專利名稱：具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)，屬于空調(diào)系統(tǒng)的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
定頻空調(diào)壓縮機(jī)一般由交流感應(yīng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速由使用于壓縮機(jī)的電源頻率來(lái)決定。使用感應(yīng)電機(jī)的定頻空調(diào)本身不能通過(guò)頻率變化來(lái)控制冷媒，進(jìn)而達(dá)到控制制冷或制熱效果、調(diào)整負(fù)荷的目的。當(dāng)環(huán)境溫度和運(yùn)行工況變化大時(shí)，其空調(diào)負(fù)荷變化也大，如果感應(yīng)電機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷狀態(tài)下工作，其運(yùn)行效率很低，而且當(dāng)負(fù)荷特別低時(shí)，還會(huì)使機(jī)組起停頻繁，對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊。變頻空調(diào)效率高、對(duì)電網(wǎng)的沖擊小、使用電壓的變化范圍寬，目前其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，變頻壓縮機(jī)中電機(jī)類型也逐步由感應(yīng)電機(jī)變成了永磁同步電機(jī)，即由交流變頻轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髯冾l。變頻空調(diào)雖然比定頻空調(diào)效率高，但成本和可靠性是阻礙變頻空調(diào)推廣應(yīng)用的兩大關(guān)鍵因素。通過(guò)近幾年的努力，小功率的變頻空調(diào)的可靠性逐步接近了定頻空調(diào)，成本也大大降低。但當(dāng)變頻空調(diào)的功率增大后，系統(tǒng)的硬件電路成本迅速增加，系統(tǒng)的可靠性更難把握。針對(duì)這些問(wèn)題，專利號(hào)ZL99236673的《一拖多空調(diào)器》公開(kāi)了一種壓縮機(jī)的輸出功率可隨各室內(nèi)機(jī)的需要變化的技術(shù)，它是由變頻壓縮機(jī)和定頻壓縮機(jī)并接而成的，以便減小變頻器的容量。這種方式多適用于10匹以上的大功率空調(diào)器，對(duì)3 5匹的空調(diào)柜機(jī)而言性能價(jià)格比不高。在空調(diào)應(yīng)用領(lǐng)域，專利ZL02132084. 5提出了一種自起動(dòng)式(永磁)同步電機(jī)及使用這種電機(jī)的壓縮機(jī)，這種起動(dòng)方案實(shí)際上是先利用感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)原理將同步電機(jī)由靜止升速到同步轉(zhuǎn)速的，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，系統(tǒng)效率比感應(yīng)電機(jī)更高。但是這種方案存在的缺點(diǎn)是①空調(diào)系統(tǒng)只具有同步運(yùn)行模式，壓縮機(jī)起動(dòng)頻繁，對(duì)電網(wǎng)沖擊大；②永磁同步電機(jī)在輸出功率過(guò)小時(shí)，效率、功率因素下降過(guò)多，因此系統(tǒng)輸出功率的調(diào)節(jié)范圍較窄。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種應(yīng)用定頻空調(diào)和變頻空調(diào)的工作模式，可以實(shí)現(xiàn)小容量變頻器與大容量壓縮機(jī)匹配的具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)。本實(shí)用新型有利于提高系統(tǒng)在額定工作點(diǎn)的效率，降低大容量變頻空調(diào)系統(tǒng)中變頻器的成本，同時(shí)提高變頻器的可靠性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)，包括有由冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、壓縮機(jī)組成的空調(diào)制冷系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)， 其中電動(dòng)機(jī)為具有自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)以額定能力輸出時(shí)通過(guò)工作模式切換電路直接與供電電網(wǎng)相連，電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)以中間能力輸出時(shí)通過(guò)工作模式切換電路與驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行的變頻器連接，變頻器與供電電網(wǎng)相連。上述電動(dòng)機(jī)是具有自起動(dòng)能力的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)。[0008]上述電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)為1，同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分。本實(shí)用新型的具有兩種工作模式的空調(diào)系統(tǒng)由于采用包括有由冷凝器、蒸發(fā)器、 膨脹閥、壓縮機(jī)等組成的空調(diào)制冷系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)，其中電動(dòng)機(jī)為具有自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，且電動(dòng)機(jī)的三相繞組通過(guò)工作模式切換電路，既可與變頻器相連，又可與電網(wǎng)相連。本實(shí)用新型應(yīng)用定頻空調(diào)和變頻空調(diào)的工作模式，可以實(shí)現(xiàn)小容量變頻器與大容量壓縮機(jī)的匹配。本實(shí)用新型有利于降低大容量空調(diào)系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的可靠性。

