CN114069573A - 一种空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空调器，包括控制模块及分别与其连接的变频负载、供电电路；供电电路包括交流模块、直流升压模块、采样电路；直流升压模块分别与交流模块、控制模块连接；采样电路包括交流电压采样电路、直流电压采样电路，其分别与交流模块、直流升压模块、控制模块连接，检测采样交流电压、采样直流母线电压传输给控制模块；控制模块分别根据采样交流电压、采样直流母线电压计算交流电压峰值、直流母线电压及其之间的差，记为峰压差；控制模块配置有峰压差范围，并比较峰压差与峰压差范围；当峰压差在峰压差范围内时，判断采样电路正常；反之，判断采样电路异常。本发明提高空调器运转的可靠性及安全性。

Description

一种空调器

技术领域

本发明涉及空气调节技术领域，尤其涉及一种空调器。

背景技术

变频空调采用PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路对交流～直流环节进行功率因数校正。采用PFC后，可将变频空调向电网注入的谐波含量限制在最低水平，功率因数（有功功率与视在功率之比）接近于1，以减少空调电控对外部电网的谐波干扰。

一般的PFC boost升压电路中，当直流母线电压检测电路的采样电阻出现焊接不良、损坏或漂移而检测的采样直流电压的值仍然在欠电压保护值到过电压保护值之间时，则不被认为故障而启动PFC。由于此时检测的直流母线电压值并不准确，可能导致PFC启动升压后直流母线电压达不到直流母线电压目标值，或者超出过电压保护值而无法保护停止，严重时可造成电路过电压或过电流损坏。

发明内容

为解决现有技术中直流母线电压检测电路的采样电阻异常造成的PFC过压或者欠压的问题，本发明提供一种空调器，进行交流电压及直流母线电压进行采样并根据采样值和设定值判断采样电路是否异常，进而解决由于采样电阻异常导致的PFC电路过压或欠压的问题，提高空调器运转的安全性及可靠性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种空调器，包括变频负载、供电电路、控制模块；所述控制模块分别与所述变频负载、所述供电电路连接，控制所述供电电路为所述变频负载供电；

所述供电电路包括交流模块、直流升压模块、采样电路；所述直流升压模块分别与所述交流模块、所述控制模块连接；

所述采样电路包括交流电压采样电路、直流电压采样电路，其分别与所述交流模块、所述直流升压模块、所述控制模块连接，检测采样交流电压、采样直流母线电压传输给所述控制模块；

所述控制模块接收所述采样交流电压、所述采样直流母线电压，并分别根据所述采样交流电压、所述采样直流母线电压计算交流电压峰值、直流母线电压及其之间的差，记为峰压差；

所述控制模块配置有峰压差范围，并比较所述峰压差与所述峰压差范围；当所述峰压差在所述峰压差范围内时，判断所述采样电路正常；当所述峰压差不在所述峰压差范围内时，判断所述采样电路异常。

在一实施例中，所述控制模块控制所述变频负载启动或者停止；

所述直流升压模块包括可控开关、升压电感、直流母线电容；所述可控开关分别与所述升压电感、所述直流母线电容、所述控制模块连接，由所述控制模块控制连通或断开，实现所述直流升压模块升压；

当所述控制模块控制所述可控开关断开且控制所述变频负载停止时，所述控制模块获取所述采样交流电压、所述采样直流母线电压，并进行所述采样电路的判断。

在一实施例中，当所述直流母线电容初始充电完成、所述可控开关断开且所述变频负载没有启动时，所述控制模块获取所述采样交流电压、所述采样直流母线电压，并进行所述采样电路的判断。

在一些实施例中，当所述控制模块判断所述采样电路正常时，其根据所述采样直流母线电压控制所述可控开关的连通或断开，对所述直流母线电压进行调整；

当所述控制模块判断所述采样电路异常时，其控制所述可控开关断开。

在一些实施例中，所述控制模块配置有直流母线目标电压；所述峰压差范围两端的端点值分别为所述直流母线目标电压的规定比例的正值和负值。

在一些实施例中，所述控制模块配置有直流母线目标电压；

当所述控制模块根据所述采样直流母线电压控制所述可控开关时，根据所述采样直流母线电压计算所述直流母线电压，并比较所述直流母线电压与所述直流母线目标电压；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，控制所述变频负载降频运转。

