热泵热水器及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种热泵热水器及其控制方法。其中，热泵热水器包括：水箱；检测单元，用于检测水箱中的水温，得到检测水温；压缩机，压缩机的电机线圈具有多级绕组，其中，多级绕组的第n级绕组的阻值小于多级绕组中第n-1级绕组的阻值，n为2以上的自然数；以及控制单元，与检测单元和压缩机均相连接，用于查找与检测水温对应的绕组，得到第p级绕组，并控制压缩机采用第p级绕组运行。通过本发明，解决了现有技术中热泵热水器随着水温升高性能下降的问题，进而达到了提高热泵热水器整体性能的效果。
【专利说明】热泵热水器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热水器领域，具体而言，涉及一种热泵热水器及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 热泵热水器的整体机组性能会随着热水温度的升高而降低，即水温越高，热泵热 水器性能越低。特别对于采用定频压缩机的热泵热水器产品，由于定频压缩机的电机匝数 固定，绕组固定，转速也固定，无法在不同水温条件下根据系统运行状况调节压缩机频率或 转速，在高水温阶段热泵热水器的性能会显著下降，从而导致热泵热水器在整个加热水过 程中整体性能下降。
[0003] 针对相关技术中热泵热水器随着水温升高性能下降的问题，目前尚未提出有效的 解决方案。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种热泵热水器及其控制方法，以解决现有技术中热 泵热水器随着水温升高性能下降的问题。
[0005] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热泵热水器，包括：水箱； 检测单元，用于检测水箱中的水温，得到检测水温；压缩机，压缩机的电机线圈具有多级绕 组，其中，多级绕组的第η级绕组的阻值小于多级绕组中第n-1级绕组的阻值，η为2以上 的自然数；以及控制单元，与检测单元和压缩机均相连接，用于查找与所述检测水温对应 的绕组，得到第Ρ级绕组，并控制所述压缩机采用所述第Ρ级绕组运行，其中，Ρ为自然数， 1 < ρ < η，在所述热泵热水器中存储有不同水温区间与绕组级数之间的对应关系，并且，所 述水温区间内的平均水温越高，对应的所述绕组级数越大。
[0006] 进一步地，电机线圈上具有一个静触点和多个动触点，静触点与多个动触点中的 动触点j n相连接，形成第η级绕组，静触点与多个动触点中的动触点相连接,形成第η-1 级绕组，其中，控制单元用于控制静触点与多个动触点中的一个动触点相连接，控制单元控 制静触点与多个动触点中的动触点j p连接时，压缩机采用第Ρ级绕组运行。
[0007] 进一步地，控制单元包括：多个第一开关，其中，静触点和多个动触点中的每个动 触点之间均连接一个第一开关；以及控制器，与检测单元和多个第一开关的控制端均相连 接，用于控制多个第一开关的通断状态，其中，控制器控制静触点与动触点j p之间的第一开 关闭合时，静触点与动触点jp相连接。
[0008] 进一步地，热泵热水器还包括：电容单元，其中，多级绕组的每一级绕组上均并联 一个电容单元，并且第η电容单元的电容值大于第n-1电容单元的电容值，第η电容单元为 第η级绕组上并联的电容单元，第n-1电容单元为第n-1级绕组上并联的电容单元。
[0009] 进一步地，电容单元包括：η个电容，其中，η个电容依次串联；以及多个第二开关， 其中，η个电容中的至少n-1个电容上均并联一个第二开关，控制器与多个第二开关的控制 端均相连接，用于控制多个第二开关的开关状态。
[0010] 进一步地，电容单元包括：η个电容，其中，η个电容中的任意两个电容均相互并 联；以及多个第三开关，其中，η个电容中的至少η-1个电容均串联一个第三开关，控制器与 多个第三开关的控制端均相连接，用于控制多个第三开关的开关状态。
