专利名称：直流变频空调及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种直流变频空调，特别是一种直流变频空调及其控制方法。
背景技术：
现有的直流变频冷暖型空调，不能同时兼顾制冷模式下的高温高制冷量需求和制热模式下的低温高制热量需求，其中很重要的原因之一是变频空调的高温制冷量受限于变频空调的控制部件里的核心器件-电源逆变模块，后面简称IPM模块，发热严重而不能高频运转，制热模式下低温制热量受限于控制部件不能让压缩机超高频运转。解决IPM模块在制冷模式的高温环境下工作时的发热问题，通常是采用加大散热器的面积、调整散热器在风机风道中的位置等，但是因为受成本和室外机钣金结构的限制， 最后大多以降低频率牺牲高温制冷量来折中处理。解决变频空调制热模式下的低温制热量小的问题，通常是采用在室内加电辅热装置等措施，但这些措施存在安全隐患、电源使用效率低下以及制作成本偏高等问题。目前的直流变频空调的控制器主要由以下几部分组成遥控器+室内控制器+室外控制器。其中，遥控器主要由单片机MCU+发射信号装置组成，室内控制器主要由电源电路+单片机MOT+参数存储器+通讯、信号采样等外围电路组成；室外控制器主要由电源电路+主控芯片DSP+参数存储器+电源逆变模块+通讯、信号采样等外围电路组成。目前，直流变频空调的压缩机控制技术主要有基于磁场定向控制F0C(Field Orient Control)原理的矢量控制技术和直接转距控制DTC (Direct Torque Control)技术，其中又以基于FOC算法的矢量控制技术为主导。直流变频空调的最大特点就是压缩机的运行频率可以变化，其基本工作原理是室外控制器将交流输入电压整流成直流电压，然后由室外的主控芯片DSP向电源逆变模块输入空间矢量PWM(简称SVPWM)控制信号，SVPWM的全称为空间矢量脉宽调制，将直流电压逆变成频率可变的三相交流电来带动压缩机的永磁同步电机，从而实现压缩机里面的电机运行频率可变。SVPWM里有一个很重要的参数，即PWM信号的周期，也称载波频率。目前行业里的控制器使用的载波频率范围一般在4KHz IOKHz之间，但是每一个控制器里面都只使用了
一种载波频率。结合变频空调的压缩机运行时的实际负载变化情况，SVPWM的载波频率一般等于 10 20倍的压缩机电机最大电频率，通常我们取16倍。举个例子，如果采用电机为3对极的压缩机，最大要求运行频率160HZ，那么IPM模块的载波频率应该为16X3X160 = 7680HZ。IPM模块的载波频率越高，IGBT的开关损耗越大，IPM模块发热越严重。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、操作灵活、制作成本低、同时满足冷暖型直流变频空调在制冷或抽湿模式下的高温高制冷量需求和在制热模式下的低温高制热量需求、适用范围广的直流变频空调及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种直流变频空调，包括电源逆变模块IPM，其特征是电源逆变模块的PWM控制信号的载波频率为二种以上，载波频率与直流变频空调的工作模式相对应。一种直流变频空调的控制方法，其特征是包括以下步骤步骤一，对于直流变频空调运行的不同工作模式，预先确定对应的载波频率，步骤二，根据选定的工作模式后确定的载波频率，计算相应的压缩机的控制参数，步骤三，将压缩机的控制参数存储在室外存储器的对应位置，步骤四，用户开机确定直流变频空调运行的不同工作模式时，室内控制器将接收到的包括工作模式在内的开机信号发送给室外控制器，室外控制器调用室外存储器上相应位置的压缩机的控制参数来控制压缩机。所述直流变频空调的工作模式包括制冷模式、抽湿模式和制热模式，其中，制冷模式和抽湿模式对应第一载波频率，制热模式对应第二载波频率。