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CN2641512Y - 一种一拖多交流变频空调控制器 - Google Patents

一种一拖多交流变频空调控制器 Download PDF

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CN2641512Y
CN2641512Y CN 03224371 CN03224371U CN2641512Y CN 2641512 Y CN2641512 Y CN 2641512Y CN 03224371 CN03224371 CN 03224371 CN 03224371 U CN03224371 U CN 03224371U CN 2641512 Y CN2641512 Y CN 2641512Y
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China
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黄永毅
林崐
赵云涛
郑双名
迟九虹
刘阳
廖清高
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Abstract

本实用新型是一种一拖多交流变频空调控制器，由外壳和内置电路板、压缩机电机、风扇电机相互连接组成，其电路由隔离电路、主控电路、驱动电路、电流电压采样电路组成，其相互连接关系为，隔离电路与主控电路相电气连接，主控电路与电流电压采样电路相电气连接，并通过控制信号线与驱动电路相连接，驱动电路连接有电磁阀、四通阀，并分别与压缩机电机、风扇电机相电气连接。本实用新型通用性强，可与现有的任一定频空调室内机配套使用，其室内、外连线少、简单，安装维修方便，减低了材料成本。本实用新型控制压缩机的频率变化的方法简单有效，各种保护功能齐全，使运行更安全、更舒适。

Description

一种一拖多交流变频空调控制器
(一)技术领域
本实用新型涉及空调器技术领域，具体是指一种一拖多交流变频空调控制器。
(二)背景技术
目前的家用一拖多变频空调存在以下缺点：(1)由于控制技术的难度大和可靠性差的原因，大多数都是单冷型；(2)由于控制对象较复杂，室内、外控制器都必须专门制备，通用性差；(3)由于通用性差，厂家生产出的品种少，用户可选择的品种少，制约一拖多变频空调的销量和生产量，形成恶性循环，给厂家生产、安装以及用户的选择提供了不少麻烦；(4)室内、外控制器电气连接复杂，安装麻烦，成本高。
现有一拖多变频空调的控制方式是：开发专用的室内控制器和室外控制器，两者之间依据同样的通信协议。室内控制器和室外控制器两者互相通信，室内控制器主要负责设定运行模式、温度等控制，室外控制器主要负责各室内机的制冷剂流量控制和压缩机频率的控制。所以，必须在室内、外同时匹配的情况下，才能安装使用。
(三)发明内容
本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种一拖多交流变频空调控制器。该控制器是在现有生产的定频室内机完全不改变(为了可以通用)的情况下，开发的一套室外一拖多变频空调控制器，能与任意的室内机匹配使用，提高通用性。
本实用新型所述的一种一拖多交流变频空调控制器，由外壳和内置电路板、压缩机电机、风扇电机相互连接组成，其特征是，所述电路由隔离电路、主控电路、驱动电路、电流电压采样电路组成，其相互连接关系为，隔离电路与主控电路相电气连接，主控电路与电流电压采样电路相电气连接，并通过控制信号线与驱动电路相连接，驱动电路连接有电磁阀、四通阀，并分别与压缩机电机、风扇电机相电气连接。
为了更好地实现本实用新型，所述主控电路还连接有温度传感器和压力传感开关，并通过电源滤波电路和整流电路与电源相连接。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.本实用新型的通用性强，可与现有的任一定频空调室内机配套使用，使空调器的品种大大增加，给空调器的生产、用户的选择带来方便。
2.本实用新型的室内、外连线少、简单，给安装维修带来方便，也减低了材料成本。
3.本实用新型控制压缩机的频率变化的方法简单有效，根据室内信号中制热/制冷压缩机信号的个数来判断需求，实现变频功能。