[0011] 为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种热泵热水器的控制方法， 热泵热水器包括水箱和压缩机，其中，压缩机的电机线圈具有多级绕组，多级绕组的第η级 绕组的阻值小于多级绕组的第η-1级绕组的阻值，η为2以上的自然数，控制方法包括：步 骤S11 :检测所述水箱中的水温，得到检测水温；步骤S12 :查找与所述检测水温对应的绕 组，得到第Ρ级绕组，其中，Ρ为自然数，1 < Ρ < η，在所述热泵热水器中存储有不同水温区 间与绕组级数之间的对应关系，并且，所述水温区间内的平均水温越高，对应的所述绕组级 数越大；以及步骤S13 :控制所述压缩机采用所述第ρ级绕组运行，并返回步骤S11。
[0012] 进一步地，查找与检测水温对应的绕组，得到第Ρ级绕组包括：查找检测水温所位 于的预设温度范围；以及获取与查找到的预设温度范围相对应的绕组，得到第Ρ级绕组。
[0013] 进一步地，电机线圈上具有一个静触点和多个动触点，控制压缩机采用第Ρ级绕 组运行包括：控制静触点与多个动触点中的动触点j p相连接。
[0014] 进一步地，静触点和多个动触点中的每个动触点之间均连接一个第一开关，控制 静触点与多个动触点中的动触点j p相连接包括：控制静触点与动触点jp之间的第一开关闭 合。
[0015] 进一步地，多级绕组的每一级绕组上均并联一个电容单元，其中，第η电容单元的 电容值大于第η-1电容单元的电容值，第η电容单元为第η级绕组上并联的电容单元，第 η-1电容单元为第η-1级绕组上并联的电容单元，控制方法还包括：在控制压缩机采用第ρ 级绕组运行的同时，控制压缩机采用第Ρ电容单元运行，其中，第Ρ电容单元为第Ρ级绕组 上并联的电容单元。
[0016] 本发明采用包括以下结构的热泵热水器：水箱；检测单元，用于检测水箱中的水 温，得到检测水温；压缩机，压缩机的电机线圈具有多级绕组，其中，多级绕组的第η级绕组 的阻值小于多级绕组中第η-1级绕组的阻值，η为2以上的自然数；以及控制单元，与检测 单元和压缩机均相连接，用于查找与检测水温对应的绕组，得到第Ρ级绕组，并控制压缩机 采用第Ρ级绕组运行，其中，Ρ为自然数，1 < Ρ < η，在热泵热水器中存储有不同水温区间 与绕组级数之间的对应关系，并且，水温区间内的平均水温越高，对应的绕组级数越大。通 过将压缩机的电机线圈设置成多级绕组，并且级别高的绕组的阻值小于级别低的绕组的阻 值，当压缩机所采用的绕组阻值大时，压缩机内通过的电流小，压缩机相当于小电机，反之， 通过的电流大，压缩机相当于大电机，小电机的最佳工作点对应的阻力矩较小，大电机的最 佳工作点对应的阻力矩较大。在热泵热水器工作工程中，水温越高，热泵热水器的阻力矩增 大，若压缩机采用的绕组不变，则在高水温下，压缩机的运行状态偏离其最佳工作点，造成 效率降低，通过预先存储水温与绕组之间的对应关系，根据检测水温的高低来确定压缩机 需采用的绕组大小，然后控制压缩机按照查找到的绕组运行，实现了在相对低温下控制压 缩机采用较大阻值的绕组运行，以使压缩机作为小电机运行，在相对高温下控制压缩机采 用较小阻值的绕组运行，以使压缩机升级为大电机，进而实现了控制压缩机跟随水温的变 化而保持在最佳工作点，实现提高压缩机的运行效率，解决了现有技术中热泵热水器随着 水温升高性能下降的问题，进而达到了提高热泵热水器整体性能的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1是根据本发明实施例的热泵热水器具有两级绕组的电机线圈的示意图；
[0019] 图2是对图1中所示的电机线圈进行绕组级数控制的控制电路图；
[0020] 图3是现有技术中压缩机单独采用第一级绕组运行和单独采用第二级绕组运行 时的"效率 -扭矩曲线"不意图；
[0021] 图4是根据本发明实施例的热泵热水器的压缩机运行时的"效率-扭矩曲线"示 意图；
[0022] 图5是根据本发明实施例的热泵热水器具有三级绕组的电机线圈的示意图；
[0023] 图6是对图5中所示的电机线圈进行绕组级数控制的控制电路图；
[0024] 图7是对图5中所示的电机线圈进行绕组级数控制的第一优选控制电路图；
[0025] 图8是对图5中所示的电机线圈进行绕组级数控制的第二优选控制电路图；以及
[0026] 图9是根据本发明实施例的热泵热水器的控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0028] 本发明实施例提供了一种热泵热水器，以下对本发明实施例所提供的热泵热水器 进行具体介绍：