圖1為目前常規(guī)變頻空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型空調(diào)系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)用新型混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，實(shí)施例為一臺(tái)3匹的高能效柜式空調(diào)，包括有由冷凝器10、蒸發(fā)器11、膨脹閥12、壓縮機(jī)15組成的空調(diào)制冷系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)16，其中電動(dòng)機(jī)16為具有自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)工作模式切換電路14，在系統(tǒng)額定能力輸出時(shí)電動(dòng)機(jī)16直接由電網(wǎng)供電運(yùn)行，在系統(tǒng)中間能力輸出時(shí)電動(dòng)機(jī)16由變頻器13驅(qū)動(dòng)。與目前常用變頻空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖1相比，本實(shí)用新型多了一個(gè)工作模式切換電路14，本實(shí)用新型中的壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的三相繞組通過(guò)工作模式切換電路，既可與變頻器相連，又可與電網(wǎng)直接相連，而常規(guī)變頻空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機(jī)電機(jī)只與變頻器相連。圖2中沒(méi)有標(biāo)出作為空調(diào)系統(tǒng)的其它核心部件四通閥、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、冷媒流通的管路及邏輯控制電路等。在本實(shí)用新型提出的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)中所使用的電動(dòng)機(jī)16是具有自起動(dòng)能力的永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)的極對(duì)數(shù)為1，同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分。同步轉(zhuǎn)速是指當(dāng)永磁同步電機(jī)由電網(wǎng)直接供電時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格由電網(wǎng)電壓頻率決定，定子三相繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，同步轉(zhuǎn)速=(電網(wǎng)電壓頻率Hz) X60 / (永磁電機(jī)極對(duì)數(shù))。本實(shí)用新型提出的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，控制空調(diào)系統(tǒng)在同步工作模式下或/和在變頻工作模式下運(yùn)行，變頻工作模式是壓縮機(jī)15由變頻器13驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速可變化的工作模式，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)，變頻器13的輸出功率只需為(1/4 1/2)的額定功率，降低變頻器的容量既降低了系統(tǒng)的硬件成本，又提高了系統(tǒng)的可靠性；而同步工作模式是壓縮機(jī)直接由電網(wǎng)供電，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的工作模式，壓縮機(jī)中的永磁同步電機(jī)由電網(wǎng)直接供電運(yùn)行可以消除變頻器本身的損耗，這樣提高了系統(tǒng)在額定工作點(diǎn)的效率。如圖3為本實(shí)用新型提出的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)的工作模式轉(zhuǎn)換流程圖，具體的控制方法包括如下步驟1)系統(tǒng)接到控制信號(hào)開(kāi)始工作；[0019]2)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15工作的電動(dòng)機(jī)16直接由三相四線制的電網(wǎng)供電，由于電動(dòng)機(jī)16 具有自起動(dòng)功能，直接牽入到同步轉(zhuǎn)速而進(jìn)入到同步工作模式；冷媒循環(huán)快速建立起蒸發(fā)過(guò)程與冷凝過(guò)程的平衡，壓縮機(jī)15輸出功率迅速增大；3)當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度沒(méi)有達(dá)到用戶設(shè)定的值時(shí)，壓縮機(jī)15維持在同步工作模式下運(yùn)行；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到用戶設(shè)定的值時(shí)，壓縮機(jī)15由變頻器13驅(qū)動(dòng)，以便維持室內(nèi)的環(huán)境溫度；4)如果壓縮機(jī)15由變頻器13驅(qū)動(dòng)維持室內(nèi)的環(huán)境溫度，則系統(tǒng)維持在變頻工作模式；如果驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15的變頻器13輸出功率不足，系統(tǒng)不能維持室內(nèi)的環(huán)境溫度，則由電網(wǎng)供電，系統(tǒng)又回到同步工作模式。上述步驟1)中，系統(tǒng)接到控制信號(hào)開(kāi)始工作，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)15工作的電動(dòng)機(jī)16利用自身的起動(dòng)功能牽入到同步轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)15及電動(dòng)機(jī)16通過(guò)自起動(dòng)功能進(jìn)入同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行階段。上述步驟2)中，剛開(kāi)始系統(tǒng)進(jìn)入在同步運(yùn)行模式，在這個(gè)運(yùn)行階段，雖然壓縮機(jī) 15恒定在同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，但根據(jù)永磁同步電機(jī)的特性，電動(dòng)機(jī)16的輸出功率隨著壓縮機(jī)15 吸氣排氣口壓差的增大而逐漸增大。