4.本实用新型的各种保护齐全，具备压缩机排气温度保护、系统压力保护、压缩机延时3分钟启动保护、AC欠压保护、过流保护、功率模块保护、室内蒸发器防冻结保护、冷凝器高温保护、防冷风保护、室内蒸发器高温保护、休眠断电保护等功能，使运行更安全、更舒适。
(四)附图说明
图1是本实用新型的电路方框图；
图2是本实用新型在制冷模式中，室外温度对启动和运行最大频率限制的示意图；
图3是本实用新型在制热模式中，室外温度对启动和运行最大频率限制的示意图；
图4是本实用新型的化霜动作示意图；
图5是本实用新型的电路原理图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步地详细说明。
如图1所示，任意的定速1至2匹分体式空调器室内机14及其配套使用的遥控器安装于用户的不同房间内，室外机21安装在用户室外环境，与室内机组成一拖多控制系统。在排除室外机空间位置制约的情况下，理论上可与n台室内机进行连接。定速分体式空调器室内机14原来输出到室外机的有五个连接线，分别是：压缩机、风机、四通阀、公共N线和电源地线，出于节省连接线成本和减少安装接线考虑，仅取压缩机和四通阀两个信号连接到室外机进行控制。隔离单元1对室内机14送来的信号进行强弱电隔离，送到MCU主控单元2进行判断处理，实现相应的控制：如输出控制信号给电磁阀或电子膨胀阀驱动单元15，驱动电磁阀16的开/关或调节电子膨胀阀16的开度，最终控制了冷媒流量，调节温度；输出控制信号给四通阀驱动单元18，驱动四通阀19的开/关，实现制冷/制热的切换；输出信号给压缩机驱动单元IPM或IGBT模组7，调整压缩机17运行频率(包括停机)，调节冷媒流量，压缩机17同时将壳顶温度信号反馈给MCU主控单元2，进行过热控制；输出控制信号给室外风扇驱动单元12，开、停室外风扇13。室外环境温度传感器10的主要作用是感受室外环境温度，将温度信号传给MCU主控单元2，进行保护压缩机的控制；室外盘管温度传感器9的主要作用是感受室外盘管温度，将温度信号传给MCU主控单元2，进行除霜控制；压缩机排气温度传感器10的主要作用是感受压缩机排气温度，将温度信号传给MCU主控单元2，进行压缩机排气过热保护的控制。压力传感开关20的主要作用是感受管路的高、低压压力，将压力信号传给MCU主控单元2，进行管路的高、低压压力保护的控制。驱动单元IPM或IGBT模组7的主要作用是提供驱动压缩机用；各驱动单元的作用是将MCU主控单元2的弱电控制信号进行放大，驱动相应的强电器件。电源滤波3主要是将市电进行滤波；整流是将交流电整流为直流电。PFC5的作用是进行功率补偿。电流电压采样6是将电流电压信号提供给MCU主控单元2进行电压电流控制。
如图5所示，为本实用新型实现一拖六分体变频的具体方案。图中，IC1为室外的主控单片机89857，完成所用室外电器件控制，如IPM模块、压缩机、四通阀，电磁阀、风扇电机；PC201至PC212是12路光电耦合器PC817，完成室内外机通信的安全隔离，保证控制电路的安全，这些光电耦合器与其附属元器件构成通信电路，分别与6台室内机的压缩机、四通阀信号相连，采集室内机信息，完成整机控制；RY201至RY206是6个继电器，由主控单片机89857根据采集到的室内机信息，决定与室内机相连的六路电磁阀的开闭，实现制冷剂流量的控制；IC4是驱动芯片ULN2003A，用以对主控单片机89857输出的控制信号进行放大，以安全可靠的控制六路电磁阀；IC2是集成稳压电路，为主控单片机89857提供5V电源；CN9是连接器，用于连接主控单片机89857与IPM模块，以使单片机通过IPM模块控制压缩机；IC3是单片机复位电路KIA7042，保证空调安全正常的工作；CT1是电流检测变压器，与D6、D7、D8、D9四个二极管1N4001及D10、D11两个二极管1N4148构成电流检测电路，检测室外机通过的电流，保证整机正常工作；CN12、CN13、CN14、CN15用于连接温度传感器(规格是15千欧)，分别检测室外冷凝器管路温度、压缩机排气温度、室外环境温度、压缩机顶部温度，送给主控单片机89857，使主控单元可以根据温度状况实时控制室外机运行状态，并对压缩机进行适当的保护。
本实施例的具体控制模式如下：
1.通用保护功能：保护空调器不被可能出现的大电流、高温、高压力所损坏，在制冷、制热、抽湿、自动模式下均有效。
