直流變頻空調及其控制方法
2023-04-22 18:41:11 1
專利名稱：直流變頻空調及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種直流變頻空調，特別是一種直流變頻空調及其控制方法。
背景技術：
現有的直流變頻冷暖型空調，不能同時兼顧製冷模式下的高溫高製冷量需求和制熱模式下的低溫高制熱量需求，其中很重要的原因之一是變頻空調的高溫製冷量受限於變頻空調的控制部件裡的核心器件-電源逆變模塊，後面簡稱IPM模塊，發熱嚴重而不能高頻運轉，制熱模式下低溫制熱量受限於控制部件不能讓壓縮機超高頻運轉。解決IPM模塊在製冷模式的高溫環境下工作時的發熱問題，通常是採用加大散熱器的面積、調整散熱器在風機風道中的位置等，但是因為受成本和室外機鈑金結構的限制， 最後大多以降低頻率犧牲高溫製冷量來折中處理。解決變頻空調製熱模式下的低溫制熱量小的問題，通常是採用在室內加電輔熱裝置等措施，但這些措施存在安全隱患、電源使用效率低下以及製作成本偏高等問題。目前的直流變頻空調的控制器主要由以下幾部分組成遙控器+室內控制器+室外控制器。其中，遙控器主要由單片機MCU+發射信號裝置組成，室內控制器主要由電源電路+單片機MOT+參數存儲器+通訊、信號採樣等外圍電路組成；室外控制器主要由電源電路+主控晶片DSP+參數存儲器+電源逆變模塊+通訊、信號採樣等外圍電路組成。目前，直流變頻空調的壓縮機控制技術主要有基於磁場定向控制F0C(Field Orient Control)原理的矢量控制技術和直接轉距控制DTC (Direct Torque Control)技術，其中又以基於FOC算法的矢量控制技術為主導。直流變頻空調的最大特點就是壓縮機的運行頻率可以變化，其基本工作原理是室外控制器將交流輸入電壓整流成直流電壓，然後由室外的主控晶片DSP向電源逆變模塊輸入空間矢量PWM(簡稱SVPWM)控制信號，SVPWM的全稱為空間矢量脈寬調製，將直流電壓逆變成頻率可變的三相交流電來帶動壓縮機的永磁同步電機，從而實現壓縮機裡面的電機運行頻率可變。SVPWM裡有一個很重要的參數，即PWM信號的周期，也稱載波頻率。目前行業裡的控制器使用的載波頻率範圍一般在4KHz IOKHz之間，但是每一個控制器裡面都只使用了
一種載波頻率。結合變頻空調的壓縮機運行時的實際負載變化情況，SVPWM的載波頻率一般等於 10 20倍的壓縮機電機最大電頻率，通常我們取16倍。舉個例子，如果採用電機為3對極的壓縮機，最大要求運行頻率160HZ，那麼IPM模塊的載波頻率應該為16X3X160 = 7680HZ。IPM模塊的載波頻率越高，IGBT的開關損耗越大，IPM模塊發熱越嚴重。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種結構簡單合理、操作靈活、製作成本低、同時滿足冷暖型直流變頻空調在製冷或抽溼模式下的高溫高製冷量需求和在制熱模式下的低溫高制熱量需求、適用範圍廣的直流變頻空調及其控制方法，以克服現有技術中的不足之處。
按此目的設計的一種直流變頻空調，包括電源逆變模塊IPM，其特徵是電源逆變模塊的PWM控制信號的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調的工作模式相對應。一種直流變頻空調的控制方法，其特徵是包括以下步驟步驟一，對於直流變頻空調運行的不同工作模式，預先確定對應的載波頻率，步驟二，根據選定的工作模式後確定的載波頻率，計算相應的壓縮機的控制參數，步驟三，將壓縮機的控制參數存儲在室外存儲器的對應位置，步驟四，用戶開機確定直流變頻空調運行的不同工作模式時，室內控制器將接收到的包括工作模式在內的開機信號發送給室外控制器，室外控制器調用室外存儲器上相應位置的壓縮機的控制參數來控制壓縮機。所述直流變頻空調的工作模式包括製冷模式、抽溼模式和制熱模式，其中，製冷模式和抽溼模式對應第一載波頻率，制熱模式對應第二載波頻率。