上述步驟3)中，系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入在同步運(yùn)行模式階段，冷媒循環(huán)過(guò)程快速建立起動(dòng)態(tài)平衡，室內(nèi)環(huán)境溫度逼近用戶設(shè)定的溫度；系統(tǒng)判斷是否有停機(jī)信號(hào)，如果有則系統(tǒng)停機(jī)；如果沒(méi)有停機(jī)信號(hào)，則判斷室內(nèi)環(huán)境溫度是否達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度沒(méi)有達(dá)到用戶設(shè)定的值時(shí)，壓縮機(jī)15將維持在同步工作模式下運(yùn)行，提供額定的制冷或制熱的能力輸出；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓縮機(jī)15改由變頻器13驅(qū)動(dòng)，空調(diào)系統(tǒng)工作在變頻工作模式，以便維持室內(nèi)的環(huán)境溫度。上述步驟4)中，空調(diào)系統(tǒng)工作在變頻工作模式，壓縮機(jī)15工作在變頻運(yùn)行模式， 通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)16的速度，以在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出功率，系統(tǒng)保持高效率和高功率因素；系統(tǒng)判斷是否有停機(jī)信號(hào)，如果有停機(jī)信號(hào)，則系統(tǒng)停機(jī)；如果沒(méi)有停機(jī)信號(hào)，系統(tǒng)判斷通過(guò)變頻器13驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)15的輸出功率是否能維持室內(nèi)設(shè)定的環(huán)境溫度，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度能維持在設(shè)定值時(shí)，壓縮機(jī)15將維持在變頻工作模式下運(yùn)行，系統(tǒng)提供較小的制冷或制熱的能力輸出；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)不到設(shè)定值，表明變頻工作模式下壓縮機(jī)15的輸出能力不足，系統(tǒng)又工作在同步運(yùn)行模式，以獲得更大的能力輸出。本實(shí)用新型實(shí)施例中所采用的電動(dòng)機(jī)16是一種可以異步起動(dòng)同步運(yùn)行的永磁同步電機(jī)，電機(jī)的定子繞組采用分布繞組結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周安放了鑄鋁成型的鼠籠型線圈，在鼠籠型線圈的內(nèi)周側(cè)嵌入了弧形形狀的永磁體，定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與鼠籠型線圈作用可以產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)起動(dòng)加速，當(dāng)達(dá)到同步速度時(shí)異步轉(zhuǎn)矩變?yōu)榱悖ㄗ永@組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁體作用產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩維持電機(jī)的運(yùn)行，即同步運(yùn)行。如表1是實(shí)施例電動(dòng)機(jī)(16)的特性參數(shù)，電機(jī)極對(duì)數(shù)為1，同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，額定電壓為380伏，額定設(shè)計(jì)功率為2500瓦。本實(shí)用新型實(shí)施例混合式變頻空調(diào)3匹柜機(jī)所采用的變頻器額定功率為1. 5千瓦，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)在(15 30) HZ的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行，變頻器的前級(jí)設(shè)置了功率因數(shù)校正PFC電路。
權(quán)利要求1.一種具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)，包括有由冷凝器(10)、蒸發(fā)器 (11)、節(jié)流閥(12)、壓縮機(jī)(15)組成的空調(diào)制冷系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)(15)的電動(dòng)機(jī)(16)，其特征在于電動(dòng)機(jī)(16)為具有自起動(dòng)能力的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)(16)在系統(tǒng)以額定能力輸出時(shí)通過(guò)工作模式切換電路(14)直接與供電電網(wǎng)相連，電動(dòng)機(jī)(16)在系統(tǒng)以中間能力輸出時(shí)通過(guò)工作模式切換電路(14)與驅(qū)動(dòng)其運(yùn)行的變頻器(13)連接，變頻器(13) 與供電電網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于上述電動(dòng)機(jī)(16)的極對(duì)數(shù)為1，同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分。
專利摘要本實(shí)用新型是一種具有兩種工作模式的混合式變頻空調(diào)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的具有兩種工作模式的空調(diào)系統(tǒng)，包括有由冷凝器(10)、蒸發(fā)器(11)、節(jié)流閥(12)、壓縮機(jī)(15)組成的空調(diào)制冷系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)(16)，其中電動(dòng)機(jī)(16)為具有自起動(dòng)能力的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)(16)的三相繞組通過(guò)工作模式切換電路(14)，既可與變頻器(13)的功率模塊相連，也可與電網(wǎng)直接相連。本實(shí)用新型應(yīng)用定頻空調(diào)和變頻空調(diào)的工作模式，可以實(shí)現(xiàn)小容量的變頻器與大容量壓縮機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)相匹配。本實(shí)用新型有利于降低空調(diào)系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的可靠性。本實(shí)用新型的具有兩種工作模式的混合式空調(diào)系統(tǒng)的控制方法簡(jiǎn)單方便。
文檔編號(hào)F25B31/02GK202048724SQ20102063603
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉智平, 李志忠, 申柏華, 童懷, 黃國(guó)宏 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)