WO2013159461A1 - 一种电机及空调风机系统的恒风量控制方法 - Google Patents

一种电机及空调风机系统的恒风量控制方法 Download PDF

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motor
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胡戈
张先胜
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中山大洋电机股份有限公司
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure
    • F24F11/74—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling air flow rate or air velocity
    • F24F11/77—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure for controlling air flow rate or air velocity by controlling the speed of ventilators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the invention relates to a constant air volume control method for a motor and an air conditioner fan system.
  • Static pressure tends to change over time, for example, due to fouling of the pipeline or clogging of the filter. Static pressure is also often higher than the standard static pressure of the nominal laboratory of the manufacturer's laboratory due to the different installation of the pipe. Constant air volume control provides a constant airflow to the user under these conditions, maintaining comfortable ventilation, cooling or heating under a wide range of static pressure conditions.
  • One object of the present invention is to provide a constant air volume control method for a motor which has high efficiency, high speed, high control precision, simple and convenient mathematical model for air volume calculation, low implementation cost, and can be automatically adapted to a wide range of static pressure.
  • a constant air volume control method for a motor comprising the following steps: Step 1) Firstly, test the relationship between the air volume and the torque of a certain fan system at multiple speeds in constant speed mode, and establish a function relationship between the calculated wind volume at any torque and speed.
  • Q F ( T, n, V ), where Q is the air volume, T is the torque, ! ! Is the speed, V is the adjustment factor, and multiple speed segments have a corresponding adjustment coefficient V, which is input into the microprocessor of the motor controller;
  • Step 2) The microprocessor of the motor controller accepts the externally input target air volume Qw; Step 3) The motor controller controls the motor to start, so that the motor reaches a certain speed and enters the steady state; Step 4) Record the steady-state torque T at this time And the rotation speed n, and obtain the adjustment coefficient V at the rotation speed n by the look-up table method, and then calculate the air volume Q under the steady state according to the equation in the step 1. ;
  • Step 5) The microprocessor of the motor controller compares the target air volume Q ref with the calculated air volume Q. If the target air volume Q f is equal to or equal to the calculated air volume Qc, the motor maintains the current speed to enter the steady state operation and records the torque T in the steady state; if the target air volume Q ief is greater than the calculated air volume Qc, the motor controller increases the speed n, If the target air volume Q f is less than the calculated air volume Qc, the microprocessor of the motor controller reduces the speed n; Step 6) After the motor adjusts the speed to enter the steady state, re-record the steady-state torque T after lifting or reducing the speed, and check again The table obtains the V value at the new speed and then recalculates the air volume Q. ;
  • Step 7) Repeat steps 5 and 6 until the air volume Q is calculated. Equal to or equal to the target air volume Q ref , stop adjusting the speed, the motor enters the steady state, and record the torque T at the steady state.
  • Step 7) described above is followed by step 8). If the external system changes, the torque and the output air volume change, and the motor controller can know by comparing the new steady-state torque with the torque in step 5 or step 7. The output air volume has changed, repeat steps 4, 5, 6, and 7.
  • n base ranges between 30% n max and 80% n max , where n max is the maximum rotational speed of the motor.
  • the above-mentioned functional relationship F ( ⁇ , n, V) has an adjustment coefficient V value varying between 0.1 and 2. Calculate the air volume as described in steps 5 and 7) above. Equal or equivalent to the target air volume, the calculated air volume within the target wind volume error window, the target air volume (the error window is generally in the range of 1% to 2%.
  • the above-mentioned functional relationship F ( ⁇ , n, V) is obtained by using the raw data of the base speed n base and the torque and air volume parameters under different external static pressures at other rotational speeds, and mounting the motor on the wind wheel. Put it in an air-conditioning device, set the motor to work at constant speed. In the range not greater than the maximum speed, select the value of multiple speeds including the reference speed to make the motor work at each speed, and change the system in turn.
  • the external static pressure is used to collect the raw data including the torque and air volume parameters.
  • Step 3 The motor controller accepts the externally input target air volume Qnd f ;
  • Step 4) The motor controller controls the motor to start, so that the motor reaches a certain speed and enters the steady state;
  • Step 5) Record the steady-state torque T and the speed n at this time, and obtain the adjustment coefficient V at the speed n by the look-up table method. Then, the air volume Q at the steady state is calculated according to the equation in step 1. ;
  • Step 6) The microprocessor of the motor controller compares the target air volume Q grasp f with the calculated air volume Q. If the target air volume Q grasp f is equal to or equal to the calculated air volume Qc, the motor maintains the current speed to enter steady state operation and records the steady state. The lower torque T; if the target air volume Q grasp f is greater than the calculated air volume Q, the motor controller increases the speed n, if the target air volume Q grasp f is less than the calculated air volume Qc, the microprocessor of the motor controller reduces the speed n;
  • Step 7) After the motor has entered the steady state after adjusting the speed, re-record the steady torque T after lifting or reducing the speed, and check the table again to obtain the V value at the new speed, and then recalculate the air volume Q. ;
  • Step 8) Repeat steps 6 and 7 until the air volume Q is calculated. Equal to or equal to the target air volume Q ref , stop adjusting the speed, the motor enters the steady state, and record the torque T at the steady state.
  • step 9) is also provided. If the external system changes, the torque and the output air volume change, and the motor controller can know by comparing the new steady-state torque with the torque in step 6 or step 8. The output air volume has changed. Repeat steps 5, 6, 6, and 8.
