一种空调室外风机的调速控制方法与流程

本发明属于空调系统技术领域，具体地说，是针对基站空调系统的室外风机提出的一种风机转速控制方法。

背景技术：

随着智能手机普及速度的加快，用户对移动通信需求的增加以及4G更迭和“互联网+”趋势等多方面因素，作为通信基础设施的基站，其建设规模在迅速扩大。为了稳定通信基站内部的环境温度，以确保机房内的通信设备安全运行，基站空调的安装和使用至关重要。

基站空调主要用于控制基站内部环境的温湿度，从实际应用情况上看主要采用传统的落地式基站空调和壁挂式基站空调两种。这两种空调属于基站舒适性空调，风量小、能效比和显热比低，并且出回风的方式也不能满足基站新的需求，不利于基站的节能和保障通信设备安全可靠的运行。新型的高能效基站专用空调，其风量、能效比、显热比远高于传统的基站舒适性空调，并且在安装方式、出回风方式和节能控制方面都有着独特的优势。

现有的基站空调，其在室外风机的控制方式上主要有两种：一种是采用定速风机，通过控制风机启停来调整系统压力，是传统的基站舒适性空调常用的方法，虽然控制方法简单，但是风机的切换启停周期较多；另一种是采用变速风机，通过调节风机转速来调整系统压力。对于变速风机转速的调节，一般采用两种方法：一种是通过检测室外环境温度或者盘管温度来调整风机的转速，一般分为高速和低速两档转速；另一种是通过采集系统的蒸发压力和冷凝压力来调节风机的转速，使系统压力稳定在空调压缩机可靠运行的区间内（冷凝压力/蒸发压力>2）。由于在采集系统压力数据时需要使用压力传感器，而压力传感器的使用无疑会增加基站空调的硬件成本，并且在空调管路中安装压力传感器也会增加产品设计和组装上的复杂度。

技术实现要素：

本发明针对空调室外机中的变速风机提出了一种全新的调速控制方法，在不增加产品硬件成本的前提下，可以控制系统压力稳定在空调压缩机可靠运行的区间内。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种空调室外风机的调速控制方法，包括：

（1）控制室外风机启动，进入启动过程：

采集室外环境温度T_en，并与设定的启动温度点T_start进行比较，若T_en>T_start，则控制室外风机高速启动；若T_en≤T_start，则控制室外风机中速启动；

（2）进入运行过程：

a、若室外风机的转速小于等于所述中速，则进入无极调速过程：

采集室外盘管温度T_coiler，并与设定的温度区间[T1，T2]进行比较；若T_coiler< T1，则降低室外风机的转速；若T1≤T_coiler≤T2，则保持室外风机的转速不变；若T_coiler>T2，则升高室外风机的转速；

b、若室外风机以高速运转，则检测所述室外环境温度T_en，若T_en<T_start-△T，所述△T为温度增量,则将室外风机的转速切换至中速，并进入所述无极调速过程；否则，保持室外风机高速运转。

进一步的，在所述启动过程中，若室外风机以高速启动，则在控制室外风机高速运转设定时间S_set后，再进入所述运行过程；若0℃<T_en≤T_start，则控制室外风机中速启动并持续运转设定时间S_set后，再进入所述运行过程；若T_en≤0℃，则控制室外风机中速启动后逐渐降低室外风机的转速，直到室外风机的转速降低至预设转速V_set并持续运转设定时间S_set后，再进入所述运行过程。

优选的，在所述启动过程中，若T_en≤0℃，则采用交流斩波控制方式调节室外风机的输入电压，通过改变室外风机的输入电压来调节室外风机的转速，即：控制斩波输出以每秒钟2%的速率降低，直到斩波输出从100%降低至60%，从而使室外风机的转速从中速逐渐降低至预设转速V_set。

