專利名稱：直流變頻空調(diào)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流變頻空調(diào)，特別是一種直流變頻空調(diào)及其控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的直流變頻冷暖型空調(diào)，不能同時(shí)兼顧制冷模式下的高溫高制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(diào)的高溫制冷量受限于變頻空調(diào)的控制部件里的核心器件-電源逆變模塊，后面簡(jiǎn)稱IPM模塊，發(fā)熱嚴(yán)重而不能高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，制熱模式下低溫制熱量受限于控制部件不能讓壓縮機(jī)超高頻運(yùn)轉(zhuǎn)。解決IPM模塊在制冷模式的高溫環(huán)境下工作時(shí)的發(fā)熱問(wèn)題，通常是采用加大散熱器的面積、調(diào)整散熱器在風(fēng)機(jī)風(fēng)道中的位置等，但是因?yàn)槭艹杀竞褪彝鈾C(jī)鈑金結(jié)構(gòu)的限制， 最后大多以降低頻率犧牲高溫制冷量來(lái)折中處理。解決變頻空調(diào)制熱模式下的低溫制熱量小的問(wèn)題，通常是采用在室內(nèi)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制作成本偏高等問(wèn)題。目前的直流變頻空調(diào)的控制器主要由以下幾部分組成遙控器+室內(nèi)控制器+室外控制器。其中，遙控器主要由單片機(jī)MCU+發(fā)射信號(hào)裝置組成，室內(nèi)控制器主要由電源電路+單片機(jī)MOT+參數(shù)存儲(chǔ)器+通訊、信號(hào)采樣等外圍電路組成；室外控制器主要由電源電路+主控芯片DSP+參數(shù)存儲(chǔ)器+電源逆變模塊+通訊、信號(hào)采樣等外圍電路組成。目前，直流變頻空調(diào)的壓縮機(jī)控制技術(shù)主要有基于磁場(chǎng)定向控制F0C(Field Orient Control)原理的矢量控制技術(shù)和直接轉(zhuǎn)距控制DTC (Direct Torque Control)技術(shù)，其中又以基于FOC算法的矢量控制技術(shù)為主導(dǎo)。直流變頻空調(diào)的最大特點(diǎn)就是壓縮機(jī)的運(yùn)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，然后由室外的主控芯片DSP向電源逆變模塊輸入空間矢量PWM(簡(jiǎn)稱SVPWM)控制信號(hào)，SVPWM的全稱為空間矢量脈寬調(diào)制，將直流電壓逆變成頻率可變的三相交流電來(lái)帶動(dòng)壓縮機(jī)的永磁同步電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)里面的電機(jī)運(yùn)行頻率可變。SVPWM里有一個(gè)很重要的參數(shù)，即PWM信號(hào)的周期，也稱載波頻率。目前行業(yè)里的控制器使用的載波頻率范圍一般在4KHz IOKHz之間，但是每一個(gè)控制器里面都只使用了
一種載波頻率。結(jié)合變頻空調(diào)的壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)載變化情況，SVPWM的載波頻率一般等于 10 20倍的壓縮機(jī)電機(jī)最大電頻率，通常我們?nèi)?6倍。舉個(gè)例子，如果采用電機(jī)為3對(duì)極的壓縮機(jī)，最大要求運(yùn)行頻率160HZ，那么IPM模塊的載波頻率應(yīng)該為16X3X160 = 7680HZ。IPM模塊的載波頻率越高，IGBT的開(kāi)關(guān)損耗越大，IPM模塊發(fā)熱越嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、制作成本低、同時(shí)滿足冷暖型直流變頻空調(diào)在制冷或抽濕模式下的高溫高制冷量需求和在制熱模式下的低溫高制熱量需求、適用范圍廣的直流變頻空調(diào)及其控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。