  • n base nx V nx V The reference rotational speed n base described above ranges between 30% n max and 80% n max , where n max is the maximum motor speed.
  • the value of the adjustment coefficient V in the above-mentioned functional relationship Q F ( ⁇ , n, V) varies between 0.1 and 2.
  • the invention has the following advantages: 1) by setting the motor in the constant speed working mode, in a range not greater than the maximum speed, selecting a plurality of speed values including the reference speed, so that the motor is in each The speed works, and sequentially changes the external static pressure of the system, to collect the original data including the torque and air volume parameters, and obtain a comparison table of the corresponding adjustment coefficient V at different speeds, using the torque at different rotational speeds under different external static pressure conditions.
  • Figure 2 is a control flow chart of the air conditioning system of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of the present invention.
  • Figure 4 is a fitting curve of measurement data of a certain load on the present invention.
  • Figure 5 is a partial control flow diagram of the present invention.
  • an air blowing system such as a gas stove or an air handler
  • the figure is replaced by "motor + wind wheel", and there is an air filter in the pipe.
  • the motor starts, the air blows. Since the number of air outlets and air inlets is related to the number of rooms, there is no uniform standard for the design of the pipeline.
  • the filter may have different pressure drops, resulting in a conventional single-phase AC motor.
  • the blast system of the PSC motor is in different pipes, and the actual air volume will be different.
  • the present invention uses an ECM motor (electronic commutating motor) to drive the wind wheel to rotate.
  • the ECM motor includes a motor controller that communicates with the air conditioning system controller, such as an air conditioning system control.
  • the device sends the target air volume to the motor controller, and the motor controller controls the motor to drive the wind wheel to operate, and the target air volume is constantly output, which is equivalent to the constant air volume control.
  • the air conditioning system controller inputs a target air volume Q ref to the microprocessor of the motor controller.
  • the motor controller includes a sensor, a microprocessor and a power inverter module, and the sensor rotates the motor speed signal RPM and the current signal I. d .
  • Input to the microprocessor, the P medical signal output by the power inverter module is also sent to the microprocessor for processing.
  • the comparison table of V is input into the microprocessor of the motor controller in advance, and the microprocessor compares the target air volume Q ief with the calculated air volume Q.
  • the target air volume Q f is a fixed value, but in the microprocessor, when the program adjusts Qc to the target air volume Q f error window, it is determined that the requirement is met and the adjustment is stopped. The advantage of this is to prevent the small disturbance. Repeated adjustments can not achieve a stable air volume.
  • the error window of the target air volume Q f is generally in the range of 1% to 2%.
  • a constant air volume control method for an air conditioning fan system includes a motor and a wind wheel
  • the motor includes a motor controller, a stator assembly and a rotor assembly, and the method includes the following steps:
  • Step 1) Set the motor to work in the constant speed mode. In the range not greater than the maximum speed, select the value of multiple speeds including the reference speed to make the motor work at each speed and change the external static pressure of the system in turn. , to collect the raw data including the torque and air volume parameters;
  • Step 3 The motor controller accepts the externally input target air volume Q ref ;
  • Step 4) The motor controller controls the motor to start, so that the motor reaches a certain speed and enters the steady state;
  • Step 5) Record the steady-state torque T and the speed n at this time, and obtain the adjustment coefficient V at the speed n by the look-up table method. Then, the air volume Q at the steady state is calculated according to the equation in step 1. ;
  • Step 6) The microprocessor of the motor controller compares the target air volume Q ref with the calculated air volume Q. If the target air volume Q f is equal to or equal to the calculated air volume Qc, the motor maintains the current speed to enter the steady state operation and records the The torque T in steady state; if the target air volume Q ief is greater than the calculated air volume Qc, the motor controller increases the speed n, if the target air volume Q f is less than the calculated air volume Qc, the microprocessor of the motor controller reduces the speed n;
  • Step 7) After the motor has entered the steady state after adjusting the speed, re-record the steady torque T after lifting or reducing the speed, and check the table again to obtain the V value at the new speed, and then recalculate the air volume Q. ;
  • Step 8) Repeat steps 6 and 7 until the air volume Q is calculated. Equal to or equal to the target air volume Q ref , stop adjusting the speed, the motor enters the steady state, and record the torque T at the steady state. After step 8) described above, step 9) is further provided. If the external system changes, the torque and the output air volume change, and the motor controller compares the new steady-state torque with the new steady-state torque and step 6 or step 8. The torque can be known that the output air volume has changed. Repeat steps 5, 6, 6, and 8. The function of calculating the air volume described above is: nxV . _ n x
  • n bass ranges between 30% n max and 80% n max , where n max is the maximum rotational speed of the motor.
  • Equal to or equal to the target air volume Q ref the calculated air volume Qc is within the target air volume Q ref error window, and the error window of the target air volume Q ref is generally in the range of 1% to 2%.
  • the motor controller according to the above step 6) raises or reduces the rotation speed n , mainly refers to increasing or decreasing in steps of at least 1% n max at a time of the rotation speed n in the step 6), or allowing the new rotation speed to be made.
  • Current speed X target air volume (W current calculated air volume Q c ).
  • the motor output torque (ie the fan input torque) is proportional to the square of the speed
  • n is the motor speed
  • Q is the air volume
  • P is the external air pressure rise of the fan
  • T is the output torque of the motor, which is the input torque of the fan.
  • V value varies from 0.1 to 2.
  • the principle of selection is to make the air volume value calculated from the above formula equal or close to the actual test value, as shown in Table 1 is the V value table of a load.