进一步的，在所述运行过程中，若室外风机以高速运转，则只要满足以下两个条件之一，就将所述室外风机的转速切换至中速，并进入所述无极调速过程：

①室外环境温度T_en<T_start-△T，且室外盘管温度T_coiler≤35℃并持续t1秒；

②室外环境温度T_en<T_start-△T，且室外盘管温度T_coiler≤25℃并持续t2秒；

其中，所述t1>t2。

优选的，所述温度区间[T1，T2]的下限值T1优选在30℃至35℃之间取值，上限值T2优选在42℃至45℃之间取值；在进入所述无极调速过程后，根据室外盘管温度T_coiler采用交流斩波控制方式对所述室外风机的转速进行调节：若T_coiler≤25℃，则控制斩波输出以每秒钟10%的速率降低；若25℃<T_coiler<T1，则控制斩波输出以每秒钟5%的速率降低；若T1≤T_coiler≤T2，则维持当前的斩波输出不变；若T2<T_coiler<50℃，则控制斩波输出以每秒钟5%的速率升高；若T_coiler≥50℃，则控制斩波输出以每秒钟10%的速率升高。

其中，根据所述室外风机稳定运行所允许的最低转速确定斩波输出的下限值，当斩波输出降低至下限值时，若在一段时间内室外盘管温度T_coiler≤23℃，且T_coiler-T_en>5℃，则控制所述室外风机停机且空调压缩机保持运行状态，以降低能耗；在所述室外风机停机且空调压缩机保持运行状态的期间，若检测到在一段时间内室外盘管温度T_coiler>38℃，则控制所述室外风机启动，并进入所述启动过程，以确保压缩机和热交换器可靠运行。

为了保护室外机中的压缩机和热交换器，在所述室外风机进入无极调速过程后，只要满足以下两个条件之一，则将所述室外风机的转速切换至高速：

①室外风机的转速小于等于所述中速，且室外环境温度T_en>T_start+△T并持续t3秒；

②室外风机以中速运行，且室外盘管温度T_coiler≥52℃并持续t4秒或者室外盘管温度T_coiler≥55℃并持续t5秒；

其中，所述t5<t3<t4。

进一步的，当用于采集室外盘管温度的传感器故障时，若室外风机以高速运行，且室外环境温度T_en在一段时间内持续小于T_start-△T，则将所述室外风机的转速切换至中速，并进入所述无极调速过程；若室外风机的转速小于等于所述中速，且室外环境温度T_en在一段时间内持续大于T_start+△T，则将所述室外风机的转速切换至高速。

优选的，在空调压缩机稳定运行60秒后，读取室外环境温度T_en和室外盘管温度T_coiler，若T_coiler-T_en≤5℃且持续设定时间，则判定用于采集室外盘管温度的传感器故障。

进一步的，当用于采集室外环境温度的传感器故障时，在所述启动过程中，可以用室外盘管温度T_coiler代替所述室外环境温度T_en；在所述运行过程中，与室外环境温度T_en有关的条件无效，仅保留与室外盘管温度T_coiler有关的条件有效。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明利用空调器的室外盘管温度反映系统压力，结合室外环境温度和室外盘管温度的变化设计室外风机的转速控制策略，进而通过调节室外风机的转速来控制室外盘管温度稳定在设定的温度区间内，使得系统压力可以稳定在空调压缩机可靠运行的区间内，从而保证了压缩机使用的安全性。由于无需在空调系统中安装压力传感器采集系统压力即可实现室外风机转速的准确调节，因此，可以避免系统硬件成本的增加。同时，通过对室外风机进行无极调速，可以提高系统压力控制的稳定性，改善空调系统的工作性能，尤其适合应用在基站空调中，以提高基站空调系统运行的可靠性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是空调压缩机使用压力范围的曲线图；

图2是交流抽头电机的一种实施例的外围电路原理框图；

图3是本发明所提出的空调室外风机调速控制方法的一种实施例的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例为了在不增加空调系统硬件成本的前提下，实现对空调室外风机转速的准确控制，采用室外盘管温度来反映空调的系统压力（蒸发压力、冷凝压力），并结合室外环境温度和室外盘管温度提出了一套室外风机转速的调节方法，通过控制室外盘管温度稳定在设定的温度区间范围内，以使系统压力能够稳定在空调压缩机安全运行的区间内，如图1中的F区域，继而保证压缩机使用的安全性。

