专利名称：一种热泵热水机的变频控制方法
技术领域：
本发明涉及一种控制方法，具体来说为一种变频控制方法，特别是一种对热泵热 水机的变频控制方法。
背景技术：
定频空气源热泵热水机是通过控制压缩机的启停来实现的，当水箱温度达到设定 值时，压缩机停止运转；当水箱温度降到设定值_回差值时，压缩机启动制热水。这种控制 方式显著的缺点是压缩机频繁启动，启动电流大从而对电网电压冲击较大。而且定频空气源热泵热水机在高温环境下普遍在35度以上，有的区域甚至达到 40度以上低压压力可到达0. 7MPa甚至0. 9MPA，由于低压压力上升，吸气过热度增大，将引 起压缩机吸气温度过高容积系数减小，更有可能引起压缩机损坏。另外，定频空气源热泵机在低温下的制热能力随着环境温度的降低而降低，循环 流量减小，随着水箱温度的升高，排气温度升高，压缩机压缩比加大，如果压缩机在这种过 大压缩比的工况下长时间运行，会使润滑油变稀甚至碳化结焦，最终导致压缩机烧毁。同时，定频空气源热泵机在低温下工作时，长时间运行，翅片式换热器会结霜，由 于在低温下循环流量小，造成除霜不彻底，长时间翅片上会形成冰层，严重影响换热，严重 时甚至造成低压保护，使压缩机停机而无法制热水。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热泵热水机的变频控制方法，其能使热泵 热水机具有升温速度快、启停次数少、水箱温度波动小及节能的优点。为了解决上述技术问题，本发明提供一种热泵热水机的变频控制方法，其包括对 热泵热水机的压缩机的变频控制、对热泵热水机的节流机构的变频控制、对热泵热水机的 除霜机构的变频控制和对热泵热水机的排气温度的变频控制。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述对热泵热水机的压 缩机的变频控制包括以下步骤1)、设环境温度为T环，热泵热水机水箱的标准温度为T标，水箱的实际温度为T 实，得水箱标准温度和实际温度间的温差为ΔΤ = T标-T实；2)、当热泵热水机开机时间少于20分钟，压缩机的运行频率根据步骤1)中的温差 Δ T进行调节，具体为a)、当ΔΤ > 4°C时，所述压缩机的最大运行频率为110HZ，b)、当ΔΤ = 4°C时，所述压缩机的最大运行频率为100HZ，c)、当ΔΤ = 3°C时，所述压缩机的最大运行频率为80HZ，d)、当ΔΤ = 2°C时，所述压缩机的最大运行频率为60HZ，e)、当ΔΤ = 1°C时，所述压缩机的最大运行频率为30HZ，f)、当ΔΤ = 0°C时，所述压缩机的最大运行频率为OHZ ；
当热泵热水机开机时间达到20分钟以后，若压缩机的运行频率大于80HZ，则将其 下降到80HZ运行；若压缩机的运行频率小于80HZ，则压缩机的运行频率不变。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述压缩机的运行频率 还根据环境温度T环进行调节，具体为1)、当T环彡35°C时，所述压缩机的最大运行频率为80HZ，2)、当10°C < T环境彡350C，所述压缩机的最大运行频率为100HZ，3)、当T环彡10°C时，所述压缩机的最大运行频率为110HZ。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述压缩机的运行频率 范围为=OHZ 120HZ。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述对热泵热水机的节 流机构的变频控制为，所述节流机构采用电子膨胀阀控制。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述电子膨胀阀控制具 体为1)、当热泵热水机上电后，所述电子膨胀阀复位，其开度调到P初为200开度，2)、当压缩机启动后，设所述电子膨胀阀的开度变化量 ▽ P=系数KP* (平均过热度SH平均-目标过热度TSH)，其中当 SH 平均< =-1 时，KP = 3，当-1 < SH 平均< =0 时，KP = 2，当 SH 平均〉0 时，KP = 1 ；平均过热度SH = Ts-T，s，Ts为吸气温度，T’ s为对应吸气压力Ps的饱和温度SH平均为30s内实际过热度的平均值，每5s取样一次，TSH为目标过热度，贝丨J，电子膨胀阀实际开度P=P初+VP。