所述第一载波频率的范围在2KHz 6KHz，第二载波频率的范围在6KHz ΙΟΚΗζ。所述直流变频空调的工作模式还包括超低频运行模式，超低频运行模式对应第三载波频率。为了同时满足冷暖型直流变频空调在制冷或抽湿模式下的高温高制冷量需求和在制热模式下的低温高制热量需求，本发明通过针对变频空调运行模式不同，而给电源逆变模块实施不同的载波频率，既可以解决电源逆变模块在高温环境下的高频率运转时的发热问题，又可以解决制热模式下的变频压缩机在超高频率运行不稳定的问题，大大提高变频空调舒适性。本发明具有结构简单合理、操作灵活、制作成本低、同时满足冷暖型直流变频空调在制冷或抽湿模式下的高温高制冷量需求和在制热模式下的低温高制热量需求、适用范围广的特点。
图1为本发明一实施例的控制框图。图2为室外控制器的电路连接示意图。图3为IPM模块的内部主要器件的示意图。图中1为遥控器或操控面板，2为室内控制器，3为室外控制器，4为压缩机，5为市电交流电输入，6为整流器件，7为功率因数校正器，8为电解电容，9为室外控制器的主控芯片，10为电源逆变模块，11为电流取样电阻，12为室外存储器，13为IGBT功率开关器件的驱动，14为IGBT功率开关器件。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。参见图1，直流变频空调的遥控器1或室内机上的操控面板，主要将用户设定的运行模式、设定温度、设定风速等信息通过红外线媒介或者直接传递给室内控制器2。直流变频空调的室内控制器2，主要作用为接收来自于遥控器1或室内机上的操控面板的控制信息，控制室内风机、步进电机等负载，以及和室外控制器3进行双向通讯交换信息，运算压缩机目标频率等。直流变频空调的室外控制器3，主要作用是和室内控制器2进行双向通信交换信息，控制压缩机运行频率。直流变频空调的压缩机4，是空调冷媒循环的动力来源。参见图2，市电交流电输入5为直流变频空调运行的动力来源。整流器件6，结合电解电容8将交流电整流为直流电。功率因数校正器7，改善直流变频空调对市电的使用效率。室外控制器的主控芯片9，简称DSP，主要负责和室内控制器进行通讯交换信息， 空间矢量算法运算，向电源逆变模块10输出六路PWM控制信号。电源逆变模块10，简称IPM模块，将直流电逆变成三相交流电，驱动压缩机的电机运行。电源逆变模块的PWM控制信号的载波频率为二种以上，载波频率与直流变频空调的工作模式相对应。其中，载波频率包括第一载波频率和第二载波频率。压缩机的电机运行时的电流取样电阻11，目的是将压缩机运行时的电流信号输入到DSP，实现压缩机的电机运行频率的闭环控制。室外存储器12，用来存储室外控制器的主控芯片9所需要的一些控制参数。参见图3，为IPM模块的内部主要器件的示意图。IGBT功率开关器件14，总共有6个；驱动器件13为IGBT功率开关器件的驱动。 驱动器件13和IGBT功率开关器件14联合起来执行室外控制器的主控芯片9输出的六路控制信号，即UH、Ul、VH、VL、Wh和Wl。直流变频空调的控制方法，其特征是包括以下步骤步骤一，对于直流变频空调运行的不同工作模式，预先确定对应的载波频率，步骤二，根据选定的工作模式后确定的载波频率，计算相应的压缩机的控制参数，步骤三，将压缩机的控制参数存储在室外存储器12的对应位置，步骤四，用户开机确定直流变频空调运行的不同工作模式时，室内控制器2将接收到的包括工作模式在内的开机信号发送给室外控制器3，室外控制器3调用室外存储器 12上相应位置的压缩机的控制参数来控制压缩机。具体的，根据冷暖型直流变频空调的需求，室外控制器3在制冷模式或抽湿模式时使用第一载波频率，该第一载波频率的范围在2KHz 6KHz，根据该第一载波频率计算出一组直流变频空调的压缩机的控制参数，并将该控制参数存储在室外存储器12的第一位 置。