CN2155519Y - 节能空调器 - Google Patents

Abstract

一种节能空调器，其特征是在空调器内装有电子 膨胀阀和四个测温元件，可变速压缩机采用三相异 步，电机或直流无刷电机的压缩机，实现变频、变容 量；调速器的正弦脉宽波形或直流无刷换向波形发生 电路、驱动电路和逆变电路均受控于微处理器。本产 品可靠性高，调节阀的开度范围大，温度稳定性强、舒 适，可大范围地调速，做到高效率。

Description

本实用新型涉及一种新型节能空调器，特别是一种对压缩机实现自动变频变压控制的空调器装置。

目前，舒适类空调器开始大量进入家庭，它的基本构成包括制冷、风路循环、和电控保护，其中制冷是关键部分，而压缩机是制冷的心脏，由于压缩机靠不停的开关机维持房间的的温度刚开机有一段时间不制冷，造成有大量开关损失，且空调器是在一恒定的标准环境温度下设计，当天气变化，季节变化时，空调器运行偏离标准工况，效率很低，浪费大量电能噪音很大，温度波动，不舒适。

为解决上述问题，有一种做法是用电子变流器控制压缩机功率随环境温度变化而变化。主要是采用模拟电路产生正弦脉宽调制信号，变流器控制压缩机实现变功率运行，自动恒温，减少开关损失和温度波动。如实用新型专利CN2105638.U指出这种电子变流器的输入信号为人工给定信号或由传感器测量的信号，实测温度与给定温度之差转换成电压信号，在人工设定功率档限定电压的共同作用下，经压频转换电路产生频率信号，进入正弦波产生电路，与该电路产生的正弦波信号分别进入相同的脉宽调制电路，继而与三角波发生器产生的信号比较产生高频脉冲调制信号，经功率放大及解调电路产生正余弦电压供给压缩机电机，达到控制变功率运行节电的效果。

为了提高制冷系统的季节性能效比，发明专利号89105520.7，89105521.5，89105521.5，发明了一种双感温的热力膨胀阀，通过控制吸入压缩机气体的过热度而自动调节制冷剂流量，以改善天气变化，季节变化偏离标准设计工况时的能效比，达到节电的目的。

但上述空调器存在以下问题：

1.模拟电路变频中不易实现晶体管的互锁开关，易发生共同导通，可靠性差。

2.模拟电路变频构成复杂，成本高，可靠性差，频率稳定性差，易漂移，频率和电压之间不能实现准确的压频比关系，运行状态不容易实现最优控制，温度波动减少，仅减小了开关损失，季节性能效比并无明显改善。

3.模拟电路变频空调器中仍使用毛细管作为节流元件，由于毛细管的流动阻力和流量变化很小，不能使变频变容量的空调制冷系统最优匹配，因而节电量很小。

4.变频空调仍使用单相电机，单相电机低频运行时，效率低于额定状况的效率，也影响了系统的节电效果。

5.双感温的热力膨胀阀在压缩机功率不变条件下，随着环境（天气、季节）的变化调节流量，流量调节范围很小且动作速度很慢，也不能用于功率变化范围40％～110％的变频场合。

6.两种方式均不能实时检测热力循环状态形成闭环控制，达到优化运行高效节电，高效节能，高可靠性，高舒适性的多功能空调器。

本实用新型的目的是提供一种高效节能，高可靠性，高舒适性的多功能空调器。

本实用新型的目的是这样实现的：一种节能空调器，它是由压缩机、冷凝器、风扇电机、蒸发器和调速器组成的，调速器输出端电压加到压缩机上，用以控制压缩机工作，它还包括电子膨胀阀5，四个检测元件1、2、4、9；调速器由正弦脉宽波形或直流无刷换向波形发生电路和驱动电路和逆变电路构成：电子膨胀阀5是由步进电机和与步进电机转轴相连、带有外螺纹的阀杆和带有内螺纹的阀体组成的，步进电机转子带动相连的阀杆，通过与阀体及阀杆的螺纹运动，调节阀的开度；在空调器上装有4个测温元件1、2、4、9，其中测温元件2是测量室内温度，测温元件9是测量空外温度，装在空调器上室外、室内空气吸入风道中，测温元件1是安装于蒸发器中间部位测量蒸发温度，测温元件4是安装于蒸发器出口处，测量过热温度，它们分别与温度测量电路连接；可变速压缩机采用三相异步电机或直流无刷电机的压缩机，实现变频、变容量；调速器的正弦脉宽波形或直流无刷换向波形发生电路、驱动电路和逆变是路均受控于微处理器，微处理器对温度测量电路采集的室内温、制冷剂蒸发温度、过热温度、室外温度和设定温度进行模糊运算出温差和温度变化率，并转化为控制正弦脉宽波形、直流无刷换向波形发生电路，产生运转信号，经过光电耦合器送入驱动电路，驱动逆变电路的功率晶体管，控制压缩机的速度与功率变化；使用直流无刷电机压缩机时，其特征是逆变器和整流器之间还包括一个斩波器，用来调节加到逆变器上的电压；在直流无刷电机与微处理器之间还包括一个直流无刷电机转子位置检测电路，用于直流无刷电机的运行、检测、保证直流无刷电机运行可靠。在逆变电路和微处理机之间还包括一个过流保护电路，用于防止过电流损坏变频控制器。

