WO2022237172A1

WO2022237172A1 - 用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱

Info

Publication number: WO2022237172A1
Application number: PCT/CN2021/139645
Authority: WO
Inventors: 苏翔飞; 李涛; 侯建国
Original assignee: 青岛海尔电冰箱有限公司; 海尔智家股份有限公司
Priority date: 2021-05-13
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-11-17
Also published as: CN115342562A; CN115342562B

Abstract

一种用于冰箱（10）的压缩机（130）控制方法与冰箱（10），所述控制方法包括：获取压缩机（130）的实际功率和实际转速，并确定压缩机（130）的转速设定值；判断实际功率是否属于预设的限制调频功率范围；若是，将压缩机（130）的实际转速与转速设定值进行比较；在实际转速小于转速设定值的情况下，维持实际转速；在实际转速大于或等于转速设定值的情况下，以转速设定值为目标值降低压缩机（130）的转速，并且降速速率配置为第一调速速率。通过上述控制方法，避免了压缩机（130）频繁启停，提高了冰箱（10）的能耗效率，使得压缩机（130）调频更加平顺，大大提高了冰箱（10）的可靠性和稳定性。

Description

用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱

技术领域

本发明涉及冰箱控制，特别是涉及用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱。

背景技术

变频冰箱是指使用变频压缩机的冰箱。变频压缩机的转速并不固定，可以根据制冷状态进行调整。在储物温度较高的工况下，压缩机转速提高，达到尽快降温的目的；在储物温度较低的工况下，压缩机转速降低，可以保持温度稳定。变频冰箱的耗电量低、静音效果好，避免了压缩机的频繁启停。

压缩机的安全保护机制是保证冰箱安全运行的方面，当电机温度或压缩机自身温度超过一设定温度后，控制压缩机停机，从而达到保护压缩机的作用。但是这种过热保护措施，存在导致压缩机频繁启动的现象，严重时甚至会增加压缩机的磨损，减小压缩机的使用寿命，导致冰箱可靠性下降。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种避免压缩机频繁启停的用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱。

本发明一个进一步的目的是要提高冰箱的能耗效率。

本发明另一个进一步的目的是要使得压缩机调频更加平顺。

特别地，本发明提供了一种用于冰箱的压缩机控制方法，该控制方法包括：

获取压缩机的实际功率和实际转速，并确定压缩机的转速设定值；

判断实际功率是否属于预设的限制调频功率范围；

若是，将压缩机的实际转速与转速设定值进行比较；

在实际转速小于转速设定值的情况下，维持实际转速；

在实际转速大于或等于转速设定值的情况下，以转速设定值为目标值降低压缩机的转速，并且降速速率配置为第一调速速率。

可选地，在实际功率大于预设的限制调频功率范围的最大值的情况下，还包括：

判断实际功率是否大于预设的功率保护阈值，功率保护阈值大于限制调频功率范围的最大值；

若是，降低压缩机的转速，并且降速速率配置为第二调速速率，并且第二调速速率大于第一调速速率。

可选地，在实际功率大于功率保护阈值的情况下，如果出现转速设定值小于预设的第一低速阈值，则控制压缩机停机。

可选地，在实际功率大于限制调频功率范围的最大值的情况下，如果出现压缩机的实际转速小于预设的第二低速阈值，则控制压缩机停机。

可选地，在控制压缩机停机的步骤之后还包括：

经过设定时间后重启压缩机，并对压缩机的重启次数进行计数；

在重启次数超出设定次数阈值后，停止重启并输出报警信号；并且在出现压缩机持续运行状态下的实际功率小于限制调频功率范围的最小值的情况后，重启次数被清零。

可选地，在判断实际功率小于预设的限制调频功率范围的最低值的情况下，还包括：以转速设定值为目标值调整压缩机的转速。

可选地，以转速设定值为目标值调整压缩机的转速的步骤包括：

若实际转速小于转速设定值，以第三调速速率提高实际转速；

若实际转速大于转速设定值，以第四调速速率降低实际转速，其中第三调速速率大于第四调速速率。

可选地，获取压缩机的实际功率的步骤包括：

采集压缩机的供电信号，并根据供电信号计算压缩机的实际功率。

可选地，确定压缩机的转速设定值的步骤包括：

采集冰箱的运行参数；

在预先配置的对应表查询得出运行参数对应的转速设定值，运行参数包括冰箱的设定冷冻温度以及冰箱的运行环境温度，并且对应表预先配置有设定冷冻温度、运行环境温度与转速设定值的对应关系。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种冰箱，其包括：