[0029] 本发明实施例所提供的热泵热水器主要包括水箱、检测单元、压缩机和控制单元， 其中，检测单元用于对水箱中的水温进行检测，可以为热电偶或热电阻式温度传感器，也可 以为温度感温包。压缩机的电机线圈具有多级绕组，多级绕组的第η级绕组的阻值小于多 级绕组中第η-1级绕组的阻值，η为2以上的自然数，S卩，级别高的绕组的阻值小于级别低 的绕组的阻值。控制单元与检测单元的检测信号输出端、压缩机的电气控制端均相连接，用 于查找与检测单元检测到的检测水温相对应的绕组，得到第P级绕组，并控制压缩机采用 第P级绕组运行，其中，P为1以上、η以下的任一自然数，在热泵热水器中存储有不同水温 区间与绕组级数之间的对应关系，并且，水温区间内的平均水温越高，对应的绕组的级数越 大，即，如果检测到的检测水温较高，则查找的第Ρ级绕组为级别高（Ρ值较大)的绕组，控制 压缩机采用阻值较小的绕组运行，如果检测到的检测水温较低，则查找的第Ρ级绕组为级 别低（Ρ值较小）的绕组，控制压缩机采用阻值较大的绕组运行。
[0030] 本发明实施例的热泵热水器通过将压缩机的电机线圈设置成多级绕组，并且级别 高的绕组的阻值小于级别低的绕组的阻值，当压缩机所采用的绕组阻值大时，压缩机内通 过的电流小，压缩机相当于小电机，反之，通过的电流大，压缩机相当于大电机，小电机的最 佳工作点对应的阻力矩较小，大电机的最佳工作点对应的阻力矩较大。在热泵热水器工作 工程中，水温越高，热泵热水器的阻力矩增大，若压缩机采用的绕组不变，则在高水温下，压 缩机的运行状态偏离其最佳工作点，造成效率降低，通过预先存储水温与绕组之间的对应 关系，根据检测水温的高低来确定压缩机需采用的绕组大小，然后控制压缩机按照查找到 的绕组运行，实现了在相对低温下控制压缩机采用较大阻值的绕组运行，以使压缩机作为 小电机运行，在相对高温下控制压缩机采用较小阻值的绕组运行，以使压缩机升级为大电 机，进而实现了控制压缩机跟随水温的变化而保持在最佳工作点，实现提高压缩机的运行 效率，解决了现有技术中热泵热水器随着水温升高性能下降的问题，进而达到了提高热泵 热水器整体性能的效果。
[0031] 具体地，图1是具有两级绕组的电机线圈的示意图，以图1中所示出的具有两级绕 组的电机线圈为例，来进一步说明本发明实施例送提供的热泵热水器。
[0032] 如图1所示，具有两级绕组的电机线圈上具有一个静触点丸和两个动触点jp j2， 静触点j〇与动触点1相连接时，形成电机线圈的第一级绕组，静触点j〇与动触点j2相连 接时，形成电机线圈的第二级绕组，对于此种具有两级绕组的情况，在热泵热水器加热过程 中，控制单元一般是控制压缩机首先采用第一级绕组运行，当水温升高到一个预设温度值 时，再控制压缩机采用第二级绕组运行，如果水温又下降了，则再控制压缩机由采用第二级 绕组运行转为采用第一级绕组运行，其中，控制单元通过控制静触点与动触点相连接， 来达到控制压缩机采用第一级绕组运行的目的，通过控制静触点i与动触点j 2相连接，来 达到控制压缩机采用第二级绕组运行的目的。
[0033] 进一步地，控制单元能够通过图2中所示的电气控制电路图，来对静触点i和动 触点间连接关系进行控制，如图2所示，控制单元包括控制器（图中未示出）和多个 第一开关KF1UKF12……KFln，对于具有两级绕组的电机线圈而言，第一开关的数量为2, 一 个第一开关KF11连接在静触点i和动触点i之间，另一个第一开关KF12连接在静触点jQ 和动触点j2之间，并且第一开关KF11和第一开关KF12的控制端均与控制器相连接，控制 器还与检测单元的检测信号输出端相连接，在检测单元检测出的水温未达到预设温度的情 况下，控制器控制静触点1和动触点1之间的第一开关KF11闭合、控制静触点i和动触 点」_ 2之间的第一开关KF12断开，以使压缩机采用第一级绕组运行，在检测单元检测出的水 温达到预设温度的情况下，控制器控制静触点1和动触点1之间的第一开关KF11断开、控 制静触点j〇和动触点j 2之间的第一开关KF12闭合，以使压缩机采用第二级绕组运行。