在一些实施例中，所述控制模块还包括电压调节器、q轴电流计算器；电压调节器与所述q轴电流计算器连接；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，所述电压调节器根据所述直流母线目标电压与所述直流母线电压的差值生成电压向q轴调节电流输出至所述q轴电流计算器，作为负值与q轴电流相加。

在一些实施例中，所述电压调节器包括PI调节器，用于对所述直流母线目标电压与所述直流母线电压的差值进行PI计算生成所述电压向q轴调节电流。

在一些实施例中，所述电压调节器还包括电压调节选择器，其与所述PI调节器连接；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，所述电压调节选择器选择所述直流母线目标电压与所述直流母线电压的差值作为所述PI调节器的输入；

当所述直流母线电压不小于所述直流母线目标电压时，所述电压调节选择器选择0与所述电压向q轴调节电流的差作为所述PI调节器的输入。

在一些实施例中，所述控制模块还包括转速调节选择器、转速调节器；所述转速调节选择器与所述转速调节器连接；所述转速调节器与所述q轴电流计算器连接；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，所述转速调节选择器选择0调速；

当所述直流母线电压不小于所述直流母线目标电压时，所述转速调节选择器选择控制转速与实际转速的差值调速。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明的一种空调器的变频负载的供电电路设置有交流电压采样电路、直流电压采样电路，并通过交流电压采样电路及直流电压采样电路进行交流电压及直流母线电压进行采样，根据得到的采样交流电压及采样直流母线电压判断采样电路是否异常，对采样电路特别是直流母线采样电路的故障进行排除，解决由于直流电压采样电路故障或不良造成的采样直流母线电压的不准确引起的供电电路欠压或者过压的问题，提高供电电路的可靠性及稳定性，进而提高空调器运行的可靠性、安全性。

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为本发明的一种空调器的一种实施例的电路示意图；

图2为现有空调器的直流母线采样电路异常时直流母线电压控制示意图；

图3为空调器的交流电压与直流母线电压示意图；

图4为现有的空调器的变频负载的控制系统示意图；

图5为本发明的一种空调器的一种实施例的控制系统示意图。

附图标记：

DM1、交流模块；DC1、直流升压模块；U1、控制模块；M1、变频负载；Cu1、交流电压采样电路；Cu2、直流电压采样电路； R1、限流电阻；Relay、继电器；C1、直流母线电容；

V_ac、交流电压；V_dc、直流母线电压；V_ac-ad、采样交流电压；V_dc-ad、采样直流母线电压；V_ac-dc、峰压差；V_{dc_hi}、过电压保护值；V_dcref、直流母线目标电压；V_{dc_low}、欠电压保护值；V_dcerr、电压差值；a、规定比例；

n^*、控制转速；n、实际转速；id^*、转速向d轴调节电流；iq^*、转速向q轴调节电流；id、d轴电流；iq、q轴电流；△iq、电压向q轴调节电流；U2、q轴电流计算器；Q1、电压调节器；U3、电压调节选择器；U4、PI调节器；U5、转速调节选择器；U6、转速调节器；IPM、变频器。

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。

参照图1、图2及图3，本发明的空调器包括变频负载M1、供电电路、控制模块U1。

控制模块U1分别与变频负载M1、供电电路连接，控制供电电路为变频负载M1供电，且控制供电电路功率因数，降低对电网的影响。

供电电路包括交流模块DM1、直流升压模块DC1、采样电路；采样电路包括交流电压采样电路Cu1、直流电压采样电路Cu2，其分别与交流模块DM1、直流升压模块DC1、控制模块U1连接；交流电压采样模块检测交流模块DM1的采样交流电压V_ac-ad传输给控制模块U1；直流电压采样电路Cu2检测直流升压模块DC1的采样直流母线电压V_dc-ad，并传输给控制模块U1。

控制模块U1根据接收的采样交流电压V_ac-ad计算交流电压峰值

V_ac，根据获取的采样直流母线电压V_dc-ad计算直流母线电压V_dc，并计算交流电压峰值

V_ac与直流母线电压V_dc之间的差，记为峰压差V_ac-dc。

控制模块U1配置有峰压差范围，并比较峰压差V_ac-dc与峰压差范围；当峰压差V_ac-dc在峰压差范围内时，控制模块U1判断采样电路正常；当峰压差V_ac-dc不在峰压差范围内时，控制模块U1判断采样电路异常。