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述对热泵热水机的除 霜机构的变频控制具体为当所述压缩机的运转时间达50分钟以上时，连续检测翅片温度T翅片，环境温度 T环，满足以下条件之一且保持5分钟以上，则进入除霜状态1)、T 环彡 5°C且 T 翅片彡 _3°C ；2)、1"环<101且11环境-11翅片>71。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述热泵热水机进入除 霜状态具体为1)、所述压缩机以1HZ/S的速度降频至30HZ运行；2)、所述压缩机在步骤1)状态下运行20秒后，风机停止运行，四通阀得电，10秒 后，压缩机以1HZ/S的速度升到标准频率运行，进行除霜；3)、除霜过程中，连续检测翅片温度，并从除霜开始计时，当翅片温度T翅片上升 到彡15°C或除霜时间已达12分钟，则除霜结束，4)、除霜结束后，压缩机以1HZ/S的速度降频至30HZ运行，30秒后，风机运行，10秒后，四通阀得电，20秒后，压缩机启动，正常运行。根据本发明所述的热泵热水机的变频控制方法，较好的是所述对热泵热水机的排 气温度的变频控制具体为设压缩机排气温度为T排气，通过注液方式进行排气温度设定值为T注液设定值， 则，1)、当T注液设定值< T排气时，限制所述压缩机的运行频率在45HZ以下；2)、当T注液设定值+5 < T排气时，降低所述压缩机的运行频率。本发明的有益效果为1、通过对热泵热水机的变频控制，降低了压缩机的启停次数，减少了其启动电流 过大对电网带来的冲击；2、在高温环境下通过降低压缩机的吸气压力，保证压缩机的稳定运行；3、通过对热泵热水机的变频控制，无级调速，保证了所述热泵热水机的水箱温度 波动小，具有良好的节能效果；同时也可以提高热泵热水机在低温环境下的制热能力，增大 循环流量，降低排气温度，降低压缩比，使压缩机运行可靠；4、在所述热泵热水机除霜时，通过提高循环流量，解决霜除不尽的难题。
具体实施例方式以下，用实施例对本发明作更详细的描述。实施例仅仅是对本发明最佳实施方式 的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例一种热泵热水机的变频控制方法，其包括对热泵热水机的压缩机的变频控制、对 热泵热水机的节流机构的变频控制、对热泵热水机的除霜机构的变频控制和对热泵热水机 的排气温度的变频控制。所述控制系统的输入量为水箱温度，出水温度，吸气温度，翅片温度，排气温度， 环境温度，吸气压力；高压开关，低压开关，水流开关等；输出量为压缩机，风机，四通阀，循环水泵，曲轴箱加热带；硬件部分变频模块板，电脑板，线控器，用以控制电子膨胀阀的步进电机。其中，所述对热泵热水机的压缩机的变频控制，其通过一个变频逆变电路来改变 压缩机的转速，通过PWM控制技术实现变频变压，在变频的同时协调地改变电机的端电压， 通过控制压缩机的转速从而调节压缩机的吸气量来调节制热量。热水器刚启动时，由于水 箱温度较低，变频压缩机电机以高频率快速运行。让热水器的制热能力达到最大.使水箱 温度能在最短时间升上去当水箱温度快达到时，压缩机运行频率能随之降低，实现无极调 节，而不用压缩机停机来实现制热量调节.减少了热泵热水机的启停次数及温度波动，尤 其是大大降低了启动电流，减小了对电网电压的冲击。其具体包括以下步骤1)、设环境温度为T环，热泵热水机水箱的标准温度为T标，水箱的实际温度为T 实，得水箱标准温度和实际温度间的温差为ΔΤ = T标-T实；2)、当热泵热水机开机时间少于20分钟，压缩机的运行频率(其运行频率范围为 OHZ 120HZ)根据步骤1)中的温差Δ T进行调节，具体为a)、当ΔΤ > 4°C时，所述压缩机的最大运行频率为110HZ或最高频率，
b)、当ΔΤ = 4°C时，所述压缩机的最大运行频率为100HZ或最高频率，c)、当ΔΤ = 3°C时，所述压缩机的最大运行频率为80HZ，d)、当ΔΤ = 2°C时，所述压缩机的最大运行频率为60HZ，e)、当ΔΤ = 1°C时，所述压缩机的最大运行频率为30HZ，f)、当Δ T = 0°C时，所述压缩机的最大运行频率为OHZ ；当热泵热水机开机时间达到20分钟以后，若压缩机的运行频率大于80HZ，则将其 下降到80HZ运行；若压缩机的运行频率小于80HZ，则压缩机的运行频率不变。优选的是，所述压缩机的运行频率还根据环境温度T环进行调节，具体为1)、当T环彡35°C时，所述压缩机的最大运行频率为80HZ，2)、当10°C < T环境彡350C，所述压缩机的最大运行频率为100HZ，3)、当T环彡10°C时，所述压缩机的最大运行频率为110HZ或最高频率。