[0034] 图3中示出了控制压缩机单独采用第一级绕组运行和控制压缩机单独采用第二 级绕组运行时，压缩机效率与最佳工作点对应的阻力矩之间的"效率-扭矩曲线"示意图， 图4中示出了控制压缩机依次采用第一级绕组和第二级绕组运行时，压缩机效率与最佳工 作点对应的阻力矩之间的"效率-扭矩曲线"示意图，图3中的曲线L1表示压缩机单独采用 第一级绕组运行过程的效率曲线，可以看出，在前半段压缩机的效率高，后半段压缩机的效 率低。图3中的曲线L2表示压缩机单独采用第二级绕组运行过程的效率曲线，可以看出， 在前半段压缩机的效率是较低的，后半段压缩机的效率相对高于黑线的后半段。图4为采 用双绕组的电机效率曲线图，可以看出，曲线L3在前半段采用第一级绕组，在后半段采用 第二级绕组，这样在整个过程中效率都要高于采用单绕组的效率。
[0035] 图5是具有三级绕组的电机线圈的示意图，以图5中所示出的具有三级绕组的电 机线圈为例，来更进一步说明本发明实施例送提供的热泵热水器。
[0036] 如图5所示，具有三级绕组的电机线圈上具有一个静触点jQ和三个动触点1、j 2、 j3，静触点jci与动触点相连接时，形成电机线圈的第一级绕组，静触点jci与动触点相 连接时，形成电机线圈的第二级绕组，静触点j〇与动触点j 3相连接时，形成电机线圈的第三 级绕组，对于此种具有三级绕组的情况，热泵热水器中一般设置两个预设温度点Tqi和Tq2、 三个温度区间[Tmin，Tqi)、[Tqi，Tq2)和[Tq 2, Tmax]，其中，Tq2>Tqi，Tmin为水箱中最初注入的 冷水的温度，T max为热泵热水器进行加热所能达到的最高温度，温度区间[Tmin，Tqi)对应第 一级绕组，温度区间[T qi，Tq2)对应第二级绕组，温度区间[Tq2，Tmax]对应第三级绕组，当检 测水温属于温度区间[T min，Tqi)中的任一温度时，控制压缩机采用第一级绕组运行，当检测 水温属于温度区间[T qi，Tq2)中的任一温度时，控制压缩机采用第二级绕组运行，当检测水 温属于温度区间[Tq 2, Tmax]中的任一温度时，控制压缩机采用第三级绕组运行。在热泵热 水器持续加热过程中，水箱内的水温逐渐升高，则控制单元一般是控制压缩机首先采用第 一级绕组运行，当水温升高到Τ % (以下称作第一预设温度)时，控制压缩机采用第二级绕组 运行，水温继续升高到Tq2 (以下称作第二预设温度）时，再控制压缩机采用第三级绕组运 行，即，随着水温的升高，逐渐控制压缩机采用阻值小的绕组运行，其中，控制单元通过控制 静触点与动触点^相连接，来达到控制压缩机采用第一级绕组运行的目的，通过控制静 触点j〇与动触点j 2相连接，来达到控制压缩机采用第二级绕组运行的目的，通过控制静触 点与动触点j3相连接，来达到控制压缩机采用第三级绕组运行的目的。
[0037] 进一步地，控制单元能够通过图6中所示的电气控制电路图，来对静触点i和动 触点j2、」 3之间连接关系进行控制，如图6所示，控制单元包括控制器（图中未示出）和 多个第一开关KF1UKF12……KFln，对于具有三级绕组的电机线圈而言，第一开关的数量为 3,第一个第一开关KF11连接在静触点i和动触点i之间，第二个第一开关KF12连接在 静触点j〇和动触点j 2之间，第三个第一开关KF13连接在静触点i和动触点j3之间，并且 这三个第一开关KF11、第一开关KF12和第一开关KF13的控制端均与控制器相连接，控制 器还与检测单元的检测信号输出端相连接，在检测单元检测出的水温未达到第一预设温度 的情况下，控制器控制静触点j〇和动触点1之间的第一开关KF11闭合、控制静触点丸和 动触点j 2之间的第一开关KF12断开、控制静触点i和动触点j3之间的第一开关KF13断 开，以使压缩机采用第一级绕组运行，在检测单元检测出的水温达到第一预设温度、但尚未 达到第二预设温度的情况下，控制器控制静触点j〇和动触点1之间的第一开关KF11断开、 控制静触点j〇和动触点」 2之间的第一开关KF12闭合、控制静触点i和动触点」3之间的第 一开关KF13断开，以使压缩机采用第二级绕组运行，在检测单元检测出的水温达到第二预 设温度的情况下，控制器控制静触点j〇和动触点1之间的第一开关KF11断开、控制静触点 jQ和动触点j2之间的第一开关KF12断开、控制静触点jQ和动触点j 3之间的第一开关KF13 闭合，以使压缩机采用第三级绕组运行。