压缩机；以及

控制器，控制器包括存储器和处理器，其中存储器存储有机器可执行程序，机器可执行程序被处理器执行时实现上述任一种的用于冰箱的压缩机控制方法。

本发明的用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱，在压缩机的实际功率位于预设的限制调频功率范围的情况下，将压缩机的实际转速与转速设定值进行比较；在实际转速小于转速设定值的情况下，维持实际转速；在实际转速大于或等于转速设定值的情况下，以转速设定值为目标值降低压缩机的转速，并且降速速率配置为第一调速速率。限制调频功率范围可以根据压缩机的正常运行功率进行设置，也即限制调频功率范围为高于压缩机的正常运行功率的数值范围。在该限制调频功率范围内，压缩机转速仅允许下调，而禁止上调，从而避免压缩机功率进一步升高。

进一步地，本发明的用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱，在实际功率大于预设的限制调频功率范围的最大值的情况下，进一步判断实际功率是否大于预设的功率保护阈值，在实际功率大于预设的功率保护阈值时，快速降低压缩机的转速，避免压缩机直接停机。

更进一步地，本发明的用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱，在极端状态下，根据压缩机的实际频率控制压缩机进行停机，避免异常状态下压缩机出现严重故障。

更进一步地，本发明的用于冰箱的压缩机控制方法与冰箱，对压缩机异常停机后的重启策略进行优化，在一定程度上可以使压缩机恢复正常运行。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的冰箱的示意框图；

图2是根据本发明一个实施例的用于冰箱的压缩机控制方法的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的用于冰箱的压缩机控制方法中进行电压信号采集的电路示意图；以及

图4是根据本发明一个实施例的用于冰箱的压缩机控制方法中进行电流信号采集的电路示意图。

具体实施方式

本实施例的冰箱可以为具有制冷系统的储物设备，使食物或其他存储物保持恒定低温状态。制冷系统可为常见的压缩制冷系统，其通过例如直冷和 /或风冷形式向储物间室提供冷量，以使储物间室具有期望的保藏温度。

制冷系统可为由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器等构成的制冷循环系统。蒸发器配置成直接或间接地向储物间室内提供冷量。由于冰箱的整体结构、制冷系统本身是本领域技术人员习知且易于实现的，为了不掩盖和模糊本申请的发明点。

图1是根据本发明一个实施例的冰箱10的示意框图。本实施例的冰箱10一般性地可以包括压缩机130以及控制器100。

压缩机130作为制冷循环的动力，由电机拖动旋转，抽出蒸发器内蒸气，并通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件，也即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态。压缩机130的转速可以通过变频技术进行调整，变频板可以通过改变压缩机130的供电频率调整压缩机130的转速。也即供电频率与压缩机130的转速成正比(比例由电机的电极数确定)。例如对于一种实际使用的变频压缩机，其转速n＝30*f。其中，f为供电频率，并由变频板受控调整，60Hz对应1800转每秒。压缩机130的转速调整可以相应调整排气量(制冷剂流速)，从而进一步调整制冷量。

控制器100包括存储器120和处理器110，其中存储器120存储有机器可执行程序，机器可执行程序被处理器110执行时实现本实施例的任一种用于冰箱的压缩机控制方法。用于执行本实施例的方法的机器可执行程序可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码。存储器120可以是可以保持和存储由处理器110使用的指令的有形设备，可由各种计算机可读存储介质实现。处理器110采用具有一定数据处理能力的执行装置，例如单片机、嵌入式处理器、微处理器等。

图2是根据本发明一个实施例的用于冰箱的压缩机控制方法的示意图。本实施例的用于冰箱的压缩机控制方法一般性地可以包括：

步骤S202，获取压缩机的实际功率和实际转速，并确定压缩机的转速设定值；

步骤S204，判断实际功率是否属于预设的限制调频功率范围；

步骤S206，在实际功率属于预设的限制调频功率范围(也即实际功率大于等于限制调频功率范围的最小值并且小于等于限制调频功率范围的最大值时)，将压缩机的实际转速与转速设定值进行比较；

步骤S208，在实际转速小于转速设定值的情况下，维持实际转速；

步骤S210，在实际转速大于或等于转速设定值的情况下，以转速设定值为目标值降低压缩机的转速，并且降速速率配置为第一调速速率。

本实施例的方法，在压缩机的实际功率位于预设的限制调频功率范围的情况下，将压缩机的实际转速与转速设定值进行比较；在实际转速小于转速设定值的情况下，维持实际转速；在实际转速大于或等于转速设定值的情况下，以转速设定值为目标值降低压缩机的转速，并且降速速率配置为第一调速速率。