  • Table 1 shows the values of the corresponding adjustment factors V when the rotational speeds are 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200 RPM, respectively. Under other unmeasured rotational speed conditions, the V value can be from the adjacent two rotational speeds. The associated V value is obtained by linear interpolation calculation.
  • the above calculation formula is based on the assumption that a reference rotational speed n base is selected, and the relationship between the air volume and the torque at the rotational speed is derived. From the perspective of guaranteeing calculation accuracy and simplifying the calculation, this function can be linear.
  • the experimental data shows that if a higher-order function is used to describe the relationship between the wind volume and the moment, the problem of "over-curve fitting" will occur, that is, the calculation amount is far increased and the fitting accuracy is not improved.
  • the adjustment factor V value is also different. Therefore, it is necessary to set the motor to operate at a constant speed. In a range not greater than the maximum speed, select a value of a plurality of speeds n including the reference speed, so that the motor operates at each speed n, and sequentially changes the system.
  • External static pressure to collect the raw data measurement including torque and air volume parameters.
  • test results of part of the original data of a load are shown in Table 2 below.
  • the corresponding adjustment coefficient V at different speeds shown in Table 1 is obtained from the original data.
  • the selected one is the air volume value calculated from the above formula and the actual test. The values are equal or similar.
  • Step 2 The air conditioning system controller inputs the target air volume Q f to the microprocessor of the motor controller; Step 3 to Step 8 are shown in Figure 5, Step 3) The motor controller controls the motor to start, so that the motor reaches a certain speed and Entering the steady state; Step 4) Record the steady-state torque T and the rotational speed n at this time, and obtain the adjustment coefficient V at the rotational speed by the look-up table method, and then calculate the air volume Qc under the steady state according to the equation in the step 1.
  • Step 5 The microprocessor of the motor controller compares the target air volume Q ref with the calculated air volume Qc, if the target The air volume Q f and the air volume Q are calculated. Equal or equivalent, the motor maintains the current speed to enter steady state operation and records the torque T in the steady state; if the target air volume Q ref is greater than the calculated air volume Q. , the motor controller increases the speed n, if the target air volume Q f is less than the calculated air volume Qc, the microprocessor of the motor controller reduces the speed n;
