CN114877461A - 一种通风模块的控制方法及新风空调、新风空气调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通风模块的控制方法及新风空调、新风空气调节装置，通风模块包括蜗壳、滤网、风轮和电机，蜗壳设有内腔、进风口和出风口，进风口和出风口分别与内腔连通，电机、滤网和风轮装在内腔里，电机与风轮连接，电机包括电机单体和电机控制器，电机单体包括定子组件和转子组件，电机控制器包括电源供电电路、微处理器MCU、逆变电路和电机运行参数检测电路，电源供电电路为各电路供电，微处理器MCU通过逆变电路控制电机单体，电机运行参数检测电路用以检测转子组件的实时转速R并将检测信号输送到微处理器MCU；控制方法包括以下步骤：微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率。

Description

一种通风模块的控制方法及新风空调、新风空气调节装置
技术领域：
本发明属于空调领域，具体涉及一种通风模块的控制方法及新风空调、新风空气调节装置。
背景技术：
带有通风模块(例如空调新风模块)的空调是目前兴起的新型空调，目前市场上大部分空调是没有通风模块的，新风空调正是因为增加了通风模块而得名，通风模块可以使空调吸入新鲜空气到室内，帮助改善室内空气，新风空调横空出世，各大厂家纷纷开始研发。但是由于受到成本、控制等各种问题，目前的通风模块的控制系统会接在空调控制系统上，通风模块由空调控制系统供电，所以通风模块的运行功率变化会影响整个空调控制系统的运作，若通风模块运行异常会使整个空调控制系统出现各种问题，如通风模块过流、过载运行等，长时间的过流、过载运行容易损坏通风模块，严重时，还会损坏空调控制系统。
目前的通风模块包括蜗壳、电机、滤网和风轮，包括蜗壳、电机、滤网和风轮，蜗壳设置有内腔、进风口和出风口，进风口和出风口分别与内腔连通，电机、滤网和风轮安装在内腔里，电机与风轮连接，滤网位于进风口处，电机包括电机单体和电机控制器，电机控制器包括电源供电电路、微处理器MCU、逆变电路和相电流检测电路，电源供电电路为各部分电路供电，微处理器MCU通过逆变电路控制电机单体，相电流检测电路用以检测电机单体的相电流并将检测信号输送到微处理器MCU，微处理器MCU对相电流检测信号进行处理计算可得到电机单体的实时运行功率。
滤网在通风模块起到过滤作用，为保证室内的空气质量，需定期拔出滤网进行清洗，若拔出滤网后忘记安装回通风模块时，由于通风模块的进风量增大，从而使通风模块的电机负载加重，容易造成通风模块过载运行，针对滤网安装异常而导致通风模块过载运行的问题，目前常用的过载保护方法是通过微处理器MCU获取电机单体的实时运行功率，然后比较电机单体的实时运行功率与阀值功率的大小，若电机单体的实时运行功率大于阀值功率时，则微处理器MCU通过逆变电路控制电机单体以低功率运行，避免电机单体持续过载运行，从而保护通风模块。
但上述过载保护方法具有以下缺点：1)该过载保护方法的准确性低，因为影响通风模块的运行功率的原因有多种(例如在环境温度较低时通风模块功率会变大)，若由于其他原因而导致通风模块的运行功率变大而误触发通风模块的过载保护，会影响用户对产品的体验。
2)该过载保护方法的通用性差，通风模块的设计会根据不同的需求选择对应大小的风轮，同样的工作环境下，不同大小的风轮会影响通风模块的运行功率，较大的风轮，通风模块的电机负载重，会使通风模块的运行功率偏大，较小的风轮，通风模块的电机负载小，会使通风模块的运行功率偏小，若想提高该检测方法的准确率，则需针对不同大小的风轮对该检测方法作出相应的调整，即该过载保护方法无法应对不同大小的通风模块的风轮。
发明内容：
本发明的目的是提供一种通风模块的控制方法及新风空调、新风空气调节装置，解决现有技术中通过比较通风模块的电机的实时运行功率与阀值功率的大小来判断通风模块是否过载运行的过载保护方法准确性低、通用性差的技术问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
本发明的第一个目的是提供一种通风模块的控制方法，所述的通风模块包括蜗壳、滤网、风轮和电机，蜗壳设置有内腔、进风口和出风口，进风口和出风口分别与内腔连通，电机、滤网和风轮安装在内腔里，电机与风轮连接，电机包括电机单体和电机控制器，电机单体包括定子组件和转子组件，电机控制器包括电源供电电路、微处理器MCU、逆变电路和电机运行参数检测电路，电源供电电路为各部分电路供电，电机运行参数检测电路将电机运行的相关数据送到微处理器MCU，微处理器MCU通过逆变电路控制电机单体工作，微处理器MCU根据电机运行参数检测电路检测的参数获取转子组件的实时转速R；所述的控制方法包括以下步骤：微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率。