为了实现空调室外风机转速的有效调节，本实施例选用交流抽头电机作为空调系统的室外风机，并提出“抽头调速+无极调速”相结合的转速控制策略，以更好地满足对系统压力的准确控制。具体来讲，可以采用抽头调速的方式对室外风机的转速进行粗调整，即，控制室外风机要么以高速Vmax运行，要么以中速Vmid运行。具体可以采用继电器控制方式实现对室外风机转速的两档调节。如图2所示，将室外风机的高速抽头J1通过继电器K1的活动触点连接至交流输入电源AC_IN，低速抽头J1通过继电器K2的活动触点连接至交流输入电源AC_IN。利用空调室外机中的电控板对两个继电器K1、K2的线圈进行通断电控制，当需要控制室外风机高速运行时，电控板控制继电器K1的线圈通电、继电器K2的线圈断电，此时，高速抽头J1接通交流输入电源AC_IN，使室外风机以高速Vmax运转。例如，控制室外风机以730rpm/min的转速运转。同理，当需要控制室外风机中速运行时，电控板控制继电器K2的线圈通电、继电器K1的线圈断电，此时，低速抽头J1接通交流输入电源AC_IN，使室外风机以中速Vmid运转。例如，控制室外风机以370rpm/min的转速运转。当然，所述高速Vmax、中速Vmid两档转速也可以根据室外风机的实际运行情况或者空调室外机的实际散热需求进行调整，本实施例对此不进行具体限制。

在室外风机的低速抽头J2连通交流输入电源AC_IN时，可以采用无极调速方式，通过改变交流输入电源AC_IN的电压来对室外风机的转速实现细调节。例如，可以采用交流斩波控制方式，通过调节斩波输出来改变交流输入电源AC_IN的电压，继而实现对室外风机的无极调速。具体来讲，可以根据室外风机稳定运行所允许的最低转速Vmin来确定斩波输出的下限值D，通过限定斩波输出的范围在100%~D%之间，继而可以控制室外风机的转速在Vmid~Vmin之间连续调整。例如，可以限制斩波输出的范围在100%~25%之间，对应的室外风机转速范围在370rpm/min~90rpm/min之间。当然，所述转速范围会因室外风机的个体差异而存在偏差。

下面结合图3，对本实施例的空调室外风机调速控制方法的具体流程进行详细说明。

（一）启动过程：

S301、空调系统上电初始化。

S302、检测空调是否开机，若空调处于开机状态，则执行后续步骤；否则，保持室外风机的停机状态，并重复执行本步骤的开机检测过程。

S303、控制室外风机启动，并根据室外环境温度确定室外风机的启动转速，具体过程为：

采集室外环境温度T_en，并与设定的启动温度点T_start进行比较，在本实施例中，优选设定所述启动温度点T_start=20℃；

若T_en>T_start，则控制室外风机高速Vmax启动，例如，以730rpm/min的转速高速启动运行；

若0℃<T_en≤T_start，则控制室外风机中速Vmid启动，例如，以370rpm/min的转速中速启动运行；

若T_en≤0℃，则首先控制室外风机中速Vmid启动，然后逐渐降低室外风机的转速，直到室外风机的转速降低至预设转速V_set。在本实施例中，可以首先调节斩波输出到100%，以控制室外风机以中速Vmid启动，例如，以370rpm/min的转速中速启动运行；然后，逐渐降低斩波输出，例如，以每秒钟2%的速率降低斩波输出，并持续20秒，即斩波输出降低至60%，从而将室外风机的转速降低至预设转速V_set，以降低能耗，达到节能效果。

在控制室外风机按照以上启动过程开机运行后，保持室外风机的当前转速持续运行设定时间S_set，在本实施例中，所述设定时间S_set优选设定为120秒，待室外盘管温度趋于稳定后，再进入后续的运行过程。

（二）运行过程：

S304、当室外风机高速Vmax启动或者室外风机在运行过程中切换至高速Vmax运行，则在室外风机高速运行的过程中，定时检测室外盘管温度T_coiler和室外环境温度T_en，当满足以下两个条件①和②之一时，将室外风机的转速从高速切换至中速，并进入无极调速过程：