(1)压缩机排气温度保护：当排气温度超过105℃而小于110℃时，记录当前压缩机的运转频率档，并以F1为目标降频，若排气温度低于90℃，则解除此限制，但以后的压缩机运转的最高频率限制在比保护时记录的频率低1档。如果排气温度小于95℃的持续时间超过10分钟(可以短时设置F60S)，最高限制频率上升一档，直到达到当时室外温度所限定的FMAX。如果排气温度超过110℃，压缩机停机，直到排气温度低于90℃以下，重新开机。
(2)压力保护功能：当检测到压力开关动作处于断开状态超过5秒时，记录当前压缩机的运转频率档，并以F1为目标降频，若压力恢复正常压力开关闭合超过2min，则解除此限制，但以后的压缩机运转的最高频率限制在比保护时记录的频率低1档。如果压力开关闭合持续时间超过10min(可以短时设置F60S)，最高限制频率上升一档，直到达到当时室外温度所限定的FMAX。如果压力开关动作处于断开状态持续时间超过30s，压缩机停机，直到吸气温度低2min，重新开机。
(3)压缩机延时3分钟启动保护功能：压缩机每次启动前必须等待3分钟(包括制冷模式或除湿模式与制热模式相互转换之时，但初次上电无3分钟保护)。室外风机与压缩机同时启动，但压缩机停，室外风机必须延时30秒才停。
(4)AC欠压保护功能：当电压低于190V且持续10秒钟时，实施频率限制，当电压高于190V且持续10秒钟时，取消频率限制。
(5)过流保护功能：当室外电流大于Idown而小于Istop时，以每1秒降低1Hz的速率逐步降低运转频率，直到低于Idown为止；当室外电流大于Inorm而小于Idown时，禁止压缩机频率上升；当室外小于Inorm时，解除该限制。当室外电流大于Istop且持续2秒时，压缩机停机。
(6)功率模块保护功能：功率模块自身具有电流、电压、温度保护，如果30分钟内发生3次该种保护且两次保护之间的时间间隔小于5分钟，则将该保护转化为IPM故障。当压缩机运转时间超过5分钟，则清除IPM保护计数。
2.运行模式
该机有制热(含除霜)、制冷、抽湿、送风和自动运转模式。当模式发生冲突时，按照他机优先执行：按开机的顺序优先选择模式，后开机与前面已开的机发生冲突时，不允许开机。如第1台开送风，第2台开制热，第三台只能开制热或送风。一旦进入优先机的工作模式，在所有机处于停机(或送风)状态后，才能切换室外机工作模式。表1表示模式冲突情况：
表1  模式冲突情况表
  优先机                    准备运行室内机
  制冷   制热   送风   除湿   强力抽湿   辅助电加热
  制冷   ○   ×   ○   ○   ○   ×
  制热   ×   ○   ○   ×   ×   ○
  送风   ○   ○   ○   ○   ○   ○
  除湿   ○   ×   ○   ○   ○   ×
  强力抽湿   ○   ×   ○   ○   ○   ×
  辅助加热   ×   ○   ○   ×   ×   ○
注：○可相容，×不可相容；具备的模式由室内电气系统决定。
3.送风模式功能要求
(1)只送风模式下室内控制系统送出的室内压缩机信号和室内四通阀信号均为OFF，室外控制系统没收到开机信号，视同室内关机处理，室外风机、压缩机、四通阀和电磁阀均为OFF。
(2)风量、风向等控制按室内控制系统控制规则由室内机自己执行。
4.制冷模式功能要求
(1)制冷模式下：室内控制系统送出的室内压缩机信号为ON和室内四通阀信号为OFF，室外控制系统根据收到室内压缩机信号个数设定运行频率，室外四通阀为OFF，电磁阀对应于室内压缩机信号开启或关闭。室外风机随压缩机的开关而开关，关闭时，延迟30秒关闭。键控或遥控选择制冷模式由室内控制系统决定。模式发生冲突按表1处理。模式冲突时，不受理该室内机请求：对应电磁阀不开启，制冷压缩机信号个数不加1。
(2)压缩机的运转频率和电磁阀按表2规则进行(以一拖四为例)：
表2 制冷模式下压缩机的运转频率和电磁阀关系
     室内四通阀信号         室内压缩机信号  制冷压缩机信号个数            阀门情况   压缩机频率  室外四通阀
A  B  C  D   A   B   C   D   A   B   C   D
OFF   OFF   OFF   OFF   OFF     0  OFF  OFF  OFF  OFF    0   OFF