  • Step 6 After the motor has entered the steady state after adjusting the speed, re-record the steady torque T after lifting or reducing the speed, and check the table again to obtain the V value at the new speed, and then recalculate the air volume Q. ;
  • Step 7) Repeat steps 4 and 5 until the air volume Q is calculated. Equal to or equal to the target air volume, stop adjusting the speed, the motor enters the steady state, and record the torque T in the steady state.
  • Step 7) is also set after step 7) described above. If the external system changes, the torque and the output air volume change. At this time, the motor controller can know by comparing the new steady-state torque with the torque in step 5 or step 7. The output air volume has changed, repeat steps 4, 5, 6, and 7.

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Abstract

一种电机的恒风量控制方法，先建立风量的函数关系Q=F（T，n，V），多个转速段都有一个对应的调整系数V，电机控制器的微处理器接受外部输入的目标风量Qref并在一定的转速n下启动电机，使电机进入稳态，记录这时候的稳态力矩T，并计算出该稳态下的风量Qc，比较目标风量Qref与计算风量Qc，若两者相等或相当，则电机维持当前转速进入稳态；若两者不相等或不相当，则电机提升或减少转速n；电机经调整转速进入稳态后，重新记录该调整转速下的稳态力矩T，并计算风量Qc和比较目标风量Qref，直到计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当，电机进入稳态。该控制方法控制精度高、风量计算数学模型简单便捷，实施成本低，可以自动适应在广泛的静压范围。

Description

一种电机及空调风机系统的恒风量控制方法
技术领域
本发明涉及一种电机及空调风机系统的恒风量控制方法 。
背景技术
在家用空调的室内通风管道里， 静压往往随着时间的流逝而变化， 比如因 为管道积灰或者过滤器堵塞。静压也因为管道的安装不同而往往高于厂商实验 室的标称系统时的标准静压。恒风量控制可以在这些情况下给用户带来恒定的 风量， 从而在广泛的静压条件下维持舒适的通风， 制冷或制热的效果。
为了实现恒风量控制，一些技术方案釆用直接安装风量计，不仅提高成本, 还带来潜在的因为风量计失效导致控制失败的风险。当前空调厂商大多釆用无 风量计的恒风量控制方法。
另外，一些技术方案要监视静压的变化来调速，如： 美国专利 US 4806833 , 通过检测静压来调整转速， 达到恒风量的目的。 美国专利 US201000298993A1 , 通过直接测量外部静压来决定风量， 这需要事先把静压与风量的关系测量出 来， 电机力矩然后通过在指定风量下对应的静压来计算。 监视静压的变化来调 速， 有的计算公式设计到对数计算或者高阶多项式， 这需要电机控制器的微处 理器 MCU具有较强大的计算能力， 进一步提高了成本。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电机的恒风量控制方法，该方法效率高、速 度快、 控制精度高、 风量计算数学模型简单便捷， 实施成本低， 可以自动适应 在广泛的静压范围。
本发明的电机的恒风量控制方法的技术方案如下：
一种电机的恒风量控制方法， 它包括如下步骤过程： 步骤 1 )先通过实验， 在恒转速模式下测试某个风机系统在多个转速下， 风量与力矩的关系， 从而建立任意力矩和转速下计算风量的函数关系 Q=F ( T, n, V)，其中 Q是风量， T是力矩， ！！是转速， V是调整系数， 多个转速段都有 一个对应的调整系数 V, 并输入到电机控制器的微处理器里面；
步骤 2 ) 电机控制器的微处理器接受外部输入的目标风量 Qw; 步骤 3 ) 电机控制器控制电机启动， 使电机达到一定转速并进入稳态； 步骤 4 )记录这时候的稳态转矩 T和转速 n, 并通过查表法获得该转速 n 下的调整系数 V, 然后根据步骤 1里的方程计算出该稳态下的风量 Q。；
步骤 5 )电机控制器的微处理器比较目标风量 Qref与计算风量 Q。， 若目标风 量 Q f与计算风量 Qc相等或相当， 则电机维持当前转速进入稳态工作并记录该 稳态下的力矩 T; 若目标风量 Qief大于计算风量 Qc, 电机控制器提升转速 n, 若目标风量 Q f少于计算风量 Qc, 电机控制器的微处理器减少转速 n; 步骤 6 ) 电机经调整转速进入稳态后， 重新记录提升或者减少转速后的稳 态力矩 T, 并再次查表获取新转速下的 V值， 然后重新计算风量 Q。；
步骤 7)重复步骤 5和步骤 6, 直到计算风量 Q。与目标风量 Qref相等或相当， 停止调整转速，电机进入稳态， 同时记录该稳态下的力矩 T。