另外，所述对热泵热水机的节流机构的变频控制为，所述节流机构采用电子膨胀 阀控制。与传统的热力膨胀阀相比，电子膨胀阀有比较宽的温度调节范围，能够通过控制阀 门开度将温度在某一范围内任意调节。电子膨胀阀能将过热度控制得非常平稳数值较小， 具有明显的节能效果。尤其在低温装置热负荷偏小的情况下，电子膨胀阀具有通过自身调 节使过热度恢复正值的特性，这是热力膨胀阀所不具备的。具体来说，所述电子膨胀阀控制为1)、当热泵热水机上电后，所述电子膨胀阀复位，其开度调到P初为200开度，2)、当压缩机启动后，设所述电子膨胀阀的开度变化量 ▽ P=系数KP* (平均过热度SH平均-目标过热度TSH)，其中当 SH 平均<=-1 时，KP = 3，当-1 < SH 平均<=0 时，KP = 2，当 SH 平均〉0 时，KP = 1 ；平均过热度SH = Ts-T，s，Ts为吸气温度，T’ s为对应吸气压力Ps的饱和温度SH平均为30s内实际过热度的平均值，每5s取样一次，TSH为目标过热度，贝丨J，电子膨胀阀实际开度P=P初+VP。所述热泵热水机的变频控制方法中，较好的是，所述对热泵热水机的除霜机构的 变频控制为当所述压缩机的运转时间达50分钟以上时，连续检测翅片温度T翅片，环境温度 T环，满足以下条件之一且保持5分钟以上，则进入除霜状态1)、T 环彡 5°C且 T 翅片彡 _3°C ；2)、1"环<101且11环境-11翅片>71。所述热泵热水机的变频控制方法中，较好的是，所述热泵热水机进入除霜状态具 体为1)、所述压缩机以1HZ/S的速度降频至30HZ运行；2)、所述压缩机在步骤1)状态下运行20秒后，风机停止运行，四通阀得电，10秒 后，压缩机以1HZ/S的速度升到标准频率运行，进行除霜；
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3)、除霜过程中，连续检测翅片温度，并从除霜开始计时，当翅片温度T翅片上升 到彡15°C或除霜时间已达12分钟，则除霜结束，4)、除霜结束后，压缩机以1HZ/S的速度降频至30HZ运行，30秒后，风机运行，10 秒后，四通阀得电，20秒后，压缩机启动，正常运行。所述热泵热水机的变频控制方法中，较好的是，所述对热泵热水机的排气温度的 变频控制具体为设压缩机排气温度为T排气，通过注液方式进行排气温度设定值为T注液设定值， 则，1)、当T注液设定值< T排气时，限制所述压缩机的运行频率在45HZ以下；2)、当T注液设定值+5 < T排气时，降低所述压缩机的运行频率。本发明所述的热泵热水机的变频控制方法在温度控制方面，具有升温速度快、启 停次数少、水箱温度波动小及节能的优点；在高环境温度下，可以降低压缩机频率，减小系 统循环流量，从而降低吸气压力，保证压缩机稳定运行；低环境温度下，可以通过增大压缩 机频率，电子膨胀阀开启度增大的方式，增大系统循环流量，降低排气温度，减小压缩比，使 压缩机稳定运行；除霜时增大系统循环流量，大大缩短除霜时间，每次除霜都可以除尽，不 存在积累成冰的问题。
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权利要求
一种热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述变频控制方法包括对热泵热水机的压缩机的变频控制、对热泵热水机的节流机构的变频控制、对热泵热水机的除霜机构的变频控制和对热泵热水机的排气温度的变频控制。
2.根据权利要求1所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述对热泵热水 机的压缩机的变频控制包括以下步骤1)、设环境温度为T环，热泵热水机水箱的标准温度为T标，水箱的实际温度为T实，得 水箱标准温度和实际温度间的温差为Δ T = T标-T实；2)、当热泵热水机开机时间少于20分钟，压缩机的运行频率根据步骤1)中的温差ΔΤ 进行调节，具体为a)、当ΔΤ> 4°C时，所述压缩机的最大运行频率为110HZ，b)、当AT= 4°C时，所述压缩机的最大运行频率为100HZ，c)、当ΔΤ= 3°C时，所述压缩机的最大运行频率为80HZ，d)、当ΔΤ= 2°C时，所述压缩机的最大运行频率为60HZ，e)、当AT= 1°C时，所述压缩机的最大运行频率为30HZ，f)、当ΔΤ= 0 时，所述压缩机的最大运行频率为0ΗΖ;当热泵热水机开机时间达到20分钟以后，若压缩机的运行频率大于80ΗΖ，则将其下降 到80ΗΖ运行；若压缩机的运行频率小于80ΗΖ，则压缩机的运行频率不变。