按此目的設(shè)計(jì)的一種直流變頻空調(diào)，包括電源逆變模塊IPM，其特征是電源逆變模塊的PWM控制信號(hào)的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調(diào)的工作模式相對(duì)應(yīng)。一種直流變頻空調(diào)的控制方法，其特征是包括以下步驟步驟一，對(duì)于直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式，預(yù)先確定對(duì)應(yīng)的載波頻率，步驟二，根據(jù)選定的工作模式后確定的載波頻率，計(jì)算相應(yīng)的壓縮機(jī)的控制參數(shù)，步驟三，將壓縮機(jī)的控制參數(shù)存儲(chǔ)在室外存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)位置，步驟四，用戶開(kāi)機(jī)確定直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式時(shí)，室內(nèi)控制器將接收到的包括工作模式在內(nèi)的開(kāi)機(jī)信號(hào)發(fā)送給室外控制器，室外控制器調(diào)用室外存儲(chǔ)器上相應(yīng)位置的壓縮機(jī)的控制參數(shù)來(lái)控制壓縮機(jī)。所述直流變頻空調(diào)的工作模式包括制冷模式、抽濕模式和制熱模式，其中，制冷模式和抽濕模式對(duì)應(yīng)第一載波頻率，制熱模式對(duì)應(yīng)第二載波頻率。所述第一載波頻率的范圍在2KHz 6KHz，第二載波頻率的范圍在6KHz ΙΟΚΗζ。所述直流變頻空調(diào)的工作模式還包括超低頻運(yùn)行模式，超低頻運(yùn)行模式對(duì)應(yīng)第三載波頻率。為了同時(shí)滿足冷暖型直流變頻空調(diào)在制冷或抽濕模式下的高溫高制冷量需求和在制熱模式下的低溫高制熱量需求，本發(fā)明通過(guò)針對(duì)變頻空調(diào)運(yùn)行模式不同，而給電源逆變模塊實(shí)施不同的載波頻率，既可以解決電源逆變模塊在高溫環(huán)境下的高頻率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的發(fā)熱問(wèn)題，又可以解決制熱模式下的變頻壓縮機(jī)在超高頻率運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題，大大提高變頻空調(diào)舒適性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、制作成本低、同時(shí)滿足冷暖型直流變頻空調(diào)在制冷或抽濕模式下的高溫高制冷量需求和在制熱模式下的低溫高制熱量需求、適用范圍廣的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明一實(shí)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(nèi)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(nèi)控制器，3為室外控制器，4為壓縮機(jī)，5為市電交流電輸入，6為整流器件，7為功率因數(shù)校正器，8為電解電容，9為室外控制器的主控芯片，10為電源逆變模塊，11為電流取樣電阻，12為室外存儲(chǔ)器，13為IGBT功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)，14為IGBT功率開(kāi)關(guān)器件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參見(jiàn)圖1，直流變頻空調(diào)的遙控器1或室內(nèi)機(jī)上的操控面板，主要將用戶設(shè)定的運(yùn)行模式、設(shè)定溫度、設(shè)定風(fēng)速等信息通過(guò)紅外線媒介或者直接傳遞給室內(nèi)控制器2。直流變頻空調(diào)的室內(nèi)控制器2，主要作用為接收來(lái)自于遙控器1或室內(nèi)機(jī)上的操控面板的控制信息，控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等負(fù)載，以及和室外控制器3進(jìn)行雙向通訊交換信息，運(yùn)算壓縮機(jī)目標(biāo)頻率等。直流變頻空調(diào)的室外控制器3，主要作用是和室內(nèi)控制器2進(jìn)行雙向通信交換信息，控制壓縮機(jī)運(yùn)行頻率。直流變頻空調(diào)的壓縮機(jī)4，是空調(diào)冷媒循環(huán)的動(dòng)力來(lái)源。參見(jiàn)圖2，市電交流電輸入5為直流變頻空調(diào)運(yùn)行的動(dòng)力來(lái)源。整流器件6，結(jié)合電解電容8將交流電整流為直流電。功率因數(shù)校正器7，改善直流變頻空調(diào)對(duì)市電的使用效率。室外控制器的主控芯片9，簡(jiǎn)稱DSP，主要負(fù)責(zé)和室內(nèi)控制器進(jìn)行通訊交換信息， 空間矢量算法運(yùn)算，向電源逆變模塊10輸出六路PWM控制信號(hào)。