上述所述的步骤 7)后面还有步骤 8 ), 如果外部系统发生改变， 导致力矩和 输出风量变化，这时电机控制器通过比较新的稳态力矩和步骤 5或步骤 7里的 力矩可以知道输出风量已经发生了变化， 重复步骤 4、 步骤 5、 步骤 6和步骤 7。
上述的计算风量的函数是：
Figure imgf000004_0001
ntase 或者釆用
Q = c0 x + cl x T x
Figure imgf000005_0001
上述所述的基准转速 nbase的范围在 30%nmax到 80%nmax之间， 其中 nmax是电机 最大转速。
上述所述函数关系 =F ( Τ, n， V)中调整系数 V值在 0. 1到 2之间变化。 上述所述步骤 5和步骤 7)所述的计算风量 。与目标风量 相等或相当， 指计算风量 在目标风量 士误差窗口之内， 目标风量（ 的误差窗口一般 在 1%到 2%范围内。
上述所述步骤 5)所述的电机控制器提升或减少转速 n, 主要指在步骤 5)所述 转速 n下按每次至少 l%nmax的步长顺序提升或减少， 或者可以让新转速 =当前 转速 X 目标风量 当前计算风量
上述所述的函数关系 =F ( Τ, n, V) 是利用基准转速 nbase和其他转速下的 不同外部静压情况下力矩和风量参数的原始数据来获得的，将电机安装在风轮 上放在一个空调设备里面， 设置好电机在恒转速工作状态， 在不大于最大转速 的范围内， 选择包括基准转速在内的多个转速的值， 使电机在每个转速工作， 并依次改变系统的外部静压， 来釆集包括力矩， 风量参数的原始数据。
本发明的空调风机系统的恒风量控制方法的技术方案如下：
一种空调风机系统的恒风量控制方法，所述的空调风机系统包括电机和风 轮，所述的电机包括电机控制器、定子组件和转子组件，它包括如下步骤过程： 步骤 1 )设置好电机在恒转速工作模式， 在不大于最大转速的范围内， 选择包括基准转速在内的多个转速的值， 使电机在每个转速工作， 并依次改变 系统的外部静压， 来釆集包括力矩， 风量参数的原始数据； 步骤 2)在电机控制器的微处理器里面建立计算风量的函数关系 Q=F (T, n, V), 其中 Q是风量， T是力矩， ！！是转速， V是调整系数， 多个转速段都有 一个对应的调整系数 V, 并输入到电机控制器的微处理器里面；
步骤 3) 电机控制器接受外部输入的目标风量 Q„f;
步骤 4) 电机控制器控制电机启动， 使电机达到一定转速并进入稳态； 步骤 5)记录这时候的稳态转矩 T和转速 n, 并通过查表法获得该转速 n 下的调整系数 V, 然后根据步骤 1里的方程计算出该稳态下的风量 Q。；
步骤 6)电机控制器的微处理器比较目标风量 Q„f与计算风量 Q。， 若目标风 量 Q„f与计算风量 Qc相等或相当， 则电机维持当前转速进入稳态工作并记录该 稳态下的力矩 T; 若目标风量 Q„f大于计算风量 Q。， 电机控制器提升转速 n, 若目标风量 Q„f少于计算风量 Qc, 电机控制器的微处理器减少转速 n;
步骤 7) 电机经调整转速进入稳态后， 重新记录提升或者减少转速后的稳 态力矩 T, 并再次查表获取新转速下的 V值， 然后重新计算风量 Q。；
步骤 8)重复步骤 6和步骤 7, 直到计算风量 Q。与目标风量 Qref相等或相当， 停止调整转速， 电机进入稳态， 同时记录该稳态下的力矩 T。
上述所述的步骤 8)后还设置步骤 9) , 如果外部系统发生改变， 导致力矩 和输出风量变化， 这时电机控制器通过比较新的稳态力矩和步骤 6 或步骤 8 里的力矩可以知道输出风量已经发生了变化， 重复步骤 5、 步骤 6、 步骤 7和 步骤 8。
上述所述的计算风量的函数是：
base
Q - cOx + clx x
n base nxV 或者釆用
Figure imgf000007_0001
nbase n x V n x V 上述所述的基准转速 nbase的范围在 30%nmax到 80%nmax之间， 其中 nmax是电机 最大转速。 上述所述函数关系 Q=F ( Τ, n， V)中调整系数 V值在 0. 1到 2之间变化。 上述所述步骤 5和步骤 7)所述的计算风量 Q。与目标风量 Q„f相等或相当， 指计算风量 Qc在目标风量 Q„f士误差窗口之内， 目标风量（ ^的误差窗口一般 在 1%到 2%范围内。 上述所述步骤 6)所述的电机控制器提升或减少转速 n, 主要指在步骤 6)所 述转速 n下按每次至少 l%nmax的步长顺序提升或减少， 或者可以让新转速 =当 前转速 X (目标风量 Q«f/当前计算风量 Qc)。 本发明与现有技术相比具有如下优点： 1 )通过设置好电机在恒转速工作 模式， 在不大于最大转速的范围内， 选择包括基准转速在内的多个转速值， 使 电机在每个转速工作， 并依次改变系统的外部静压， 来釆集包括力矩， 风量参 数的原始数据， 获得不同转速下对应的调整系数 V的对照表，利用在不同转速 在不同外部静压情况下力矩和风量参数的原始数据，得到计算风量的函数关系 Q=F ( Τ, n, V)，计算风量的数学模型只有一阶或二阶的函数， 非常简单， 简化 计算， 效率高、 响应速度快、 控制精度高、 实施成本低； 经过大量试验测试， 风量控制误差在 0. 5%-5%的范围， 具有良好应用前景； 2)本发明方法可以适应 在广泛的静压范围， 风量计算与系统外部静压无关， 从而简化产品结构， 降低 成本。 附图说明： 图 i是传统的空调风机系统的结构示意图；
图 2是本发明的空调系统的控制流程图；
图 3是本发明的原理框图；
图 4是本发明在某台负载上的测量数据的拟合曲线图；
图 5是本发明的部分控制流程图。
具体实施方式：
如图 1所示， 在一个典型的空调通风管道里， 安装了一个鼓风系统 （如 燃气炉或空气处理机）， 图中以 "电机 +风轮" 代替， 管道里还有空气过滤器， 电机启动时开始鼓风， 由于出风口和入风口的数量与房间数有关， 管道的设计 也没有统一的标准， 同时过滤器也可能有不同的压降， 导致搭载传统的单相交 流电机一-PSC电机的鼓风系统在不同的管道里， 实际的风量会不同。
如图 2所示，本发明釆用一台 ECM电机（电子换向电机）来带动风轮转动， ECM电机含有电机控制器， 该电机控制器与空调系统控制器进行连接通信， 例 如空调系统控制器将目标风量发送到电机控制器，电机控制器控制电机带动风 轮运转， 恒定输出目标风量， 相当于恒风量控制。