由于采用上述方案，本实用新型有以下优点：

1.由于采用了微处理器控制的数字电路，容易实现晶体管的互锁，避免了晶体管的共同导通使得可靠性大大提高。

2.由于采用了电子膨胀阀，使得系统能在微处理器的控制下，大范围的调节阀的开度，使闭环控制成为可能。

3.由于安装了四只温度传感器，能够实时检测空调器的热力循环状态，能闭环控制在任何环境下的最佳能效比，季节性能效比大大提高，高效节电，并能根据温差和温度变化速率双参数调节空调器，减少了温度波动提高了舒适性。

4.由于采用了三相交流异步电机压压机或直流无刷电机，保证了大范围的调速和低速的高效率。

下面通过附图与实施例对本实用新型进一步详细说明。

图1是电子式膨胀阀的结构图。

图2是本实用新型节能空调器的制冷结构图。

图3是本实用新型空调器的调速控制器的电路原理图。

图4是三相异步电机逆变电路主回路图。

图5是逆变电路的驱动电路图。

图6是直流无刷电机逆变主回路图。

图7是电子式膨胀阀的驱动电路图。

图8是测温电图。

图9是保护电路。

图10是微处理机与波形发生器显示器电路图。

图中：1、2、4、9测温元件，3蒸发器，5电子膨胀阀，6变频压机，7冷凝器，8轴流风叶，10风叶电机，11调速器，12离心风叶，13电子膨胀阀步进电机定子，14电子膨胀阀步进电机转子，15电子膨胀阀阀体套，16阀杆，17阀体。

参见图1；在制冷系统中用电子膨胀阀5代替毛细管或双感温热力膨胀阀，电子膨胀阀5由步进电机和机械阀构成。步进电机由控制电路控制，工作于单双单拍方式，步进电机的转子14与阀杆16一体，阀杆16上带有外螺纹，阀体17上带有内螺纹，阀杆与阀体通过连接螺纹产生相对运动。调节阀的开度。

如图2所示；是制冷系统原理图，除电子膨胀阀6，其余部件均为已知技术。调速压缩机吸入蒸发的制冷剂并压缩，压缩机制冷剂在冷凝器中冷却为液体。液体经过电子膨胀阀5膨胀进入蒸发器，蒸发构成制冷循环，调速压缩机由微处理器控制的逆变电路控制电机的转速，调节所需制冷功率。微处理器控制电子膨胀阀的开度和风扇风速，使系统处于最优控制，效率最高，启动时软起动，然后以大功率运行达到设定温度，以小功率维持室内温度。由于使用了电子膨胀阀使得制冷状态建立快，制冷或升温速度快，同时微处理器速随时检测蒸发温度，过热温度，室外温度并与室内温度一起计算出阀的开度，以便保证在此功率和环境温度和工作温度下运行于最佳能效比状态，以达到最佳的季节性能效比，高效节电。

室内测温元件2安装在空调器上面板与蒸发器之间的室内空气吸入风道中，以准确测定室内空气温度，蒸发温度测温元件1安装在蒸发器的中间部位管线上以便测量制冷剂蒸发温度，过热温度测量元件4安装在蒸发器制冷剂出口处的管路上，测量制冷剂过热温度，室外测温元件9安装在空调器上室外空气吸入风道中以便能测量室外温度。

空调开机时以最大功率运行，并根据设定温度和随时检测室内实际温度计算出温差和温度变化速率由微处理器发出控制功率和风速信号，由波形

图3是调速控制器控制压缩机工作的原理图。用三相异步电机的压缩机或直流无刷电机的压缩机实现变频变容量的制冷系统。图中微处理器可采用CPUM6805R3单片机，温度测量电路测量室内温度，室外温度，制冷剂蒸发温度，过热温度，单牒同将这些温度与设定温度比较运算，根据温差和温度变化速率控制波形产生电路。当压缩机采用交流异步电机时产生正弦脉宽调压波形信号，当压缩机采用直流无刷电机时，发出直流电机无刷电子换向波形信号，和调压信号该信号送入驱动电路，由驱动电路驱动逆变电路，控制压缩机的电机调速，调功率。

220V    50Hz交流电源经过整流平波供给逆变电路，过流保护电路用于检测逆变器中的电流，当出现异常时保护逆变电路不受损坏，空调器面板上装有温度设定键，用于设定房间温度；定时设定键，用于控制开或关机时间或运行时间；功率设定键，用于控制空调器工作的最大功率值；风速设定键，用于控制冷风和热风的风速，以及显示选择键，可选择显示屏上显示；所设定的温度，实测温度和定时时间，功率或风速数据等参数值。微处理机除控制压缩机电机运行外，还控制风扇风速及节流阀的工作状态。图中波形发生电路可使用SLE／4520集成电路，发出正弦脉宽波形或直流换向波形。

图4是交流异步电机逆变器主回路图，其中R2、D2、C2用于消除电感性负载时的尖峰脉冲，保护功率晶体管不致击穿，这些组件的数值可实验调整，以功率晶体管不发热为限。图4中RO为过流取样电阻。