本发明的空调器通过设置交流电压采样电路Cu1及直流电压采样电路Cu2及其采集的采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad判断采样电路是否正常，对采样电路特别是直流电压采样电路Cu2的故障进行排除，防止由于直流电压采样电路Cu2故障或不良引起的采样直流母线电压V_dc-ad在正常范围内，直流母线电压V_dc超出欠电压保护值V_{dc_low}与过电压保护值V_{dc_hi}的范围，解决由于直流电压采样电路Cu2故障或不良造成的采样直流母线电压V_dc-ad不准确引起的直流升压模块DC1启动后供电电路欠压或者过压的问题，提高供电电路的可靠性及稳定性，进而提高空调器运行的可靠性及安全性。

在一实施例中，参照图1及图2，控制模块U1通过控制供电电路与变频负载M1的连通与断开控制变频负载M1的启动、停止或者调整转速。

直流升压模块DC1包括可控开关、升压电感、直流母线电容C1；可控开关通过升压电感与直流母线电容C1并联；可控开关的控制端与控制模块U1连接，由控制模块U1控制连通或者断开，用于控制直流升压模块DC1实现升压及降低功率因数。

当控制模块U1控制可控开关关断、直流升压模块DC1不进行直流升压功能时，即PFC电路没有启动时，且控制模块U1控制变频负载M1停止时，获取采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad，并根据获取的采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad判断采样电路是否正常。

本实施例的空调器在供电电路稳态且没有给变频负载M1供电时进行采样交流电压V_ac-ad及采样直流母线电压V_dc-ad的获取，使采样交流电压V_ac-ad与采样直流电压较稳定且在预定范围内，提高采样交流电压V_ac-ad及采样直流电压的稳定性及采样电路判断的可靠性。

在一实施例中，参照图1，在初始上电时，控制模块U1控制可控开关断开，使直流母线电容C1充电；控制模块U1在直流母线电容C1充电完成且没有启动直流升压模块DC1（控制可控开关断开）时，获取采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad，用于采样电路是否正常的判断。

具体为，与继电器Relay并联的限流电阻R1被继电器Relay短路时，控制模块U1获取采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad，用于采样电路是否正常的判断。

在用于判断采样电路是否正常的采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad获取完成之后控制模块U1控制可控开关连通及断开，进行直流母线电压V_dc升压的控制。当直流升压模块DC1启动后及直流母线电压V_dc完成升压后，控制模块U1控制变频负载M1启动，且在变频负载M1运转的过程中控制可控开关的连通及断开，进行直流母线电压V_dc的控制及功率因数的控制。

本实施例的空调器在上电初始且直流母线电容C1充电完成、直流升压模块DC1没有启动时获取采样交流电压V_ac-ad、采样直流母线电压V_dc-ad，用于采样电路是否正常的判断，根据判断结果进行后续的控制运行。防止空调器的采样电路异常时进入运行状态，保护压缩机，节省成本。

在一些实施例中，参照图1及图2，当控制模块U1判断采样电路正常时，根据采样直流母线电压V_dc-ad控制可控开关的连通及断开，对直流母线电压V_dc进行控制。

当控制模块U1判断采样电路异常时，控制可控开关断开，直流升压模块DC1启动失败，停止变频负载M1的启动，保护压缩机。

在一些实施例中，参照图1及图2，控制模块U1配置有直流母线目标电压V_dcref；峰压差范围的端点值为直流母线目标电压V_dcref的规定比例a的正数及负数。即,峰压差范围为[-aV_ref,aV_ref]。

在一些实施例中，规定比例a的范围为5%~15%。

在一些实施例中，参照图1、图4及图5，在变频负载M1运转过程中，控制模块U1循环获取采样直流母线电压V_dc-ad，计算直流母线电压V_dc，比较直流母线电压V_dc及直流母线目标电压V_dcref。

当升压电感饱和、短路或直流升压模块DC1的电路发生其他故障时，直流升压模块DC1不能达到直流母线目标电压V_dcref，导致为维持变频负载M1的负荷直流升压模块DC1的输出电流较大；且由于直流升压模块DC1不能正常工作，使输出电流尖峰较大，需要快速降低负荷。即，在直流母线电压V_dc小于直流母线目标电压V_dcref时，通过变频负载M1降速运转降低负荷防止直流母线上的电流过大及电流尖峰较大，防止电路损坏。