室外控制器3在制热模式时使用第二载波频率，该第二载波频率的范围在6KHz ΙΟΚΗζ，根据该第二载波频率计算出一组直流变频空调的压缩机的控制参数，并将该控制参数存储在室外存储器12的第二位置。当然，也可以根据需要而设定第三载波频率，该第三载波频率对应直流变频空调的超低频运行模式。当用户利用遥控器1或室内机上的操控面板设定制冷或抽湿模式开机时，室内控制器2接收到遥控器1或室内机上的操控面板发过来的制冷或抽湿模式开机信号后，将此信号发送给室外控制器3，室外控制器3调用室外存储器12的第一位置的控制参数来控制压缩机。
当用户利用遥控器1或室内机上的操控面板设定制热模式开机时，室内控制器2 接收到遥控器1或室内机上的操控面板发过来的制热模式开机信号后，将此信号发送给室外控制器3，室外控制器3调用室外存储器12的第二位置的控制参数来控制压缩机。例如，对于采用电机为3对极的压缩机，如果为了满足制热最高运行频率160Hz 的需求，载波频率需要设置到SKHz才能满足要求。根据反复实验，8KHZ的载波频率在室外 36°C环境温度下运行制冷或抽湿模式时，频率运行在80HZ左右，IPM模块的 发热非常严重， 达到90 100°C，超过IPM模块的安全运行范围。但是，如果载波频率采用6K，则同样条件下IPM模块的发热会有大大改善，可以减少20°C左右，在70 80°C范围，安全性有很大提尚ο
权利要求
1.一种直流变频空调，包括电源逆变模块IPM，其特征是电源逆变模块的PWM控制信号的载波频率为二种以上，载波频率与直流变频空调的工作模式相对应。
2.一种根据权利要求1所述的直流变频空调的控制方法，其特征是包括以下步骤步骤一，对于直流变频空调运行的不同工作模式，预先确定对应的载波频率，步骤二，根据选定的工作模式后确定的载波频率，计算相应的压缩机的控制参数，步骤三，将压缩机的控制参数存储在室外存储器(12)的对应位置，步骤四，用户开机确定直流变频空调运行的不同工作模式时，室内控制器(2)将接收到的包括工作模式在内的开机信号发送给室外控制器(3)，室外控制器(3)调用室外存储器(12)上相应位置的压缩机的控制参数来控制压缩机。
3.根据权利要求2所述的直流变频空调的控制方法，其特征是所述直流变频空调的工作模式包括制冷模式、抽湿模式和制热模式，其中，制冷模式和抽湿模式对应第一载波频率，制热模式对应第二载波频率。
4.根据权利要求3所述的直流变频空调的控制方法，其特征是所述第一载波频率的范围在2KHz 6KHz，第二载波频率的范围在6KHz ΙΟΚΗζ。
5.根据权利要求3所述的直流变频空调的控制方法，其特征是所述直流变频空调的工作模式还包括超低频运行模式，超低频运行模式对应第三载波频率。
全文摘要
一种直流变频空调及其控制方法，直流变频空调包括电源逆变模块IPM，其特征是电源逆变模块的PWM控制信号的载波频率为二种以上，载波频率与直流变频空调的工作模式相对应。操作时，包括以下步骤步骤一，对于直流变频空调运行的不同工作模式，预先确定对应的载波频率，步骤二，根据选定的工作模式后确定的载波频率，计算相应的压缩机的控制参数，步骤三，将压缩机的控制参数存储在室外存储器的对应位置，步骤四，用户开机确定直流变频空调运行的不同工作模式。本发明既可以解决电源逆变模块在高温环境下的高频率运转时的发热问题，又可以解决制热模式下的变频压缩机在超高频率运行不稳定的问题，大大提高变频空调舒适性。
文档编号F24F11/00GK102287891SQ20111016284
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者朱良红, 李强, 罗宇华 申请人:广东美的电器股份有限公司