图5是逆变电路的驱动电路图，由PWM产生电路产生的脉宽调制信号经光电耦合器耦合后，传送到驱动电路，完成对逆变功率晶体管的整形及放大功能。

图6是直流无刷逆变主回路图。转子位置检测采用8901三相无刷电机控制器完成，无刷机三端子经转换接到8901输入。8901输出接到微处理器的中断入口，作为转子位置反馈信号，由微处理器控制斩波器和换向波形发生器。

图7是步进电机驱动电路图，其中ABCD接图＊的输出，驱动信号经BG1、BG2组成的达林顿放大和驱动步进电机。

微处理机根据投定温度和实测温度的差值和温差变化率进行判断，控制正弦脉宽波形发生器向逆变器发出一定电压和频率的控制信号，由逆变电路控制压缩机电机，从而达到任意调节压缩机功率的目的。其运行特征是以很小的电压和频率启动压缩机，避免了现有空调机开机时的大冲击电流，然后以一定的速度达到运行功率，达到设定温度之后以小功率运行以维持房间的温度。

总之，在制冷系统的控制电路中包括风机控制电路，压缩机控制逆变电路，波形产生电路，电子膨胀阀控制驱动电路，温度检测电路，直流无刷电机转子位置检测电路和微处理机电路。

图8是温度测量电路图，其中感温元件采用铂电阻，电阻值随温度变化，由运算放大器LM324放大后接到6805的A／D转换器经微处理机处理，再转化为温度值。图9是保护电路。当过流取样电阻压降大于0.7V可控硅导通，光电耦合4N25输出保护信号。图10是微处理机与波形发生器显示器电路图。图10为微处理机6805R3与波形发生器SLE4520，显示器的电路图，数码显示采用MAN81。

未详细说明的电路均为已知技术，故未多述。

微处理机电路通过温度测量电路测量室内温度、室外温度、制冷剂蒸发温度和过热温度，并检测设定温度，经过微处理器模糊运算，输出风速，压缩机转速，电子膨胀阀控制信号，压缩机转速信号控制波形发生器，波形发生器通过驱动电路控制逆变电路，实现调频调压调速，达到控制压缩机功率的目的。风速信号控制风速大小，电子膨胀阀控制信号通过阀驱动电路控制阀的开度，使整个制冷系统在任何天气、季节环境条件下，都工作在最优的匹配状态，而使效率最高，达到节电目的。可连续调节室内温度、温度波动很小，采用低频低压、低速启动，无普通空调器的突发性开关噪音到达设定温度后，且长期小功率维持室温，噪音小，温度波动小，效率高。

由于变频控制器采用了微处理机控制的数字电路芯片，产生的频率和电压信号开关速度高于现有的模拟电路，使得波形信号的前后沿开关速度很高，减小了驱动和功率输出过程中的功耗，实现了高稳定度的压频比。

Claims (3)

1、一种节能空调器，它是由压缩机、冷凝器、风扇电机、蒸发器和调速器组成的，调速器输出端电压加到压缩机上，用以控制压缩机工作，其特征在于：它还包括电子膨胀阀(5)，四个检测元件(1)、(2)、(4)、(9)；调速器由正弦脉宽波形或直流无刷换向波形发生电路和驱动电路和逆变电路构成：

a、电子膨胀阀(5)是由步进电机和与步进电机转轴相连、带有外螺纹的阀杆和带有内螺纹的阀体组成的，步进电机转子带动相连的阀杆，通过与阀体及阀杆的螺纹运动，调节阀的开度；

b、在空调器上装有4个测温元件(1)、(2)、(4)、(9)，其中测温元件(2)是测量室内温度，测温元件(9)是测量空外温度，装在空调器上室外、室内空气吸入风道中，测温元件(1)是安装于蒸发器中间部位测量蒸发温度，测温元件(4)是安装于蒸发器出口处，测量过热温度，它们分别与温度测量电路连接；

c、可变速压缩机采用三相异步电机或直流无刷电机的压缩机，实现变频、变容量；

d、调速器的正弦脉宽波形或直流无刷换向波形发生电路、驱动电路和逆变是路均受控于微处理器，微处理器对温度测量电路采集的室内温、制冷剂蒸发温度、过热温度、室外温度和设定温度进行模糊运算出温差和温度变化率，并转化为控制正弦脉宽波形、直流无刷换向波形发生电路，产生运转信号，经过光电耦合器送入驱动电路，驱动逆变电路的功率晶体管，控制压缩机的速度与功率变化；

e、使用直流无刷电机压缩机时，其特征是逆变器和整流器之间还包括一个斩波器，用来调节加到逆变器上的电压。

2、根据权利要求1所述的节能空调器，其特征是在直流无刷电机与微处理器之间还包括一个直流无刷电机转子位置检测电路，用于直流无刷电机的运行、检测、保证直流无刷电机运行可靠。

3、根据权利要求1所述的节能空调器，其特征是在逆变电路和微处理机之间还包括一个过流保护电路，用于防止过电流损坏变频控制器。

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