電源逆變模塊10，簡(jiǎn)稱IPM模塊，將直流電逆變成三相交流電，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電機(jī)運(yùn)行。電源逆變模塊的PWM控制信號(hào)的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調(diào)的工作模式相對(duì)應(yīng)。其中，載波頻率包括第一載波頻率和第二載波頻率。壓縮機(jī)的電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流取樣電阻11，目的是將壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流信號(hào)輸入到DSP，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的電機(jī)運(yùn)行頻率的閉環(huán)控制。室外存儲(chǔ)器12，用來(lái)存儲(chǔ)室外控制器的主控芯片9所需要的一些控制參數(shù)。參見(jiàn)圖3，為IPM模塊的內(nèi)部主要器件的示意圖。IGBT功率開(kāi)關(guān)器件14，總共有6個(gè)；驅(qū)動(dòng)器件13為IGBT功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)器件13和IGBT功率開(kāi)關(guān)器件14聯(lián)合起來(lái)執(zhí)行室外控制器的主控芯片9輸出的六路控制信號(hào)，即UH、Ul、VH、VL、Wh和Wl。直流變頻空調(diào)的控制方法，其特征是包括以下步驟步驟一，對(duì)于直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式，預(yù)先確定對(duì)應(yīng)的載波頻率，步驟二，根據(jù)選定的工作模式后確定的載波頻率，計(jì)算相應(yīng)的壓縮機(jī)的控制參數(shù)，步驟三，將壓縮機(jī)的控制參數(shù)存儲(chǔ)在室外存儲(chǔ)器12的對(duì)應(yīng)位置，步驟四，用戶開(kāi)機(jī)確定直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式時(shí)，室內(nèi)控制器2將接收到的包括工作模式在內(nèi)的開(kāi)機(jī)信號(hào)發(fā)送給室外控制器3，室外控制器3調(diào)用室外存儲(chǔ)器 12上相應(yīng)位置的壓縮機(jī)的控制參數(shù)來(lái)控制壓縮機(jī)。具體的，根據(jù)冷暖型直流變頻空調(diào)的需求，室外控制器3在制冷模式或抽濕模式時(shí)使用第一載波頻率，該第一載波頻率的范圍在2KHz 6KHz，根據(jù)該第一載波頻率計(jì)算出一組直流變頻空調(diào)的壓縮機(jī)的控制參數(shù)，并將該控制參數(shù)存儲(chǔ)在室外存儲(chǔ)器12的第一位 置。室外控制器3在制熱模式時(shí)使用第二載波頻率，該第二載波頻率的范圍在6KHz ΙΟΚΗζ，根據(jù)該第二載波頻率計(jì)算出一組直流變頻空調(diào)的壓縮機(jī)的控制參數(shù)，并將該控制參數(shù)存儲(chǔ)在室外存儲(chǔ)器12的第二位置。當(dāng)然，也可以根據(jù)需要而設(shè)定第三載波頻率，該第三載波頻率對(duì)應(yīng)直流變頻空調(diào)的超低頻運(yùn)行模式。當(dāng)用戶利用遙控器1或室內(nèi)機(jī)上的操控面板設(shè)定制冷或抽濕模式開(kāi)機(jī)時(shí)，室內(nèi)控制器2接收到遙控器1或室內(nèi)機(jī)上的操控面板發(fā)過(guò)來(lái)的制冷或抽濕模式開(kāi)機(jī)信號(hào)后，將此信號(hào)發(fā)送給室外控制器3，室外控制器3調(diào)用室外存儲(chǔ)器12的第一位置的控制參數(shù)來(lái)控制壓縮機(jī)。