限制调频功率范围可以根据压缩机的正常运行功率进行设置，也即限制调频功率范围为高于压缩机的正常运行功率的数值范围。在该限制调频功率范围内，压缩机仅允许下调，而禁止上调，从而避免压缩机功率进一步升高。

例如对于一般运行功率不超过200W的压缩机，可以将200W左右的数值范围作为限制调频功率范围，具体地可以设置为197W至204W。在197W至204W的限制调频功率范围内，压缩机可被认为功率可能超限。在该状况下，压缩机的转速仅允许下调，而禁止上调，从而避免压缩机功率进一步升高，使得压缩机可以稳定运行。进一步地，降速速率可以配置为预设的第一调速速率，例如每200ms降低5转，尽量保证压缩机可以平顺调整。在一般情况下，通过平稳的降频，可以使得压缩机功率恢复至限制调频功率范围以下正常功率范围内。

需要说明的是，本实施例中例举数值仅以具体应用实例进行示例，本领域技术人员可以根据压缩机的规格等情况，对相应数值进行配置。

步骤S202中获取压缩机的实际功率可以通过对压缩机的供电信号进行采集得到，其可以包括采集压缩机的供电信号，并根据供电信号计算压缩机的实际功率。上述电信号包括电压信号以及电流信号。

图3是根据本发明一个实施例的用于冰箱的压缩机控制方法中进行电压信号采集的电路示意图，图4是是根据本发明一个实施例的用于冰箱的压缩机控制方法中进行电流信号采集的电路示意图。

根据功率的计算公式：功率＝电压*电流，压缩机的实际功率可以通过压缩机的供电电压以及供电电流计算得到。为了提高精度，电压信号和电流信号可以均优选采用高精度A/D采样(例如采用12位A/D转换)。在电压采集电路中，OVP用于连接一路A/D转换器，从而向该路A/D转换器提供电压信号。在电流采集电路中，I_line用于连接另一路A/D转换器，从而向A/D转换器提供电流信号。A/D转换可以使用处理器的内置A/D转换功能。

在一般工况下，压缩机使用工频电源进行供电，也即一般可以采用220V的交流电源进行供电，经过整流滤波后，电压VDC约为310V。经过R1、R2、R3、R4的串联分压，从OVP输出的分压信号约为2.5V。R5、C1分别用于稳压限流。

在电流信号采集电路中，I_shunt连接变频器VVVF中驱动压缩机的IGBT三个下桥臂的公共端，以得到供电电流信号。由于电流信号较弱，电流信号采集电路采用由RS、R6、R7、R8、R9、R10、R11、C2以及运算放大器OP构成的放电电路进行放大，例如可以配置放大倍数为5倍的放大电路。经过放大器的放大处理，电流信号可以转换为相应的电压，以供A/D进行采样。对于电源电流一般不超过5A的压缩机，可以将电流信号采集电路配置为在电流为0时对应于2.5V电压输出，在电流为5A时对应于5V电压输出。如果电流超过5A，则认为需要过流保护。

经过采样处理后的电压电流可以被处理器进行计算，得到实际功率。

压缩机的实际转速可以根据变频器的输出频率确定，频率与压缩机转速成正比(比例由电机的电极数确定)。例如对于一种实际使用的变频压缩机的转速n＝30*f，f为供电频率，并由变频板受控调整，60Hz对应1800转每秒。

压缩机的转速设定值一般根据冰箱的制冷状态进行设置，由于压缩机的转速变化导致制冷量相应变化，因此在压缩机正常运行时可以通过提高压缩机的转速来提供制冷量。在本实施例中，确定压缩机的转速设定值的步骤可以包括：采集冰箱的运行参数；在预先配置的对应表查询得出运行参数对应的转速设定值，运行参数可以包括冰箱的设定冷冻温度以及冰箱的运行环境温度，并且对应表预先配置有设定冷冻温度、运行环境温度与转速设定值的对应关系。

表1是本实施例的用于冰箱的压缩机控制方法中对应表的具体实例。

表1

从表1中可以看出随着环温RT的上升、冷冻设定温度的下降，冰箱所需的制冷量提高，此时可以相应提高压缩机的转速。对应地，随着环温RT的下降、冷冻设定温度的提高，冰箱所需的制冷量降低，此时可以相应降低压缩机的转速。表中的数值仅为示例，本领域技术人员可以根据压缩机及冰箱规格对相应数值进行配置。