优选地，若干个设定转速包括电机正常运行的最低转速Rmin、电机启动过程中的某个转速设定值ZRmin和电机正常运行的最高转速Rmax，其中ZRmin＜Rmin＜Rmax；若ZRmin＜R＜Rmin，则电机以第一设定电流Imin运行；若Rmin＜R＜Rmax，则电机以第二设定电流I1运行；若R≥Rmax，则电机以第三设定电流Imax运行，其中Imin＜I1＜Imax。
优选地，在启动阶段，R≤ZRmin，不对电机运行电流进行干预，则电机以实时电流运行。
优选地，第一设定电流Imin和第三设定电流Imax是一个固定的值，所述第二设定电流I1随所述实时转速R的升高而增大。
优选地，所述第二设定电流I1与所述实时转速R满足以下关系：
I1＝K*(R-Rmin)，其中，K是比例常数。
优选地，比例常数K的取值范围在0至1之间。
优选地，在通风模块开始运行后，通风模块拔出滤网，进风口变大，负载加重，功率一定时，转速降低，转速降低后，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率，使功率降低，不会出现持续过流过载运行。
优选地，在通风模块开始运行后，环境温度变化，相当于负载变化，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率。
上述的电机运行参数检测电路是指包含检测转子位置的霍尔传感器的转子位置检测电路，利用霍尔传感器检测在一个时间内转子组件的位置变化，推算出转子组件的实时转速R。
上述的电机运行参数检测电路是相电流检测电路，利用相电流检测电路检测电机各相绕组的相电流，进行FOC定向磁场控制，推算出转子组件的实时转速R。
本发明的第二个目的是提供一种新风空调，包括空调模块和应用如上述所述的控制方法的通风模块。
本发明的第三目的是提供一种新风空气调节装置，包括空气调节装置和应用如上述所述的控制方法的通风模块。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
1)本发明提供的通风模块的控制方法，通过获取电机单体的转子组件的实时转速R，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率，实现通风模块的过载保护，根据实时转速R分配工作电流可避免通风模块持续的过流、过载运行，使得通风模块的过载保护方案具有实时性，安全可靠，而且由于电机的转速不受环境温度、风轮大小等因素的影响，使得本方案提供的确保通风模块不会应为环境温度变化而错误触发过载保护，另外，利用检测电机的转速来实现通风模块的过载保护，使通风模块在面对不同环境温度不同大小的风轮等情况时，都能确保通风模块可自适应地调节通风模块的运行功率，使得本方案提供的通风模块的过载保护更加准确、适用范围更广。
2)本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明：
图1是本发明提供的新风空调的立体结构示意图；
图2是本发明提供的新风空调的结构示意图；
图3是本发明提供的通风模块的结构示意图；
图4是本发明提供的空调系统控制器与通风模块的连接结构示意图；
图5是本发明提供的空调系统控制器与电机控制器的接线结构示意图；
图6是本发明提供的通风模块的立体结构示意图；
图7是本发明提供的通风模块的分解结构示意图；
图8是本发明提供的通风模块的仰视结构示意图；
图9是本发明提供的通风模块的结构剖视示意图；
图10是本发明提供的电机的控制线路板的电路结构方框示意图；
图11是本发明提供的限流降额控制方法的流程方框图；
图12是本发明提供的限流降额控制方法的具体的流程方框图；
图13是本发明电机的控制线路板的另一种电路结构方框示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例一：