  ON   OFF   OFF   OFF 1  ON  OFF  OFF  OFF F2
  OFF   ON   OFF   OFF  OFF  ON  OFF  OFF
  OFF   OFF   ON   OFF  OFF  OFF  ON  OFF
  OFF   OFF   OFF   ON  OFF  OFF  OFF  ON
  ON   ON   OFF   OFF 2  ON  ON  OFF  OFF F3
  OFF   ON   ON   OFF  OFF  ON  ON  OFF
  ON   OFF   OFF   ON  ON  OFF  OFF  ON
    类似上述规律，任两机开        对应的电磁阀开启
  ON   ON  ON   OFF 3  ON  ON  ON  OFF F4
  ON   ON  OFF   ON  ON  ON  OFF  ON
  ON   OFF  ON   ON  ON  OFF  ON  ON
  OFF   ON  ON   ON  OFF  ON  ON  ON
  ON   ON  ON   ON     4  ON  ON  ON  ON    F5
①频率的变化是根据检测到压缩机信号个数决定。
②电磁阀的开启关闭与压缩机的升降频顺序：先降频，再关闭电磁阀；先打开电磁阀，再升频。
③室外温度对启动和运行最大频率有限制，规律如图2所示。图中的具体参数根据机型调整，具体参数通过试验获得。
(3)室内蒸发器防冻结控制
当室内控制系统检测到室内热交换器温度降至停机温度＜-1℃，关室内压缩机信号，室外控制系统根据室内压缩机信号的开关而开关电磁阀，并升降压缩机的运行频率，按表2处理。同样，对于系统开始恢复正常运转，解除防冻结保护，开室内压缩机信号。
(4)强力功能(Full Power)
当室内控制系统接收强力运行指令后，提高室内风速。室外控制系统按常规运行处理。
(5)冷凝器高温保护
当冷凝器温度超过56℃时，系统进入室外热交换器过热降频保护，当前压缩机运转频率低1档的频率设定为系统的最高许可运转频率，压缩机以F1为目标降频，直到该此温度下降到52℃以下，系统开始恢复正常运转；系统保护动作后，如果热交换器温度小于52℃且持续10分钟，取消保护。如果室外热交换器温度超过60℃，则关压缩机，该温度降低到52℃以下，取消保护，恢复正常。
(6)室内机风扇运转和风叶片摆动按室内控制系统规定进行。
5.抽湿模式功能要求
进入除湿运行模式时的室温控制、室内风机控制按室内控制系统规定进行，室外控制系统根据室内压缩机信号按表2处理。
6.制热模式功能要求
(1)制热模式下：室内控制系统送出的室内压缩机信号为ON和室内四通阀信号为ON，室外控制系统根据收到室内压缩机信号的个数设定运行频率，根据表1规定，优先机一旦运行制热时，室外四通阀ON，直到所有的室内四通阀信号为OFF。除霜过程四通阀OFF。电磁阀对应室内压缩机信号开启或关闭。
(2)键控或遥控选择制热模式由室内控制系统决定。模式发生冲突按表1处理。模式冲突时不受理该室内机请求：对应电磁阀不开启，制热压缩机信号个数不加1。
(3)室外风机随压缩机的开关而开关，关闭时延迟30秒关闭，但在除霜过程及除霜结束时例外。
(4)室内风量的设定及控制，包括防冷风控制、风摆控制依靠室内控制系统控制，但防冷风功能优先。
(5)压缩机的运转频率和电磁阀按表3规则进行(以一拖四为例)：
表3  制热模式下压缩机的运转频率和电磁阀关系
    室内四通阀信号         室内压缩机信号  制热压缩机信号个数            阀门情况    压缩机频率  室外四通阀
A  B  C  D   A   B   C   D  A  B  C  D
  优先机的信号为ON  OFF  OFF  OFF  OFF     0  OFF  OFF  OFF  OFF     0   ON
 ON  OFF  OFF  OFF 1  ON  OFF  OFF  OFF F2
 OFF  ON  OFF  OFF  OFF  ON  OFF  OFF
 OFF  OFF  ON  OFF  OFF  OFF  ON  OFF
 OFF  OFF  OFF  ON  OFF  OFF  OFF  ON
 ON  ON  OFF  OFF 2  ON  ON  OFF  OFF F3