如图 3所示，空调系统控制器向电机控制器的微处理器输入目标风量 Qref， 电机控制器包括传感器、微处理器和功率逆变模块，传感器将电机的转速信号 RPM、 电流信号 Id。输入到微处理器， 功率逆变模块输出的 P醫信号也送到微处 理器处理， 函数关系 Q=F ( T, n, V)涉及到的各系数， 包括不同工作转速下对 应的调整系数 V的对照表， 预先输入到电机控制器的微处理器里面，微处理器 比较目标风量 Qief与计算风量 Q。， 调整输出信号， 以转速为受控量来间接的控 制风量。 若目标风量 Q f大于计算风量 Qc , 电机控制器提升输出转速 n; 若目 标风量 Q f少于计算风量 Qc , 电机控制器的微处理器减少输出转速 n, 电机进 入稳态后， 重新记录提升或者减少转速下的稳态转矩 τ, 电机控制器通过查表 法重新查找对应的调整系数 V, 重新计算测量风量 Q。， 直到测量风量 Qc与目标 风量 Q f相当， 停止调整转速， 电机进入稳态， 即恒风量状态。 目标风量 Q f 是一个固定值， 只不过微处理器里面， 当程序调节 Qc到目标风量 Q f士误差窗 口之内， 即认定达到要求而停止调节， 这样做的好处是防止因为微小扰动带来 的反复调节而无法达到稳定的风量。 目标风量 Q f的误差窗口一般在 1%到 2% 范围内。
本发明的空调风机系统的恒风量控制方法的技术方案如下：
本发明的一种空调风机系统的恒风量控制方法， 所述的空调风机系统包括 电机和风轮， 所述的电机包括电机控制器、 定子组件和转子组件， 它包括如下 步骤过程：
步骤 1 )设置好电机在恒转速工作模式， 在不大于最大转速的范围内， 选 择包括基准转速在内的多个转速的值，使电机在每个转速工作， 并依次改变系 统的外部静压， 来釆集包括力矩， 风量参数的原始数据；
步骤 2 )在电机控制器的微处理器里面建立计算风量的函数关系 Q=F ( T, n, V) , 其中 Q是风量， T是力矩， ！！是转速， V是调整系数， 多个转速段都有 一个对应的调整系数 V, 并输入到电机控制器的微处理器里面；
步骤 3 ) 电机控制器接受外部输入的目标风量 Qref ;
步骤 4 ) 电机控制器控制电机启动， 使电机达到一定转速并进入稳态； 步骤 5 )记录这时候的稳态转矩 T和转速 n , 并通过查表法获得该转速 n 下的调整系数 V, 然后根据步骤 1里的方程计算出该稳态下的风量 Q。；
步骤 6 )电机控制器的微处理器比较目标风量 Qref与计算风量 Q。， 若目标风 量 Q f与计算风量 Qc相等或相当， 则电机维持当前转速进入稳态工作并记录该 稳态下的力矩 T; 若目标风量 Qief大于计算风量 Qc, 电机控制器提升转速 n, 若目标风量 Q f少于计算风量 Qc, 电机控制器的微处理器减少转速 n;
步骤 7) 电机经调整转速进入稳态后， 重新记录提升或者减少转速后的稳 态力矩 T, 并再次查表获取新转速下的 V值， 然后重新计算风量 Q。；
步骤 8)重复步骤 6和步骤 7, 直到计算风量 Q。与目标风量 Qref相等或相当， 停止调整转速， 电机进入稳态， 同时记录该稳态下的力矩 T。 上述所述上述所述的步骤 8)后还设置步骤 9) , 如果外部系统发生改变， 导致力矩和输出风量变化， 这时电机控制器通过比较新的稳态力矩和步骤 6 或步骤 8里的力矩可以知道输出风量已经发生了变化， 重复步骤 5、 步骤 6、 步骤 7和步骤 8。 上述所述计算风量的函数是： nxV . _ nx
Q = cOx + cl x x base
n base nxV 或者釆用
Q = cOx + clxTx
Figure imgf000010_0001
上述所述的基准转速 nbass的范围在 30%nmax到 80%nmax之间， 其中 nmax是电机 最大转速。
上述所述函数关系 Q=F (Τ, n， V)中调整系数 V值在 0.1到 2之间变化。 上述所述步骤 5和步骤 7)所述的计算风量 Q。与目标风量 Qref相等或相当， 指计算风量 Qc在目标风量 Qref士误差窗口之内， 目标风量 Qref的误差窗口一般 在 1%到 2%范围内。 上述所述步骤 6)所述的电机控制器提升或减少转速 n, 主要指在步骤 6) 所述转速 n下按每次至少 l%nmax的步长顺序提升或减少， 或者可以让新转速 = 当前转速 X (目标风量 (W当前计算风量 Qc)。
下面是函数关系 Q=F (T, n，V)的推导过程， 风扇定律指出， 在一定条件下，
• 风量与转速成正比；
• 风扇外部气压与转速平方成正比；
• 电机输出力矩 （即风扇输入力矩） 与转速平方成正比；
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0003
其中， n是电机转速， Q是风量， P是风扇的外部气压升， T是电机的输出 力矩， 也就是风扇的输入力矩。
为了推导方便， 把基准转速下的风量 -力矩关系式记为： 二
Figure imgf000011_0004
cO + cl X Γ 或者 （如果用二次多项式的话）
Qequiv =c0^clxT^c2xT2
从上面的公式， 结合风扇定律， 我们可以进一步推导出在任意转速下， 力 矩和风量的关系。 为了做到这一点， 我们需要推导出在" = 时的等效力 矩， 然后把风量根据风扇定律折算到新的转速下： Π base \ 1
n 把这个关系式代入到基准转速下的方程， 如果用线性关系式， 得出
n n n
Q(T,n) = Ql base X cO + cl T (^^y x- n base n n base
如果用二次多项式.
n n
Q(T,n) = Qba cO + clxrx(-^) +c2xT2 x(-2^) x
n base n n n base 数 。 调整后的公式如下: 如果用线性关系式, nxV η
Q = cOx + cl x x base base nxV 如果用二次多项式,
Figure imgf000012_0001
n ■base nxV nxV 这个调整系数 V值在 0.1到 2之间变化，选取的原则是让从上式计算出来 的风量值与实际测试值相等或相近， 如表 1是某负载的 V值表，表 1中记载了 转速分别为 500、 600、 700、 800、 900、 1000、 1100、 1200RPM时对应的调整 系数 V的值， 在其他未测量的转速工况下， V值可由邻近的两个转速所属的 V 值来线性插值计算获得。