如图3、图6至图10所示，通风模块20包括蜗壳201、滤网202、风轮203和电机204，蜗壳201设置有内腔207、进风口205和出风口206，进风口205和出风口206分别与内腔207连通，电机204、滤网202和风轮203安装在内腔207里，电机204与风轮203连接，电机204是一个外转子电机204，电机204包括电机单体1和电机控制器2，电机单体1包括转子组件11和定子组件12，转子组件11与风轮203连接，电机控制器2包括控制线路板21，控制线路板21集成有电源供电电路、微处理器MCU、逆变电路和电机运行参数检测电路(可以带霍尔传感器的转子位置检测电路)，电源供电电路为各部分电路供电，电机运行参数检测电路将电机运行的相关数据送到微处理器MCU，微处理器MCU通过逆变电路控制电机单体工作，微处理器MCU根据电机运行参数检测电路检测的参数获取转子组件的实时转速R逆变电路的输出端连接定子组件12的各相线圈绕组，逆变电路控制定子组件12的各相线圈绕组的通断电，从而实现电机单体1的启停控制，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机204的工作电流以调节电机204的运行功率，逆变电路由电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6组成，电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的控制端分别由微处理器MCU输出的6路开关信号(P1、P2、P3、P4、P5、P6)分别控制电子开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。
如图1、图2、图4和图5所示，应用时，将通风模块20与空调模块10连接即可组成新风空调，空调模块10包括外机100、压缩机(图未示)、冷凝器101、蒸发器102和空调系统控制器103，通风模块20的电机控制器2与空调系统控制器103通讯连接，电机控制器2的控制线路板21具有4个连接端口分别是：一个与地连接接地端GND、一个风量设定输入端口VSP/PWM、一个低压直流电源输入端口VCC和电机204信号反馈端口FG，通风模块20可继续使用空调模块10提供的12v到24v直流电源输入，目的是与空调厂家现有的空调控制系统相适应，大大降低了空调控制系统更改的难度，空调控制系统通过低压直流电源输入端口VCC向通风模块20输入12v到24v直流电源，空调系统控制器103与电机控制器2通过端口进行串口通信，空调系统控制器103根据所接收到的外界信号向电机控制器2给出相应指令以控制电机单体11的运行状态。
如图11所示，通风模块的控制方法包括以下步骤：
步骤一：微处理器MCU获取电机单体1的转子组件11的实时转速R；
步骤二：微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率。
通过电机运行参数检测电路检测的参数，微处理器MCU得到电机单体1的转子组件11的实时转速R，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机204的工作电流以调节电机204的运行功率，实现通风模块20的过载保护，根据实时转速R分配工作电流可避免通风模块20持续的过流、过载运行，使得通风模块20的过载保护方案具有实时性，安全可靠，而且由于电机204的转速不受环境温度、风轮203大小等因素的影响，使得本方案提供的确保通风模块20不会应为环境温度变化而错误触发过载保护，另外，利用检测电机204的转速来实现通风模块20的过载保护，使通风模块20在面对不同环境温度不同大小的风轮203等情况时，都能确保通风模块20可自适应地调节通风模块20的运行功率，使得本方案提供的通风模块20的过载保护更加准确、适用范围更广。
如图12所示，具体地，若干个设定转速包括电机正常运行的最低转速Rmin、电机启动过程中的某个转速设定值ZRmin和电机正常运行的最高转速Rmax，其中ZRmin＜Rmin＜Rmax；若ZRmin＜R＜Rmin，即视为电机204的低转速段，则电机以第一设定电流Imin运行；若Rmin＜R＜Rmax，即视为电机204的中转速段，则电机以第二设定电流I1运行；若R≥Rmax，即视为电机204的高转速段，则电机以第三设定电流Imax运行，其中Imin＜I1＜Imax；当在中转速段，根据电机204实时转速R的增加而增大电机204的工作电流以确保电机204的正常运行，通过增大电流来提高电机204的功率以提高电机204的转矩，从而实现通风模块20的高负载运行，可避免通风模块20高负载运行时电机204只能低转速运转，从而更好地保护电机204。
如图12所示，在启动阶段，R≤ZRmin，不对电机运行电流进行干预，则电机以实时电流运行，以确保电机204能够正常启动。