在一些实施例中，参照图1、图4及图5，现有技术中，减小变频负载M1的负荷通常通过转速指令降低负载频率实现，具体参照图4。

控制模块U1包括转速调节器U6、q轴电流计算器U2；转速调节器U6与q轴电流计算器U2连接。变频负载M1的检测电流iA，iB经过CLARK和PARK变换得到旋转坐标系下的d轴电流id及q轴电流iq。转速指令的控制转速n^*和实际转速n的差值经过转速调节器U6生成转速向d轴调节电流id^*和转速向q轴调节电流iq^*。即，转速指令通过速度环控制输出转速向d轴调节电流id^*和转速向q轴调节电流iq^*。

负反馈d轴电流id和负反馈q轴电流iq分别与转速向d轴调节电流id^*和转速向q轴调节电流iq^*经过d轴电流计算器、q轴电流计算器U2计算后经电流调节器得ud和uq，即通过电流环控制得到ud和uq，再经过PARK逆变换得到两相静止坐标下的uα和uβ，最后经过空间矢量控制生成PWM控制IPM输出给压缩机的电流，最终通过电流环控制变频负载M1转速。

当发生直流升压模块DC1故障需要被迫强制降低变频负载M1频率时，通过转速指令将控制转速n^*减小，通过速度环控制来降低转速向q轴调节电流iq^*，最终实现变频负载M1的降速。即，控制转速n^*加实际转速n负反馈通过转速调节器U6生成转速向q轴调节电流iq^*，通过q轴电流计算器U2计算转速向q轴调节电流iq^*与q轴电流iq的差生成空间矢量对变频器IPM进行控制，实现变频负载M1的降速。通过转速环及电流环控制变频负载M1降速效率降低，极容易造成供电电路损坏。

本实施例的空调器的控制模块U1还包括电压调节器Q1，其与q轴电流计算器U2连接。控制模块U1配置有直流母线目标电压V_dcref，并比较直流母线电压V_dc与直流母线目标电压V_dcref。

当直流母线电压V_dc小于直流母线目标电压V_dcref时，即直流母线目标电压V_dcref与直流母线电压V_dc的电压差值V_dcerr大于0，直流母线目标电压V_dcref与直流母线电压V_dc的电压差值V_dcerr为电压调节器Q1的输入；电压调节器Q1根据输入生成电压向q轴调节电流△iq输出至q轴电流计算器U2，作为负值与q轴电流iq相加，然后通过电流调节器及PARK逆变换生成空间矢量控制变频器IPM，使变频负载M1通过外部电流调节信号转速向q轴调节电流iq^*快速降速，不用经过转速环及电流环逐渐降速，提高变频负载M1降速控制的效率，提高空调器运行的可靠性及安全性。

在一些实施例中，参照图5，电压调节器Q1包括PI调节器U4，用于对直流母线目标电压V_dcref与直流母线电压V_dc的电压差值V_dcerr进行线性变化生成电压向q轴调节电流△iq。

在一些实施例中，参照图5，电压调节器Q1还包括电压调节选择器U3，其与PI调节器U4连接。

当直流母线电压V_dc小于直流母线目标电压V_dcref时，即电压差值V_dcerr大于0时，电压调节选择器U3选择直流母线目标电压V_dcref与直流母线电压V_dc的差值作为PI调节器U4的输入，生成电压向q轴调节电流△iq。

当直流母线电压V_dc不小于直流母线目标电压V_dcref时，即电压差值V_dcerr小于等于0时，电压调节选择器U3选择0与电压向q轴调节电流△iq的差值作为PI调节器U4的输入，使电压向q轴调节电流△iq逐渐变为0，外部电流调节信号转速向q轴调节电流iq^*不再起作用。

在一些实施例中，参照图5，控制模块U1还包括转速调节选择器U5，其与转速调节器U6连接；转速调节器U6与q轴电流计算器U2连接。

当直流母线电压V_dc不小于直流母线目标电压V_dcref时，即电压差值V_dcerr小于等于0时，转速调节选择器U5选择控制转速n^*与实际转速n的差值作为转速调节器U6的输入，进行变频负载M1的调速。