Figure imgf000012_0002
表 1 某负载的 V值表
上述的计算式是以选定一个基准转速 nbase为前提，从而推导出该转速下的 风量与力矩的函数关系式。 从保证计算精度， 并简化计算量的角度来看， 这个 函数既可以是线性的，
Figure imgf000013_0001
也可以是二次多项式
Q . =cO + clxr + c2xT2
实验数据表明，如果用更高阶的函数来描述风量与力矩的关系会产生"过 度曲线拟合" 的问题， 即计算量远远增大而拟合精度并未提高的现象。 有了这 个函数， 可以进一步推导在其他任意力矩和转速下， 风量的计算函数 Q=F (T, n, V)。 在不同的转速下， 调整系数 V值也不同。 因此， 需要设置好电机在恒 转速工作状态， 在不大于最大转速的范围内， 选择包括基准转速在内的多个转 速 n的值， 使电机在每个转速 n下工作， 并依次改变系统的外部静压， 来釆集 包括力矩， 风量参数的原始数据测量。 某负载的部分原始数据的测试结果如下 表 2所示， 通过原始数据得到表 1所示的不同转速下对应的调整系数 V，其选 、则是让从上式计算出来的风量值与实际测试值相等或相近。
转速 n (RPM) 静压 （Pa) 实测风量 Q (CFM) 力矩（Oz-ft)
1200 262.5 1254.0 44.70
1200 275 1204.7 44.17
1200 287.5 1134.1 41.19
转速 n (RPM) 静压 (Pa) 实测风量 Q (CFM) 力矩（Oz-ft)
1000 50 1566.7 49.41
1000 75 1490.8 45.91
1000 100 1409.7 42.13 转速 n (RPM) 静压 (Pa) 实测风量 Q (CFM) 力矩（Oz-ft)
900 25 1446.7 38.79
900 50 1362.5 35.43
900 75 1272.8 32.03 表 2 某负载的部分原始数据 下面举例说明恒风量的控制过程： 步骤 1 )获取以上表为例的原始数据后， 选定基准转速 n = 900RPM, 利用 力矩 T和实测风量 Q的数据进行绘图做曲线拟合，建立计算风量在基准转速下 的的函数关系 Qbase=F (T) , 这里以基准转速下的二次方多项式为例：
Figure imgf000014_0001
绘制成图像如图 4所示。 于是可以按照曲线拟合的方法获得三个风量系数 c。, Cl, c2。 然后在原始数据的基础上， 按照 "选择 V值使计算风量的结果与实测 风量的结果相等或相近" 为原则确定所有转速下的 V值， 如表 1所示。 这时, 任意转速与力矩下的风量函数关系式 Q=F (Τ, n, V)可以确定如下：
Q = c x
Figure imgf000014_0002
n base nxV nxV 其中 Q是风量 (CFM), T是力矩（0Z-ft), n是转速 (RPM), V是调整系数如表 1 所示， 并预先输入到电机控制器的微处理器里面； 步骤 2 ) 空调系统控制器向电机控制器的微处理器输入目标风量 Q f; 步骤 3至步骤 8的见图 5所示， 步骤 3) 电机控制器控制电机启动， 使电机达到一定转速并进入稳态； 步骤 4)记录这时候的稳态转矩 T和转速 n, 并通过查表法获得该转速下 的调整系数 V, 然后根据步骤 1里的方程计算出该稳态下的风量 Qc; 步骤 5 ) 电机控制器的微处理器比较目标风量 Qref与计算风量 Qc, 若目标 风量 Q f与计算风量 Q。相等或相当， 则电机维持当前转速进入稳态工作并记录 该稳态下的力矩 T; 若目标风量 Qref大于计算风量 Q。， 电机控制器提升转速 n, 若目标风量 Q f少于计算风量 Qc , 电机控制器的微处理器减少转速 n;
步骤 6 ) 电机经调整转速进入稳态后， 重新记录提升或者减少转速后的稳 态力矩 T, 并再次查表获取新转速下的 V值， 然后重新计算风量 Q。；
步骤 7) 重复步骤 4和步骤 5 ,直到计算风量 Q。与目标风量 相等或相当， 停止调整转速，电机进入稳态， 同时记录该稳态下的力矩 T。
上述所述的步骤 7)后还设置步骤 8) , 如果外部系统发生改变， 导致力矩 和输出风量变化， 这时电机控制器通过比较新的稳态力矩和步骤 5 或步骤 7 里的力矩可以知道输出风量已经发生了变化， 重复步骤 4、 步骤 5、 步骤 6和 步骤 7。

Claims

权利要求
1、 一种电机的恒风量控制方法， 其特征在于： 它包括如下步骤过程：
步骤 1 )先通过实验， 在恒转速模式下测试某个风机系统在多个转速下， 风量与力矩的关系， 从而建立任意力矩和转速下计算风量的函数关系 Q=F ( T, n, V)，其中 Q是风量， T是力矩， ！！是转速， V是调整系数， 多个转速段都有 一个对应的调整系数 V, 并输入到电机控制器的微处理器里面；
步骤 2 ) 电机控制器的微处理器接受外部输入的目标风量 Qw;
步骤 3 ) 电机控制器控制电机启动， 使电机达到一定转速并进入稳态； 步骤 4 )记录这时候的稳态转矩 T和转速 n , 并通过查表法获得该转速 n 下的调整系数 V, 然后根据步骤 1里的方程计算出该稳态下的风量 Q。；
步骤 5 )电机控制器的微处理器比较目标风量 Qref与计算风量 Q。， 若目标风 量 Q f与计算风量 Qc相等或相当， 则电机维持当前转速进入稳态工作并记录该 稳态下的力矩 T; 若目标风量 Qief大于计算风量 Qc , 电机控制器提升转速 n , 若目标风量 Q f少于计算风量 Qc , 电机控制器的微处理器减少转速 n;
步骤 6 ) 电机经调整转速进入稳态后， 重新记录提升或者减少转速后的稳 态力矩 T, 并再次查表获取新转速下的 V值， 然后重新计算风量 Q。；
步骤 7)重复步骤 5和步骤 6 , 直到计算风量 Q。与目标风量 Qr ef相等或相当， 停止调整转速，电机进入稳态， 同时记录该稳态下的力矩 T。
2、 根据权利要求 1 所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在于：步骤 7)后面还有步骤 8 ), 如果外部系统发生改变， 导致力矩和输出风量变化， 这 时电机控制器通过比较新的稳态力矩和步骤 5或步骤 7里的力矩可以知道输出 风量已经发生了变化， 重复步骤 4、 步骤 5、 步骤 6和步骤 7。