第一设定电流Imin和第三设定电流Imax是一个固定的值，由于电机204的低转速段的跨度小，在电机204的低转速段设定电机204以第一设定电流Imin运行，在确保电机204能够正常运行的同时还可简化对电机204的控制逻辑，而在电机204的高转速段设定电机204以第三设定电流Imax运行，避免电机204的高转速段运行时，电流过大，功率过大，导致故障。
电机204在高转速段运行时，通风模块20拔出滤网202后，通风模块20进风量增大，使电机204负载增大，但由于第三设定电流Imax为一个固定的值，使得电机204功率不能增大，此时只能通过降低电机204转速来获得大扭矩以实现通风模块20的高负载运行，使得电机204不能维持当前转速，从而使电机204的实时转速R下降，以使电机204的实时转速R小于电机正常运行的最高转速Rmax，从而以第二设定电流I1运行，从而实现对通风模块20的过载保护，使通风模块20在拔出滤网202后不会持续过载、过流运行。
所述第二设定电流I1随所述实时转速R的升高而增大；具体地，所述第二设定电流I1与所述实时转速R满足以下关系：I1＝K*(R-Rmin)，其中，K是比例常数，比例常数K的取值范围在0至1之间；由于电机204的中转速段跨度大，建立第二设定电流I1与实时转速R的函数关系可使第二设定电流I1随实时转速R的升高而增大，从而确保电机204的正常运行。
在通风模块20开始运行后，通风模块拔出滤网，进风口变大，负载加重，功率一定时，转速降低，转速降低后，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率，使通风模块功率降低，不会出现持续过流过载运行。
在通风模块开始运行后，环境温度变化，相当于负载变化，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率，若环境温度降低，相当于通风模块功率变大，利用检测电机的转速来实现通风模块的过载保护，使通风模块20在面对不同环境温度变化时，都能确保通风模块可自适应地调节运行功率，使得本方案提供的通风模块的过载保护更加准确、适用范围更广，确保通风模块20不会应为环境温度变化而错误触发过载保护。
上述的电机运行参数检测电路是指包含检测转子位置的霍尔传感器的转子位置检测电路，利用霍尔传感器检测在一个时间内转子组件的位置变化，推算出转子组件的实时转速R。图10中，霍尔传感器HALL检测转子组件的位置信息。
上述的电机运行参数检测电路是相电流检测电路，利用相电流检测电路检测电机各相线圈绕组的相电流，进行FOC定向磁场控制，推算出转子组件的实时转速R。图13中，是利用相电流检测电路检测电机各相线圈绕组的相电流来推算转子位置及速度，并实行矢量控制，即FOC定向磁场控制。
为方便理解，现对上述方案进行举例说明：假设一款通风模块20的电机204的转速范围为300-2300转，其中，设定电机启动过程中的某个转速设定值ZRmin为300转，电机正常运行的最低转速Rmin为900转，电机正常运行的最高转速Rmax为2200转，第一设定电流Imin为0.7A，第三设定电流Imax为2A，电机204最大限流为2.5A，比例常数K为0.0024；当电机204的实时转速R小于等于300转时，视为电机204启动过程，电机204以实时电流运行；当电机204的实时转速R位于300转至900转之间，视为电机204的低转速段，电机204以0.7A运行；当电机204的实时转速R位于900转至2200转之间，视为电机204的中转速段，电机204以第二电流I2运行，第二设定电流I1＝0.0024*(R-900)；当电机204的实时转速R大于等于2200时，视为电机204的高转速段，电机204以2A运行。
当电机204的实时转速R运行在2200转时，若此时通风模块20拔出滤网202，通风模块20进风量增大，使电机204负载增大，但由于此时电机204只能以2A运行，使得电机204功率不能增大，此时只能通过降低电机204转速来获得大扭矩以实现通风模块20的高负载运行，使得电机204不能维持当前转速，从而使电机204的实时转速R下降，假设电机204的实时转速R下降到1400转时不再下降，此时，电机204以1.2A运行，使得电机204的实时转速R始终小于电机正常运行的最高转速Rmax，从而实现对通风模块20的过载保护，使通风模块20在拔出滤网202后不会持续过载、过流运行。
实施例二：
如图1、图2、图4和图5所示，本实施例提供一种新风空调，包括空调模块和应用如实施例一所述的控制方法的通风模块，空调模块10包括外机100、压缩机(图未示)、冷凝器101、蒸发器102和空调系统控制器103，通风模块20的电机控制器2与空调系统控制器103通讯连接。