表1所示的设定转速是压缩机功率在正常运行范围内的调整方式。对于一般运行功率不超过200W的压缩机，可以将小于197W的功率范围作为正常运行范围，在该运行范围内，在出现压缩机的实际转速与设定转速出现偏差时，可以相应调整。

也就是说，在判断实际功率小于预设的限制调频功率范围的最低值的情况下，还可以转速设定值为目标值调整压缩机的转速。具体地，如果实际转速小于转速设定值，以第三调速速率提高实际转速；如果实际转速大于转速设定值，以第四调速速率降低实际转速，其中第三调速速率大于第四调速速率，即升速速率可以大于降速速率。例如可以在提高转速时，第三调速速率可以为每200毫秒升5转，第四调速速率可以为每200毫秒降2转。这样的调节方式，可以使得压缩机运行更加平顺，避免调速过快导致的过度损耗。其中第三调速速率大于第四调速速率，可以更加符合压缩机的运行特点，有利于降低压缩机的能耗。

在实际功率大于预设的限制调频功率范围的最大值的情况下，还可以进一步判断实际功率是否大于预设的功率保护阈值，并且如果实际功率大于功率保护阈值，直接降低压缩机的转速。功率保护阈值大于限制调频功率范围的最大值，其可以预先根据测试进行配置，例如对于一般运行功率不超过200W的压缩机，在限制调频功率范围设置为197W至204W的情况下，功率保护阈值可以设置为210W。也即一旦压缩机的实际功率超出210W，直接通过降速来降低压缩机功率。在此情况下，降速速率配置为第二调速速率，并且第二调速速率大于第一调速速率，通过快速降频，稳定压缩机的状态。例如可以每200毫秒降8转，尽量在不停机的情况下，降低压缩机功率。

在实际功率大于功率保护阈值的情况下，如果出现转速设定值小于预设的第一低速阈值，则控制压缩机停机。第一低速阈值可以根据压缩机的运行情况预先配置。例如对于表1所示的压缩机，可以设置为1800转。如果压缩机的实际转速低于第一低速阈值而实际功率仍然大于功率保护阈值可以认为压缩机出现异常，此时可以直接停机。

在实际功率大于限制调频功率范围的最大值的情况下，如果出现压缩机的实际转速小于预设的第二低速阈值，也可以控制压缩机停机。第二低速阈值也可以根据压缩机的运行情况预先配置，其可以设置为与第一低速阈值相同或者不同。例如对于表1所示的压缩机，同样也可以设置为1800转。在该情况下，可以认为不需要进一步降速，从而可以直接使压缩机停机。

上述强制停机仅仅发生确定压缩机出现异常状态的情况下。也即压缩机仅在极端状态下才会被强制停机，其保护停机率大大低于现有的压缩机保护措施，从而减小了压缩机损耗，提高了压缩机的可靠性。

在控制压缩机停机之后还可以经过设定时间后重启压缩机，并对压缩机的重启次数进行计数；在重启次数超出设定次数阈值后，停止重启压缩机并输出报警信号；并且在出现压缩机持续运行状态下的实际功率小于限制调频功率范围的最小值的情况后，重启次数被清零。例如在压缩机因功率超限而强制停机时，可以在设定时间(可以设置为10s至50s，例如30s)后重启压缩机，通过自动重启来排除故障。

如果在重启后，压缩机重复因功率超限而强制停机的次数超过次数阈值(可以设置为2至10次，例如5次)，可以认为压缩机已经无法通过自动重启来排除故障，此时停止重启压缩机，并可以输出报警信号，以便及时进行维修。如果压缩机的异常通过重启被排除，也即压缩机的实际功率稳定运行于限制调频功率范围最小值以下的数值范围内，那么可以清零重启次数，恢复压缩机的正常工作。

以下针对一种具体实例，介绍上述压缩机控制方法的控制逻辑。例如对于正常运行功率不超过200W，限制调频功率范围设置为197W至204W，功率保护阈值设置为210W，转速设定值如表1所示的一种具体压缩机，其控制逻辑可以为：

若压缩机实际功率超过210W，压缩机开始降速，降速速度为每200毫秒，降8转。如果此时设定的转速设定值低于1800转，可以认为压缩机不需要继续降速，可以直接控制压缩机停机。

在压缩机降速的过程中，如果实际功率小于204W，进入限制调频功率范围(197W至204W)。如果压缩机的实际转速低于1800转，则同样可以任务压缩机不需要继续降速，可以直接控制压缩机停机。