3、 根据权利要求 1所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在于： 计算风 量的函数是： base
Q = cOx^ + clxTx n
n base nxV 或者釆用
Q = cOx + clxTx
Figure imgf000017_0001
系数 c。， c^P c2是通过在基准转速 nbase, 不同外部静压情况下根据力矩和风量 参数的原始数据通过曲线拟合的方法来获得。
4、 根据权利要求 3所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在于： 上述 所述的基准转速 nbase的范围在 30%nmax到 80%nmax之间，其中 nmax是电机最大转速。
5、 根据权利要求 1、 2或 3所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在 于： 函数关系 Q=F (T, n， V)中调整系数 V值在 0.1到 2之间变化。
6、 根据权利要求 1、 2或 3所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在 于： 步骤 5和步骤 7)所述的计算风量 Q。与目标风量 Q„f相等或相当， 指计算风 量 Qc在目标风量 Qref±误差窗口之内， 目标风量 Q„f的误差窗口一般在 1%到 2% 范围内。
7、 根据权利要求 1、 2或 3所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在 于： 步骤 5)所述的电机控制器提升或减少转速 n, 主要指在步骤 5)所述转速 n 下按每次至少 l%nmax的步长顺序提升或减少，或者可以让新转速 =当前转速) (（目 标风量 Qref/当前计算风量 Q。)。
8、 根据权利要求 1、 2或 3所述的一种电机的恒风量控制方法， 其特征在 于： 函数关系 Q=F (T, n, V) 是利用基准转速和其他转速下的不同外部静压 情况下力矩和风量参数的原始数据来获得的，将电机安装在风轮上放在一个空 调设备里面， 设置好电机在恒转速工作状态， 在不大于最大转速的范围内， 选 择包括基准转速在内的多个转速的值，使电机在每个转速下工作， 并依次改变 系统的外部静压， 来釆集包括力矩， 风量参数的原始数据。
9、 一种空调风机系统的恒风量控制方法， 所述的空调风机系统包括电机 和风轮， 所述的电机包括电机控制器、 定子组件和转子组件， 其特征在于： 它 包括如下步骤过程：
步骤 1 )设置好电机在恒转速工作模式， 在不大于最大转速的范围内， 选 择包括基准转速在内的多个转速的值，使电机在每个转速工作， 并依次改变系 统的外部静压， 来釆集包括力矩， 风量参数的原始数据；
步骤 2 )在电机控制器的微处理器里面建立计算风量的函数关系 Q=F ( T, n, V) , 其中 Q是风量， T是力矩， ！！是转速， V是调整系数， 多个转速段都有 一个对应的调整系数 V, 并输入到电机控制器的微处理器里面；
步骤 3 ) 电机控制器接受外部输入的目标风量 Q„f ;
步骤 4 ) 电机控制器控制电机启动， 使电机达到一定转速并进入稳态； 步骤 5 )记录这时候的稳态转矩 T和转速 n , 并通过查表法获得该转速 n 下的调整系数 V, 然后根据步骤 1里的方程计算出该稳态下的风量 Q。；
步骤 6 )电机控制器的微处理器比较目标风量 Q„f与计算风量 Q。， 若目标风 量 Q„f与计算风量 Qc相等或相当， 则电机维持当前转速进入稳态工作并记录该 稳态下的力矩 T; 若目标风量 QIef大于计算风量 Qc , 电机控制器提升转速 n , 若目标风量 Q„f少于计算风量 Qc , 电机控制器的微处理器减少转速 n;
步骤 7 ) 电机经调整转速进入稳态后， 重新记录提升或者减少转速后的稳 态力矩 T, 并再次查表获取新转速下的 V值， 然后重新计算风量 Q。；
步骤 8)重复步骤 6和步骤 7 , 直到计算风量 Q。与目标风量 Qr ef相等或相当， 止调整转速， 电机进入稳态， 同时记录该稳态下的力矩 τ。
10、根据权利要求 9所述的一种空调风机系统的恒风量控制方法， 其特征 于： 步骤 8)后还设置步骤 9) , 如果外部系统发生改变， 导致力矩和输出风 变化，这时电机控制器通过比较新的稳态力矩和步骤 6或步骤 8里的力矩可 知道输出风量已经发生了变化， 重复步骤 5、 步骤 6、 步骤 7和步骤 8。
11、根据权利要求 9所述的一种空调风机系统的恒风量控制方法， 其特征 于： 计算风量的函数是： n x V . _ nx
Q = cO x + cl x x base
n base n x V 或者釆用
Figure imgf000019_0001
系数 c。， c^P c2是通过在基准转速 nbase , 不同外部静压情况下根据力矩和风量 参数的原始数据通过曲线拟合的方法来获得。
12、 根据权利要求 11所述的一种空调风机系统的恒风量控制方法， 其特 征在于： 上述所述的基准转速 nbase的范围在 30%nmax到 80%nmax之间， 其中 nmax是 电机最大转速。
1 3、 根据权利要求 9、 10或 11所述的一种空调风机系统的恒风量控制方 法， 其特征在于： 函数关系 Q=F ( T, n， V)中调整系数 V值在 0. 1到 2之间变
14、 根据权利要求 9、 10或 11所述的一种空调风机系统的恒风量控制方 法， 其特征在于： 步骤 6和步骤 8)所述的计算风量 Q。与目标风量 Q„f相等或相 当， 指计算风量 Q。在目标风量 Qref ±误差窗口之内， 目标风量 Qref的误差窗口 一般在 1%到 2%范围内。
15、 根据权利要求 9、 10或 11所述的一种空调风机系统的恒风量控制方法， 其特征在于： 步骤 6)所述的电机控制器提升或减少转速 n , 主要指在步骤 6) 所述转速 n下按每次至少 l%nmax的步长顺序提升或减少， 或者可以让新转速 = 当前转速 X (目标风量 Q«f/当前计算风量 Q
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