实施例三：
本实施例提供一种新风空气调节装置，包括空气调节装置和应用如实施例一所述的控制方法的通风模块，空气调节装置包括室内热交换器、室外热交换器和控制器，通风模块20的电机控制器2与控制器通讯连接。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种通风模块的控制方法，所述的通风模块包括蜗壳、滤网、风轮和电机，蜗壳设置有内腔、进风口和出风口，进风口和出风口分别与内腔连通，电机、滤网和风轮安装在内腔里，电机与风轮连接，电机包括电机单体和电机控制器，电机单体包括定子组件和转子组件，电机控制器包括电源供电电路、微处理器MCU、逆变电路和电机运行参数检测电路，电源供电电路为各部分电路供电，电机运行参数检测电路将电机运行的相关数据送到微处理器MCU，微处理器MCU通过逆变电路控制电机单体工作，微处理器MCU根据电机运行参数检测电路检测的参数获取转子组件的实时转速R；
其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率。
2.根据权利要求1所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：若干个设定转速包括电机正常运行的最低转速Rmin、电机启动过程中的某个转速设定值ZRmin和电机正常运行的最高转速Rmax，其中ZRmin＜Rmin＜Rmax；若ZRmin＜R＜Rmin，则电机以第一设定电流Imin运行；若Rmin＜R＜Rmax，则电机以第二设定电流I1运行；若R≥Rmax，则电机以第三设定电流Imax运行，其中Imin＜I1＜Imax。
3.根据权利要求2所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：在启动阶段，R≤ZRmin时，不对电机运行电流进行干预，则电机以实时电流运行。
4.根据权利要求2所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：第一设定电流Imin和第三设定电流Imax是一个固定的值，所述第二设定电流I1随所述实时转速R的升高而增大。
5.根据权利要求4所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：所述第二设定电流I1与所述实时转速R满足以下关系：I1＝K*(R-Rmin)，其中，K是比例常数。
6.根据权利要求5所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：比例常数K的取值范围在0至1之间。
7.根据权利要求2至6任意一项所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：在通风模块开始运行后，通风模块拔出滤网，进风口变大，负载加重，功率一定时，转速降低，转速降低后，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率，使功率降低，不会出现持续过流过载运行。
8.根据权利要求2至6任意一项所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：在通风模块开始运行后，环境温度变化，相当于负载变化，微处理器MCU比较实时转速R与若干个设定转速的大小并根据比较结果调节电机的工作电流以调节电机的运行功率。
9.根据权利要求2至6任意一项所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：电机运行参数检测电路是指包含检测转子位置的霍尔传感器的转子位置检测电路，利用霍尔传感器检测在一个时间内转子组件的位置变化，推算出转子组件的实时转速R。
10.根据权利要求2至6任意一项所述的一种通风模块的控制方法，其特征在于：电机运行参数检测电路是相电流检测电路，利用相电流检测电路检测电机各相绕组的相电流，进行FOC定向磁场控制，推算出转子组件的实时转速R。
11.一种新风空调，其特征在于：包括空调模块和应用如权利要求1至10任一项所述的控制方法的通风模块。
12.一种新风空气调节装置，其特征在于：包括空气调节装置和应用如权利要求1至10任一项所述的控制方法的通风模块。
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