當(dāng)用戶利用遙控器1或室內(nèi)機(jī)上的操控面板設(shè)定制熱模式開(kāi)機(jī)時(shí)，室內(nèi)控制器2 接收到遙控器1或室內(nèi)機(jī)上的操控面板發(fā)過(guò)來(lái)的制熱模式開(kāi)機(jī)信號(hào)后，將此信號(hào)發(fā)送給室外控制器3，室外控制器3調(diào)用室外存儲(chǔ)器12的第二位置的控制參數(shù)來(lái)控制壓縮機(jī)。例如，對(duì)于采用電機(jī)為3對(duì)極的壓縮機(jī)，如果為了滿足制熱最高運(yùn)行頻率160Hz 的需求，載波頻率需要設(shè)置到SKHz才能滿足要求。根據(jù)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，8KHZ的載波頻率在室外 36°C環(huán)境溫度下運(yùn)行制冷或抽濕模式時(shí)，頻率運(yùn)行在80HZ左右，IPM模塊的 發(fā)熱非常嚴(yán)重， 達(dá)到90 100°C，超過(guò)IPM模塊的安全運(yùn)行范圍。但是，如果載波頻率采用6K，則同樣條件下IPM模塊的發(fā)熱會(huì)有大大改善，可以減少20°C左右，在70 80°C范圍，安全性有很大提尚ο
權(quán)利要求
1.一種直流變頻空調(diào)，包括電源逆變模塊IPM，其特征是電源逆變模塊的PWM控制信號(hào)的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調(diào)的工作模式相對(duì)應(yīng)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流變頻空調(diào)的控制方法，其特征是包括以下步驟步驟一，對(duì)于直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式，預(yù)先確定對(duì)應(yīng)的載波頻率，步驟二，根據(jù)選定的工作模式后確定的載波頻率，計(jì)算相應(yīng)的壓縮機(jī)的控制參數(shù)，步驟三，將壓縮機(jī)的控制參數(shù)存儲(chǔ)在室外存儲(chǔ)器(12)的對(duì)應(yīng)位置，步驟四，用戶開(kāi)機(jī)確定直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式時(shí)，室內(nèi)控制器(2)將接收到的包括工作模式在內(nèi)的開(kāi)機(jī)信號(hào)發(fā)送給室外控制器(3)，室外控制器(3)調(diào)用室外存儲(chǔ)器(12)上相應(yīng)位置的壓縮機(jī)的控制參數(shù)來(lái)控制壓縮機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流變頻空調(diào)的控制方法，其特征是所述直流變頻空調(diào)的工作模式包括制冷模式、抽濕模式和制熱模式，其中，制冷模式和抽濕模式對(duì)應(yīng)第一載波頻率，制熱模式對(duì)應(yīng)第二載波頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流變頻空調(diào)的控制方法，其特征是所述第一載波頻率的范圍在2KHz 6KHz，第二載波頻率的范圍在6KHz ΙΟΚΗζ。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流變頻空調(diào)的控制方法，其特征是所述直流變頻空調(diào)的工作模式還包括超低頻運(yùn)行模式，超低頻運(yùn)行模式對(duì)應(yīng)第三載波頻率。
全文摘要
一種直流變頻空調(diào)及其控制方法，直流變頻空調(diào)包括電源逆變模塊IPM，其特征是電源逆變模塊的PWM控制信號(hào)的載波頻率為二種以上，載波頻率與直流變頻空調(diào)的工作模式相對(duì)應(yīng)。操作時(shí)，包括以下步驟步驟一，對(duì)于直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式，預(yù)先確定對(duì)應(yīng)的載波頻率，步驟二，根據(jù)選定的工作模式后確定的載波頻率，計(jì)算相應(yīng)的壓縮機(jī)的控制參數(shù)，步驟三，將壓縮機(jī)的控制參數(shù)存儲(chǔ)在室外存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)位置，步驟四，用戶開(kāi)機(jī)確定直流變頻空調(diào)運(yùn)行的不同工作模式。本發(fā)明既可以解決電源逆變模塊在高溫環(huán)境下的高頻率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的發(fā)熱問(wèn)題，又可以解決制熱模式下的變頻壓縮機(jī)在超高頻率運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題，大大提高變頻空調(diào)舒適性。
文檔編號(hào)F24F11/00GK102287891SQ20111016284
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者朱良紅, 李強(qiáng), 羅宇華 申請(qǐng)人:廣東美的電器股份有限公司