当直流母线电压V_dc小于直流母线目标电压V_dcref时，即电压差值V_dcerr大于0时，转速调节选择器U5选择0调速。即，不通过转速指令对变频负载M1的转速进行调整，转速向q轴调节电流iq^*保持，使变频负载M1的转速调节仅通过电压向q轴调节电流△iq进行调节，减少压缩机调速因素，使调节更加准确及稳定。

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。

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)

1.一种空调器，包括变频负载，其特征在于，还包括供电电路、控制模块；所述控制模块分别与所述变频负载、所述供电电路连接，控制所述供电电路为所述变频负载供电；

所述供电电路包括交流模块、直流升压模块、采样电路；所述直流升压模块分别与所述交流模块、所述控制模块连接；

所述采样电路包括交流电压采样电路、直流电压采样电路，其分别与所述交流模块、所述直流升压模块、所述控制模块连接，检测采样交流电压、采样直流母线电压传输给所述控制模块；

所述控制模块接收所述采样交流电压、所述采样直流母线电压，并分别根据所述采样交流电压、所述采样直流母线电压计算交流电压峰值、直流母线电压及其之间的差，记为峰压差；

所述控制模块配置有峰压差范围，并比较所述峰压差与所述峰压差范围；当所述峰压差在所述峰压差范围内时，判断所述采样电路正常；当所述峰压差不在所述峰压差范围内时，判断所述采样电路异常。

2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述控制模块控制所述变频负载启动或者停止；

所述直流升压模块包括可控开关、升压电感、直流母线电容；所述可控开关分别与所述升压电感、所述直流母线电容、所述控制模块连接，由所述控制模块控制连通或断开，实现所述直流升压模块升压；

当所述控制模块控制所述可控开关断开且控制所述变频负载停止时，所述控制模块获取所述采样交流电压、所述采样直流母线电压，并进行所述采样电路的判断。

3.根据权利要求2所述的空调器，其特征在于，当所述直流母线电容初始充电完成、所述可控开关断开且所述变频负载没有启动时，所述控制模块获取所述采样交流电压、所述采样直流母线电压，并进行所述采样电路的判断。

4.根据权利要求1至3任一项所述的空调器，其特征在于，当所述控制模块判断所述采样电路正常时，其根据所述采样直流母线电压控制所述可控开关的连通或断开，对所述直流母线电压进行调整；

当所述控制模块判断所述采样电路异常时，其控制所述可控开关断开。

5.根据权利要求4所述的空调器，其特征在于，所述控制模块配置有直流母线目标电压；所述峰压差范围两端的端点值分别为所述直流母线目标电压的规定比例的正值和负值。

6.根据权利要求4所述的空调器，其特征在于，所述控制模块配置有直流母线目标电压；

当所述控制模块根据所述采样直流母线电压控制所述可控开关时，根据所述采样直流母线电压计算所述直流母线电压，并比较所述直流母线电压与所述直流母线目标电压；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，控制所述变频负载降频运转。

7.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，所述控制模块还包括电压调节器、q轴电流计算器；电压调节器与所述q轴电流计算器连接；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，所述电压调节器根据所述直流母线目标电压与所述直流母线电压的差值生成电压向q轴调节电流输出至所述q轴电流计算器，作为负值与q轴电流相加。

8.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于，所述电压调节器包括PI调节器，用于对所述直流母线目标电压与所述直流母线电压的差值进行PI计算生成所述电压向q轴调节电流。

9.根据权利要求8所述的空调器，其特征在于，所述电压调节器还包括电压调节选择器，其与所述PI调节器连接；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，所述电压调节选择器选择所述直流母线目标电压与所述直流母线电压的差值作为所述PI调节器的输入；

当所述直流母线电压不小于所述直流母线目标电压时，所述电压调节选择器选择0与所述电压向q轴调节电流的差作为所述PI调节器的输入。

10.根据权利要求9所述的空调器，其特征在于，所述控制模块还包括转速调节选择器、转速调节器；所述转速调节选择器与所述转速调节器连接；所述转速调节器与所述q轴电流计算器连接；

当所述直流母线电压小于所述直流母线目标电压时，所述转速调节选择器选择0调速；

当所述直流母线电压不小于所述直流母线目标电压时，所述转速调节选择器选择控制转速与实际转速的差值调速。

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