所述第一載波頻率的範圍在2KHz 6KHz，第二載波頻率的範圍在6KHz ΙΟΚΗζ。所述直流變頻空調的工作模式還包括超低頻運行模式，超低頻運行模式對應第三載波頻率。為了同時滿足冷暖型直流變頻空調在製冷或抽溼模式下的高溫高製冷量需求和在制熱模式下的低溫高制熱量需求，本發明通過針對變頻空調運行模式不同，而給電源逆變模塊實施不同的載波頻率，既可以解決電源逆變模塊在高溫環境下的高頻率運轉時的發熱問題，又可以解決制熱模式下的變頻壓縮機在超高頻率運行不穩定的問題，大大提高變頻空調舒適性。本發明具有結構簡單合理、操作靈活、製作成本低、同時滿足冷暖型直流變頻空調在製冷或抽溼模式下的高溫高製冷量需求和在制熱模式下的低溫高制熱量需求、適用範圍廣的特點。
圖1為本發明一實施例的控制框圖。圖2為室外控制器的電路連接示意圖。圖3為IPM模塊的內部主要器件的示意圖。圖中1為遙控器或操控面板，2為室內控制器，3為室外控制器，4為壓縮機，5為市電交流電輸入，6為整流器件，7為功率因數校正器，8為電解電容，9為室外控制器的主控晶片，10為電源逆變模塊，11為電流取樣電阻，12為室外存儲器，13為IGBT功率開關器件的驅動，14為IGBT功率開關器件。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。參見圖1，直流變頻空調的遙控器1或室內機上的操控面板，主要將用戶設定的運行模式、設定溫度、設定風速等信息通過紅外線媒介或者直接傳遞給室內控制器2。直流變頻空調的室內控制器2，主要作用為接收來自於遙控器1或室內機上的操控面板的控制信息，控制室內風機、步進電機等負載，以及和室外控制器3進行雙向通訊交換信息，運算壓縮機目標頻率等。直流變頻空調的室外控制器3，主要作用是和室內控制器2進行雙向通信交換信息，控制壓縮機運行頻率。直流變頻空調的壓縮機4，是空調冷媒循環的動力來源。參見圖2，市電交流電輸入5為直流變頻空調運行的動力來源。整流器件6，結合電解電容8將交流電整流為直流電。功率因數校正器7，改善直流變頻空調對市電的使用效率。室外控制器的主控晶片9，簡稱DSP，主要負責和室內控制器進行通訊交換信息， 空間矢量算法運算，向電源逆變模塊10輸出六路PWM控制信號。電源逆變模塊10，簡稱IPM模塊，將直流電逆變成三相交流電，驅動壓縮機的電機運行。電源逆變模塊的PWM控制信號的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調的工作模式相對應。其中，載波頻率包括第一載波頻率和第二載波頻率。壓縮機的電機運行時的電流取樣電阻11，目的是將壓縮機運行時的電流信號輸入到DSP，實現壓縮機的電機運行頻率的閉環控制。室外存儲器12，用來存儲室外控制器的主控晶片9所需要的一些控制參數。參見圖3，為IPM模塊的內部主要器件的示意圖。IGBT功率開關器件14，總共有6個；驅動器件13為IGBT功率開關器件的驅動。 驅動器件13和IGBT功率開關器件14聯合起來執行室外控制器的主控晶片9輸出的六路控制信號，即UH、Ul、VH、VL、Wh和Wl。直流變頻空調的控制方法，其特徵是包括以下步驟步驟一，對於直流變頻空調運行的不同工作模式，預先確定對應的載波頻率，步驟二，根據選定的工作模式後確定的載波頻率，計算相應的壓縮機的控制參數，步驟三，將壓縮機的控制參數存儲在室外存儲器12的對應位置，步驟四，用戶開機確定直流變頻空調運行的不同工作模式時，室內控制器2將接收到的包括工作模式在內的開機信號發送給室外控制器3，室外控制器3調用室外存儲器 12上相應位置的壓縮機的控制參數來控制壓縮機。具體的，根據冷暖型直流變頻空調的需求，室外控制器3在製冷模式或抽溼模式時使用第一載波頻率，該第一載波頻率的範圍在2KHz 6KHz，根據該第一載波頻率計算出一組直流變頻空調的壓縮機的控制參數，並將該控制參數存儲在室外存儲器12的第一位 置。