制开关K1断开、副绕组控制开关K2断开，并闭合主绕组控制开关K3。

压机控制开关K1断开、副绕组控制开关K2断开、主绕组控制开关K3闭合后，LCR电路形成LCR振荡电路，电流在闭合的系统内振荡，并逐渐消耗，高频振荡电路产生高频振荡磁场，高频磁场的交变致使压缩机铁芯硅钢片的磁畴被反复摩擦，从而产生大量的磁滞消耗，同时，磁场的变化，将在铁芯中感应出电动势，从而产生涡流，由涡流产生的损耗为涡流损耗，涡流损耗的大小与电流频率的平方成正比，涡流损耗和磁滞损耗合并成为铁损耗，产生的热量使压缩机加热，同时，电流也会在绕组中产生一定的铜耗，也就是阻尼现象，则在欠阻尼状态下，压缩机预热以铁损加热为主，通过设定充电时长控制充电电压而附加有一定的铜损加热，实现对压缩机的预热。

步骤S35：启动铜损预热模式。

LCR电路处于过阻尼状态时，无法通过振荡形式预热，则断开副绕组控制开关K2和主绕组控制开关K3，并闭合压机控制开关K1，参考图2所示，电流从副绕组支路b流过，在副绕组上做功使副绕组发热，使得副绕组产生的热量使压缩机加热。

副绕组与压机电容串联，压机电容对其具有限流作用，但此电流对压机电容为虚部电容，产生的功率为无功功率，压机电容容抗

Xc=1/(2*3.14*f*C)，则流过的电流为Ic=U /Xc=U*2*3.14*f*C 。

以单相电压U=220V，频率f为50HZ，电容容量为70μF为例，带入上述公式得到Ic为4.7A左右；压机电容与副绕组串联，电流同样流过副绕组，以副绕组R2=1.5Ω为例，电流在副绕组上产生的有功功率为33W，该功率为绕组发热红绿，产生的热量使压缩机本体发热，进而润滑油温度升高，达到压缩机预热的目的。

在本发明一些实施例中，在LCR电路处于过阻尼状态下时，预热功率恒定，可通过控制压机控制开关K1的闭合时长来控制副绕组的发热时间，通常的，环境温度越低，对副绕组的发热时间要求越高，反之，环境温度相对高时，则对副绕组的发热时间要求低，基于上述，本发明基于环境温度控制的压机控制开关K1的闭合时长。

在步骤S32中提到过，压缩机预热模式的执行期，也即预热时长被划分为若干个控制周期T，副绕组的发热时长则通过在一个控制周期内闭合压机控制开关K1的闭合时长a来确定，而在一个控制周期T内闭合时长a以外的时间则控制压机控制开关断开，以减少能量耗损。

上述可见，闭合时长a与控制周期T的比值越大，对压缩机的总体预热时间越长，适用于环境温度低的情况，闭合时长a与控制周期T的比值越小，对压缩机的总体预热时间越短，适用于环境温度相对高的情况，如下表一所示的一个实施例中，根据环境温度来调剂压机控制开关K1的闭合时长a：

表一

当环境温度小于第二预设温度，例如-25℃时，则控制闭合时长等于控制周期，使得副绕组在这个压缩机预热模式期间持续发热，以保障对压缩机的预热效果。

结合图1、图2和图5所示，本发明还提出一种空调用压缩机预热装置，用于执行上述提出的空调用压缩机预热方法，包括电机51、压机电容C、压机控制开关K1、副绕组控制开关K2、主绕组控制开关K3和预热控制器U。

电机51包括由主绕组RZ和副绕组RF组成的绕组；其中，主绕组RZ连接于主绕组支路a上，副绕组RF连接于副绕组支路b上；压机电容C跨接在主绕组支路a和副绕组支路b之间；绕组（RZ+RF）可等效为串联的电感（L1、L2）和电阻（R1、R2），并在与压机电容C串联后，形成LCR电路。

压机控制开关K1用于控制压缩机的运行；副绕组控制开关K2并联于副绕组支路b上；主绕组控制开关K3连接于主绕组支路a上。

预热控制器U用于在压缩机预热模式下，当LCR电路处于欠阻尼状态时，检测压机电容C的电压零点，在电压零点时闭合压机控制开关K1和副绕组控制开关K2，并断开主绕组控制开关K3，以实现为压机电容C充电；在设定充电时长后断开压机控制开关K1和副绕组控制开关K2，并闭合主绕组控制开关K3，以使得LCR电路形成振荡电路，以实现基于振荡电路产生的高频振荡磁场产生的热量使压缩机加热；当LCR电路处于过阻尼状态时，断开副绕组控制开关K2和主绕组控制开关K3，并闭合压机控制开关K1，以实现副绕组RF产生的热量使压缩机加热。

在本发明一些实施例中，预热控制器U包括预热启动单元u1，用于在停机时长大于第一设定时长且环境温度小于第一预设温度时，开启压缩机预热模式。

在本发明一些实施例中，预热控制器U包括压机电容充电时长控制单元u2，用于基于预设预热功率计算设定充电时长。

在本发明一些实施例中，预热控制器U包括压机通电时长控制单元u3，用于在LCR电路处于过阻尼状态下时，基于环境温度控制的压机控制开关K1的闭合时长；则预热控制器U在LCR电路处于过阻尼状态下时，在一个控制周期内，按照闭合时长控制压机控制开关闭合，并在一个控制周期内闭合时长以外的时间控制压机控制开关断开；其中，压缩机预热模式下，预热时长被划分为若干控制周期。