①室外环境温度T_en<T_start-△T，且室外盘管温度T_coiler≤35℃并持续t1秒；

②室外环境温度T_en<T_start-△T，且室外盘管温度T_coiler≤25℃并持续t2秒；

在本实施例中，所述△T为温度增量，优选设定△T=3℃，并优选设定t1=120秒，t2=5秒。

以启动温度点T_start=20℃为例进行说明，当室外环境温度T_en<17℃且室外盘管温度T_coiler≤35℃并持续120秒，或者当室外环境温度T_en<17℃且室外盘管温度T_coiler≤25℃并持续5秒时，此时，由于室外环境温度和室外盘管温度较低，无需较大的散热量即可满足冷凝压力/蒸发压力>2的系统要求，因此，可以将室外风机的转速切换至中速，以降低能耗。

当然，所述温度增量△T和时间t1、t2也可以根据空调自身及其应用场合的实际情况设定为其他数值，本实施例并不仅限于以上举例，但t2的取值应小于t1，以控制室外风机的转速及时响应室外环境温度的变化。

S305、当室外风机中速Vmid启动或者室外风机在运行过程中切换至中速Vmid运行时，则进入无极调速过程：

对于空调系统中的压缩机，为保证其正常工作，需要控制空调系统的蒸发压力和冷凝压力维持在特定的范围内，如图1中的F区域即为压缩机安全运行所对应的压力范围。在F区域内，冷凝压力和蒸发压力的比值均大于2。通过对空调系统进行大量运行试验，我们发现：当空调系统的室外盘管温度T_coiler处于某一个特定的温度区间[T1,T2]内时，空调的系统压力（冷凝压力和蒸发压力）是落入压缩机安全运行所对应的F区域内的。也就是说，只要把空调器的室外盘管温度T_coiler控制在温度区间[T1,T2]内，即可使得空调器的系统压力稳定在压缩机安全运行的区间内。

基于此，本实施例在室外风机以中速Vmid启动或者在运行过程中切换至中速Vmid运行时，根据室外盘管温度T_coiler的变化，对室外风机的转速进行动态调整，进入无极调速过程，以控制室外盘管温度T_coiler稳定在设定的温度区间[T1,T2]内。所述无极调速过程为：

当T_coiler< T1时，降低室外风机的转速；

当T1≤T_coiler≤T2时，保持室外风机的转速不变；

当T_coiler>T2时，升高室外风机的转速。

其中，所述温度区间[T1,T2]的下限值T1优选在30℃至35℃之间取值，上限值T2优选在42℃至45℃之间取值，具体数值可以根据空调系统的个体差异进行适应性选择。在本实施例中，所述温度区间[T1,T2]优选设定在32℃-45℃之间，以满足绝大多数基站空调的控制要求。

对于采用交流斩波控制方式对室外风机的转速进行动态调节的情况，在进入无极调速过程后，可以根据室外盘管温度T_coiler调整斩波输出，继而改变室外风机的输入电压，即调整所述交流输入电源AC_IN的电压，以实现对室外风机的无极调速。具体来讲，可以利用温度传感器定时采集空调器的室外盘管温度T_coiler，

若T_coiler≤25℃，只需持续80秒，即可控制斩波输出以每秒钟10%的速率降低，以较快的速率降低室外风机的转速；

若25℃<T_coiler<T1，例如25℃<T_coiler<32℃且持续了100秒，则控制斩波输出以每秒钟5%的速率降低，以较慢的速率降低室外风机的转速；

若T1≤T_coiler≤T2，例如32℃≤T_coiler≤45℃且持续了80秒，则表示空调器的系统压力稳定在压缩机可靠运行的区间内，此时可以维持当前的斩波输出不变，即保持室外风机的当前转速不变；

若T2<T_coiler<50℃，例如45℃<T_coiler<50℃且持续了80秒，则控制斩波输出以每秒钟5%的速率升高，以控制室外风机的转速升高，加快散热速度；

若T_coiler≥50℃，只需持续30秒，即可控制斩波输出以每秒钟10%的速率升高，以控制室外风机的转速快速升高，对空调室外机中的热交换器进行快速散热，快速调整系统压力。