 OFF  ON  ON  OFF  OFF  ON  ON  OFF
 ON  OFF  OFF  ON  ON  OFF  OFF  ON
    类似上述规律，任两机开        对应的电磁阀开启
 ON  ON  ON  OFF 3  ON  ON  ON  OFF F4
 ON  ON  OFF  ON  ON  ON  OFF  ON
 ON  OFF  ON  ON  ON  OFF  ON  ON
 OFF  ON  ON  ON  OFF  ON  ON  ON
 ON  ON  ON  ON     4  ON  ON  ON  ON     F5
①频率的变化是根据检测到制热压缩机信号个数决定。
②电磁阀的开启关闭与压缩机的升降频顺序：先降频，再关闭电磁阀；先打开电磁阀，再升频。
(6)启动和运转中频率表化的最高值受到受室外温度限制，如图3所示。
(7)室内蒸发器高温保护：当室内控制系统检测到室内热交换器温度超过停机温度63℃，关室内压缩机信号，室外控制系统根据室内压缩机信号的开关而开关电磁阀，并升降压缩机的运行频率，按表3处理。同样，对于系统开始恢复正常运转或须重新上电，才能开机解除高温保护后，开室内压缩机信号。
(8)除霜运转
①化霜开始条件：
满足以下三条之一，即开始化霜。
第一，室外热交换器温度连续低于3℃的运转时间40分钟以上，且此温度连续低于A(-6℃)3分钟以上；
第二，室外热交换器温度连续低于3℃的运行时间80分钟以上，且此温度连续低于A+2℃3分钟以上；
第三，室外热交换器温度连续低于3℃的运行时间120分钟以上且此温度连续低于A+3℃3分钟以上。
②化霜结束条件
满足下列三条之一，则结束化霜，转入普通制热。
第一，当室外热交换器温度上升到高于8℃时；
第二，当除霜运转持续10分钟时。
③化霜动作：如图4所示。
(9)强力功能(FULL POWER)
当室内控制系统接收强力运行指令后，提高室内风速。室外控制系统按常规运行处理。
7.自动运行模式功能
当室内控制系统接收自动运行指令后，判断执行具体运行模式，模式冲突时，按表1处理。室外控制系统按常规运行处理。
8.定时功能要求
当室内控制系统接收到定时指令后，判断执行具体运行模式，开机时的模式冲突时，按表1处理。室外控制系统按常规运行处理。
9.睡眠模式
当室内控制系统接收睡眠运行指令后，室外控制系统按常规运行处理。
10.休眠断电保护模式
当室外机没有收到室内机的信号后，处于休眠模式，关闭室外控制系统的电源。当收到室内信号后，开启电源。
11.PCB板自检功能
为了方便生产上的检测，还可以增加检测功能，当上电时，检测到测试管脚的电平为低时，进行检测功能，主要内容包括：室外对每个输出(I/O)管脚以0.5秒的宽度循环输出(包括室外风机、四通阀、电磁阀、LED等)进行输出I/O端口的测试，对输入I/O端口进行测试，辅助压缩机进行驱动控制测试；辅助模拟室内机进行通信测试，辅助室外温度、室外热交换器温度、压缩机吸/排气温度、电流、电压等模拟测量回路的测试。
12.室外控制系统显示功能
为了方便维修故障，还可以在室外加LED指示灯，通过亮、灭、闪组合指示以下几种故障状态：压缩机排气温度传感器异常、压力传感器异常、室外热交换器温度传感器异常、室外环境温度传感器异常、信号通讯异常、电源不能加到室外机或室外机基板、IPM模块保护(电流、温度)、电流峰值关断、AC输入电压异常、电压互感器故障、压缩机壳顶传感器异常、电流互感器故障。
如上所述，即可较好地实现本实用新型。

Claims (2)

1.一种一拖多交流变频空调控制器，由外壳和内置电路板、压缩机电机、风扇电机相互连接组成，其特征是，所述电路由隔离电路、主控电路、驱动电路、电流电压采样电路组成，其相互连接关系为，隔离电路与主控电路相电气连接，主控电路与电流电压采样电路相电气连接，并通过控制信号线与驱动电路相连接，驱动电路连接有电磁阀、四通阀，并分别与压缩机电机、风扇电机相电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种一拖多交流变频空调控制器，其特征是，所述主控电路还连接有温度传感器和压力传感开关，并通过电源滤波电路和整流电路与电源相连接。
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