在本发明一些实施例中，压机通电时长控制单元u3具体用于：在环境温度小于第二预设温度时，控制闭合时长等于控制周期。

具体的预热方式已经在上述实施例中详述，此处不予赘述。

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)

1.一种空调用压缩机预热方法，应用于空调用压缩机，所述压缩机包括：

电机，包括由主绕组和副绕组组成的绕组；其中，所述主绕组连接于主绕组支路上，所述副绕组连接于副绕组支路上；

压机电容，跨接在所述主绕组支路和所述副绕组支路之间；

所述绕组等效为串联的电感和电阻，并再与所述压机电容串联后，形成LCR电路；

压机控制开关，用于控制所述压缩机的运行；

副绕组控制开关，并联于所述副绕组支路上；

主绕组控制开关，连接于所述主绕组支路上；

其特征在于，所述方法包括：

在压缩机预热模式下，当所述LCR电路处于欠阻尼状态时，检测所述压机电容的电压零点，在电压零点时闭合所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并断开所述主绕组控制开关，以实现为所述压机电容充电；在设定充电时长后断开所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并闭合所述主绕组控制开关，以使得LCR电路形成振荡电路，以实现基于振荡电路产生的高频振荡磁场产生的热量使所述压缩机加热；

当所述LCR电路处于过阻尼状态时，断开所述副绕组控制开关和所述主绕组控制开关，并闭合所述压机控制开关，以实现所述副绕组产生的热量使压缩机加热。

2.根据权利要求1所述的空调用压缩机预热方法，其特征在于，所述方法还包括：

在停机时长大于第一设定时长且环境温度小于第一预设温度时，开启压缩机预热模式。

3.根据权利要求1所述的空调用压缩机预热方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于预设预热功率计算所述设定充电时长。

4.根据权利要求1所述的空调用压缩机预热方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述LCR电路处于过阻尼状态下时，基于环境温度控制的所述压机控制开关的闭合时长；

在一个控制周期内，按照所述闭合时长控制所述压机控制开关闭合，并在一个控制周期内所述闭合时长以外的时间控制所述压机控制开关断开；

其中，所述压缩机预热模式下，预热时长被划分为若干控制周期。

5.根据权利要求4所述的空调用压缩机预热方法，其特征在于，所述方法还包括：

在环境温度小于第二预设温度时，控制所述闭合时长等于所述控制周期。

6.一种空调用压缩机预热装置，所述压缩机包括：

电机，包括由主绕组和副绕组组成的绕组；其中，所述主绕组连接于主绕组支路上，所述副绕组连接于副绕组支路上；

压机电容，跨接在所述主绕组支路和所述副绕组支路之间；

所述绕组等效为串联的电感和电阻，并再与所述压机电容串联后，形成LCR电路；

其特征在于，所述装置包括：

压机控制开关，用于控制所述压缩机的运行；

副绕组控制开关，并联于所述副绕组支路上；

主绕组控制开关，连接于所述主绕组支路上；

预热控制器，用于在压缩机预热模式下，当所述LCR电路处于欠阻尼状态时，检测所述压机电容的电压零点，在电压零点时闭合所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并断开所述主绕组控制开关，以实现为所述压机电容充电；在设定充电时长后断开所述压机控制开关和所述副绕组控制开关，并闭合所述主绕组控制开关，以使得LCR电路形成振荡电路，以实现基于振荡电路产生的高频振荡磁场产生的热量使所述压缩机加热；

当所述LCR电路处于过阻尼状态时，断开所述副绕组控制开关和所述主绕组控制开关，并闭合所述压机控制开关，以实现所述副绕组产生的热量使压缩机加热。

7.根据权利要求6所述的空调用压缩机预热装置，其特征在于，所述预热控制器包括：

预热启动单元，用于在停机时长大于第一设定时长且环境温度小于第一预设温度时，开启压缩机预热模式。

8.根据权利要求6所述的空调用压缩机预热装置，其特征在于，所述预热控制器包括：

压机电容充电时长控制单元，用于基于预设预热功率计算所述设定充电时长。

9.根据权利要求6所述的空调用压缩机预热装置，其特征在于，所述预热控制器包括：

压机通电时长控制单元，用于在所述LCR电路处于过阻尼状态下时，基于环境温度控制的所述压机控制开关的闭合时长；

所述预热控制器，在所述LCR电路处于过阻尼状态下时，在一个控制周期内，按照所述闭合时长控制所述压机控制开关闭合，并在一个控制周期内所述闭合时长以外的时间控制所述压机控制开关断开；

其中，所述压缩机预热模式下，预热时长被划分为若干控制周期。

10.根据权利要求9所述的空调用压缩机预热装置，其特征在于，所述压机通电时长控制单元，具体用于：

在环境温度小于第二预设温度时，控制所述闭合时长等于所述控制周期。

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