在无极调速过程中，定义斩波输出的下限值为D%，例如25%。若当前斩波输出为30%，按照上述控制策略，若需要斩波输出降低10%，则按照设定的最低斩波输出25%执行。斩波输出的上限值为100%，即控制室外风机以中速运转。

当斩波输出降低至下限值D%时，若室外盘管温度T_coiler≤23℃且持续60秒，并且T_coiler-T_en>5℃，则表示室外环境温度和室外盘管温度均较低，此时可以控制室外风机停机且空调压缩机保持运行状态（压缩机出现故障或者因保护需要压缩机停机的情况除外）。在所述室外风机停机且空调压缩机保持运行状态的期间内，若检测到室外盘管温度T_coiler>38℃且持续5秒以上，则控制室外风机立即启动，并按照上述（一）的启动过程调整室外风机的启动转速。

上述持续时间仅是举例而言并非限制，可以根据空调系统的实际运行情况进行合理选择。

S306、在室外风机进入无极调速过程后，若满足以下两个条件之一，则将室外风机的转速切换至高速：

①室外风机的转速小于等于所述中速（即，室外风机以中速运行或者进入交流斩波控制过程），且室外环境温度T_en>T_start+△T并持续t3秒，例如，T_en>23℃且持续60秒；此时，表示室外环境温度较高，为保持系统压力稳定，最好控制室外风机高速运行，快速散热；

②室外风机以中速运行（即，斩波输出为100%），且室外盘管温度T_coiler≥52℃并持续t4秒（例如120秒）或者室外盘管温度T_coiler≥55℃并持续t5秒（例如5秒）。此时，表示室外盘管温度过高，应提高室外风机转速，以加快散热。

上述持续时间可以设定为其他数值，但最好限定t5<t3<t4，以更好地控制室外风机在不同室外环境温度和室外盘管温度下转速调整的响应速率。

采用上述室外风机转速控制策略，可以调整空调系统的系统压力稳定在压缩机可靠运行的区间内，实现压缩机安全、可靠地运行。

在空调系统实际运行的过程中，难免会发生用于采集室外盘管温度的传感器故障或者用于采集室外环境温度的传感器故障的情况。当温度传感器出现故障时，本实施例优选采用以下转速控制策略调节室外风机的转速：

（1）当用于采集室外盘管温度T_coiler的传感器故障时，采集到的T_coiler数值不可用，仅利用采集到的室外环境温度T_en对室外风机的转速进行调节。即，

若室外风机以高速Vmax运转，且室外环境温度T_en<T_start-△T，例如T_en<17℃并持续30秒，则因为室外环境温度较低，因此可以将室外风机的转速切换至中速Vmid，并进入上述的无极调速过程，以降低系统能耗；

若室外风机以中速Vmid运转或者运行在无极调速过程中，且室外环境温度T_en>T_start+△T，例如T_en>23℃并持续30秒，则因为室外环境温度较高，应将室外风机的转速切换至高速Vmax，以确保压缩机可靠运行。

在本实施例中，可以采用以下方式判断用于采集室外盘管温度的传感器是否发生故障：

在空调压缩机稳定运行60秒后，读取室外环境温度T_en和室外盘管温度T_coiler，若T_coiler-T_en≤5℃且持续30秒以上，则判定用于采集室外盘管温度的传感器故障，利用室外环境温度T_en对室外风机的转速进行调节

（2）当用于采集室外环境温度T_en的传感器故障时，采集到的T_en数值不可用，此时，若室外风机处于启动过程中，则可以利用室外盘管温度T_coiler代替室外环境温度T_en，控制室外风机启动，并执行上述（一）的启动过程；若室外风机处于运行过程中，则与室外环境温度T_en有关的条件无效，仅保留与室外盘管温度T_coiler有关的条件有效，执行上述（二）的运行过程。

若用于采集室外盘管温度的传感器和用于采集室外环境温度的传感器都出现故障，则控制室外机停机至少3分钟，重新开机进行故障检测。若故障排除，则控制室外风机按照上述的室外风机调速控制方法启动运行；否则，控制室外机停机，进行故障告警。

本实施例的空调室外风机调速控制方法，控制策略简单，采用软件控制方法无需增加硬件成本，实现容易，尤其适合应用在基站空调系统中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。