室外控制器3在制熱模式時使用第二載波頻率，該第二載波頻率的範圍在6KHz ΙΟΚΗζ，根據該第二載波頻率計算出一組直流變頻空調的壓縮機的控制參數，並將該控制參數存儲在室外存儲器12的第二位置。當然，也可以根據需要而設定第三載波頻率，該第三載波頻率對應直流變頻空調的超低頻運行模式。當用戶利用遙控器1或室內機上的操控面板設定製冷或抽溼模式開機時，室內控制器2接收到遙控器1或室內機上的操控面板發過來的製冷或抽溼模式開機信號後，將此信號發送給室外控制器3，室外控制器3調用室外存儲器12的第一位置的控制參數來控制壓縮機。
當用戶利用遙控器1或室內機上的操控面板設定製熱模式開機時，室內控制器2 接收到遙控器1或室內機上的操控面板發過來的制熱模式開機信號後，將此信號發送給室外控制器3，室外控制器3調用室外存儲器12的第二位置的控制參數來控制壓縮機。例如，對於採用電機為3對極的壓縮機，如果為了滿足制熱最高運行頻率160Hz 的需求，載波頻率需要設置到SKHz才能滿足要求。根據反覆實驗，8KHZ的載波頻率在室外 36°C環境溫度下運行製冷或抽溼模式時，頻率運行在80HZ左右，IPM模塊的 發熱非常嚴重， 達到90 100°C，超過IPM模塊的安全運行範圍。但是，如果載波頻率採用6K，則同樣條件下IPM模塊的發熱會有大大改善，可以減少20°C左右，在70 80°C範圍，安全性有很大提尚ο
權利要求
1.一種直流變頻空調，包括電源逆變模塊IPM，其特徵是電源逆變模塊的PWM控制信號的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調的工作模式相對應。
2.一種根據權利要求1所述的直流變頻空調的控制方法，其特徵是包括以下步驟步驟一，對於直流變頻空調運行的不同工作模式，預先確定對應的載波頻率，步驟二，根據選定的工作模式後確定的載波頻率，計算相應的壓縮機的控制參數，步驟三，將壓縮機的控制參數存儲在室外存儲器(12)的對應位置，步驟四，用戶開機確定直流變頻空調運行的不同工作模式時，室內控制器(2)將接收到的包括工作模式在內的開機信號發送給室外控制器(3)，室外控制器(3)調用室外存儲器(12)上相應位置的壓縮機的控制參數來控制壓縮機。
3.根據權利要求2所述的直流變頻空調的控制方法，其特徵是所述直流變頻空調的工作模式包括製冷模式、抽溼模式和制熱模式，其中，製冷模式和抽溼模式對應第一載波頻率，制熱模式對應第二載波頻率。
4.根據權利要求3所述的直流變頻空調的控制方法，其特徵是所述第一載波頻率的範圍在2KHz 6KHz，第二載波頻率的範圍在6KHz ΙΟΚΗζ。
5.根據權利要求3所述的直流變頻空調的控制方法，其特徵是所述直流變頻空調的工作模式還包括超低頻運行模式，超低頻運行模式對應第三載波頻率。
全文摘要
一種直流變頻空調及其控制方法，直流變頻空調包括電源逆變模塊IPM，其特徵是電源逆變模塊的PWM控制信號的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調的工作模式相對應。操作時，包括以下步驟步驟一，對於直流變頻空調運行的不同工作模式，預先確定對應的載波頻率，步驟二，根據選定的工作模式後確定的載波頻率，計算相應的壓縮機的控制參數，步驟三，將壓縮機的控制參數存儲在室外存儲器的對應位置，步驟四，用戶開機確定直流變頻空調運行的不同工作模式。本發明既可以解決電源逆變模塊在高溫環境下的高頻率運轉時的發熱問題，又可以解決制熱模式下的變頻壓縮機在超高頻率運行不穩定的問題，大大提高變頻空調舒適性。
文檔編號F24F11/00GK102287891SQ20111016284
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月16日 優先權日2011年6月16日
發明者朱良紅, 李強, 羅宇華 申請人:廣東美的電器股份有限公司