如果出现上述的强制压缩机停机的情况，可以在30秒后尝试重新启动压缩机。如果压缩机重复因功率超限而强制停机的次数超过5次，则不再尝试重新启动。

在压缩机的异常状态通过重启被排除，也即压缩机重新启动后，实际功率稳定在197W以下，那么可以清零重启次数，恢复压缩机的正常工作。

在197W至204W的限制调频功率范围内，如果压缩机的设定转速小于实际转速，则每200毫秒降5转，直至将至压缩机的设定转速。如果设定转速大大于实际转速，则维持实际转速，不进行升速。

在压缩机的实际功率恢复至197W以下，以转速设定值为目标值调整压缩机的转速。在需要升速时，每200毫秒升5转；在需要降速时，每200毫秒降2转。

需要说明的是，本实施例中数值仅为例举，本领域技术人员可以根据压缩机规格以及实际测试结果，对相应数值进行配置。

本实施例的用于冰箱的压缩机控制方法，在压缩机功率稍高，达到限制调频功率范围时，通过限制压缩机升速，来避免压缩机功率进一步升高，维持压缩机稳定运行，尽量避免压缩机直接停机，大大降低了压缩机的异常启停的次数。通过对压缩机异常停机后的重启策略进行优化，在一定程度上可以使压缩机恢复正常运行。同时压缩机无法自动恢复正常时，停止重启压缩机，避免故障恶化，便于及时维修。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims

一种用于冰箱的压缩机控制方法，包括：

获取所述压缩机的实际功率和实际转速，并确定所述压缩机的转速设定值；

判断所述实际功率是否属于预设的限制调频功率范围；

若是，将所述压缩机的实际转速与所述转速设定值进行比较；

在所述实际转速小于所述转速设定值的情况下，维持所述实际转速；

在所述实际转速大于或等于所述转速设定值的情况下，以所述转速设定值为目标值降低所述压缩机的转速，并且降速速率配置为第一调速速率。
根据权利要求1所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中

在所述实际功率大于预设的限制调频功率范围的最大值的情况下，还包括：

判断所述实际功率是否大于预设的功率保护阈值，所述功率保护阈值大于所述限制调频功率范围的最大值；

若是，降低所述压缩机的转速，并且降速速率配置为第二调速速率，并且所述第二调速速率大于所述第一调速速率。
根据权利要求2所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中

在所述实际功率大于所述功率保护阈值的情况下，如果出现所述转速设定值小于预设的第一低速阈值，则控制所述压缩机停机。
根据权利要求2所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中

在所述实际功率大于所述限制调频功率范围的最大值的情况下，如果出现所述压缩机的实际转速小于预设的第二低速阈值，则控制所述压缩机停机。
根据权利要求3或4所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中在控制所述压缩机停机的步骤之后还包括：

经过设定时间后重启所述压缩机，并对所述压缩机的重启次数进行计数；

在所述重启次数超出设定次数阈值后，停止重启并输出报警信号；并且在出现所述压缩机持续运行状态下的实际功率小于所述限制调频功率范围的最小值的情况后，所述重启次数被清零。
根据权利要求1所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中

在所述判断所述实际功率小于预设的限制调频功率范围的最低值的情况下，还包括：以所述转速设定值为目标值调整所述压缩机的转速。
根据权利要求6所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中

所述以所述转速设定值为目标值调整所述压缩机的转速的步骤包括：

若所述实际转速小于所述转速设定值，以第三调速速率提高所述实际转速；

若所述实际转速大于所述转速设定值，以第四调速速率降低所述实际转速，其中所述第三调速速率大于所述第四调速速率。
根据权利要求1所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中所述获取所述压缩机的实际功率的步骤包括：

采集所述压缩机的供电信号，并根据所述供电信号计算所述压缩机的实际功率。
根据权利要求1所述的用于冰箱的压缩机控制方法，其中确定所述压缩机的转速设定值的步骤包括：

采集所述冰箱的运行参数；

在预先配置的对应表查询得出所述运行参数对应的所述转速设定值，所述运行参数包括冰箱的设定冷冻温度以及冰箱的运行环境温度，并且所述对应表预先配置有所述设定冷冻温度、所述运行环境温度与所述转速设定值的对应关系。
一种冰箱，包括：

压缩机；以及

控制器，所述控制器包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有机器可执行程序，所述机器可执行程序被处理器执行时实现根据权利要求1至9中任意一项的用于冰箱的压缩机控制方法。