3.根据权利要求2所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述压缩机的运 行频率还根据环境温度T环进行调节，具体为1)、当T环彡35°C时，所述压缩机的最大运行频率为80HZ，2)、当10°C<T环境彡35°C，所述压缩机的最大运行频率为100HZ，3)、当T环彡10°C时，所述压缩机的最大运行频率为110HZ。
4.根据权利要求2或3所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述压缩机 的运行频率范围为0ΗΖ 120HZ。
5.根据权利要求1所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述对热泵热水 机的节流机构的变频控制为，所述节流机构采用电子膨胀阀控制。
6.根据权利要求5所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述电子膨胀阀 控制具体为1)、当热泵热水机上电后，所述电子膨胀阀复位，其开度调到P初为200开度，2)、当压缩机启动后，设所述电子膨胀阀的开度变化量VP=系数KP* (平均过热 度SH平均-目标过热度TSH)，其中当SH平均<=-1时，KP = 3，当-1 < SH 平均<=0 时，KP = 2，当SH平均> 0时，KP = 1 ；平均过热度SH = Ts-T，s,Ts为吸气温度，T’ s为对应吸气压力Ps的饱和温度SH平均为30s内实际过热度的平均值，每5s取样一次，TSH为目标过热度，贝U，电子膨胀阀实际开度P= P初+VP。
7.根据权利要求1所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述对热泵热水 机的除霜机构的变频控制具体为当所述压缩机的运转时间达50分钟以上时，连续检测翅片温度T翅片，环境温度T环， 满足以下条件之一且保持5分钟以上，则进入除霜状态1)、T环彡5°C且T翅片彡-30C；2)、1~环<10°C且T环境-T翅片> 7V。
8.根据权利要求7所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述热泵热水机 进入除霜状态具体为1)、所述压缩机以1HZ/S的速度降频至30HZ运行；2)、所述压缩机在步骤1)状态下运行20秒后，风机停止运行，四通阀得电，10秒后，压 缩机以1HZ/S的速度升到标准频率运行，进行除霜；3)、除霜过程中，连续检测翅片温度，并从除霜开始计时，当翅片温度T翅片上升到 彡15°C或除霜时间已达12分钟，则除霜结束，4)、除霜结束后，压缩机以1HZ/S的速度降频至30HZ运行，30秒后，风机运行，10秒后， 四通阀得电，20秒后，压缩机启动，正常运行。
9.根据权利要求1所述的热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述对热泵热水 机的排气温度的变频控制具体为设压缩机排气温度为T排气，通过注液方式进行排气温度设定值为T注液设定值，则，1)、当T注液设定值<T排气时，限制所述压缩机的运行频率在45HZ以下；2)、当T注液设定值+5< T排气时，降低所述压缩机的运行频率。
全文摘要
本发明涉及一种热泵热水机的变频控制方法，其特征在于所述变频控制方法包括对热泵热水机的压缩机的变频控制、对热泵热水机的节流机构的变频控制、对热泵热水机的除霜机构的变频控制和对热泵热水机的排气温度的变频控制。所述热泵热水机的变频控制方法具有升温速度快、启停次数少、水箱温度波动小及节能的优点。在高环境温度下，可以降低压缩机频率，减小系统循环流量，从而降低吸气压力，保证压缩机稳定运行。在低环境温度下，可以通过增大压缩机频率，电子膨胀阀开启度增大的方式，增大系统循环流量，降低排气温度，减小压缩比，使压缩机稳定运行。除霜时增大系统循环流量，大大缩短除霜时间，每次除霜都可以除尽，不存在积累成冰的问题。
文档编号F24H9/20GK101957067SQ20101052816
公开日2011年1月26日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者丁亮, 刘军, 季忠海, 王天舒, 王玉军, 王颖, 龚益 申请人:江苏天舒电器有限公司