[0038] 优选地，本发明实施例所提供的热泵热水器还包括电容单元，电容单元的数量与 多级绕组的级数相同，每一级绕组上均并联一个电容单元，并且第η电容单元的电容值大 于第η-1电容单元的电容值，第η电容单元为第η级绕组上并联的电容单元，第η-1电容单 元为第η-1级绕组上并联的电容单元，S卩，级别高的绕组上并联的电容单元的电容值大于 级别低的绕组上并联的电容单元的电容值，以下以具有三级绕组的电机线圈为例进行举例 说明：
[0039] 图7是对本发明优选实施例的热泵热水器中压缩机进行控制的第一电气控制电 路图，在该优选实施例中，以压缩机的电机线圈具有三级绕组进行举例说明，如图7所示， 电容单元包括3个电容Cl、C2、C3和2个第二开关KF21、KF22,电容C1、电容C2和电容C3 依次串联，第二开关KF21和第二开关KF22分别并联在电容Cl、电容C2和电容C3中的任意 两个电容上（图7中示出了第二开关KF21并联在电容C2上，第二开关KF22并联在电容C3 上)，第二开关KF21和第二开关KF22的控制端还均与控制器相连接。
[0040] 当控制器控制第二开关KF21和第二开关KF22均断开时，电容C1、电容C2和电容 C3组成并联在第一级绕组上的第一电容单元，由电容C1、电容C2和电容C3串联所组成的 第一电容单元的电容值较小，当控制器控制第二开关KF21和第二开关KF22中的一个第二 开关闭合、另一个第二开关断开时，电容C1、电容C2和电容C3组成并联在第二级绕组上的 第二电容单元，由电容C1和电容C2(或电容C3)串联所组成的第二电容单元的电容值居中， 当控制器控制第二开关KF21和第二开关KF22均闭合时，电容C1、电容C2和电容C3组成 并联在第三级绕组上的第三电容单元，只由电容C1所组成的第三电容单元的电容值最大， 艮P，当水温未达到第一预设温度时，控制器控制第二开关KF21和第二开关KF22均断开，并 同时控制静触点i与动触点i相连接，以使压缩机在采用较大阻值的第一级绕组运行的同 时，采用较小电容值的第一电容单元运行。当水温达到第一预设温度、但是尚未达到第二预 设温度时，控制器控制第二开关KF21和第二开关KF22中的一个第二开关闭合、另一个第二 开关断开，并同时控制静触点j〇与动触点j 2相连接，以使压缩机在采用中间阻值的第二级 绕组运行的同时，采用中间电容值的第二电容单元运行。当水温达到第二预设温度时，控制 器控制第二开关KF21和第二开关KF22均闭合，并同时控制静触点i与动触点j 3相连接， 以使压缩机在采用较小阻值的第三级绕组运行的同时，采用较大电容值的第三电容单元运 行。
[0041] 其中，第二开关的数量还可以与电容的数量相同，即，每一个电容上均并联一个第 二开关，控制器在对各个第二开关进行控制时，与对图7中各个第二开关的控制原理相同， 只需保证最少有一个第二开关闭合即可，结合图7中示出的电气控制图来说，则始终控制 电容C1上并联的第二开关闭合。电容C1、电容C2和电容C3的电容值大小可以根据热泵热 水器的实际硬件设计和运行时的工况条件进行设置。
[0042] 图8是对本发明优选实施例的热泵热水器中压缩机进行控制的第二电气控制电 路图，在该优选实施例中，同样以压缩机的电机线圈具有三级绕组进行举例说明，如图8所 示，电容单元包括3个电容C1、C2、C3和2个第三开关KF3UKF32,电容C1、电容C2和电容 C3中任意两个电容均并联，第三开关KF31和第三开关KF32分别与电容C1、电容C2和电容 C3中的任意两个电容串联（图6中示出了第三开关KF31与电容C2串联，第三开关KF32与 电容C3串联)，第三开关KF31和第三开关KF32的控制端还均与控制器相连接。
[0043] 当控制器控制第三开关KF31和第三开关KF32均断开时，电容C1、电容C2和电容 C3组成并联在第一级绕组上的第一电容单元，只由电容C1所组成的第一电容单元的电容 值较小，当控制器控制第三开关KF31和第三开关KF32中的一个第三开关闭合、另一个第三 开关断开时，电容C1、电容C2和电容C3组成并联在第二级绕组上的第二电容单元，由电容 C1和电容C2 (或电容C3)并联所组成的第二电容单元的电容值居中，当控制器控制第三开 关KF31和第三开关KF32均闭合时，电容C1、电容C2和电容C3组成并联在第三级绕组上 的第三电容单元，由电容C1、电容C2和电容C3并联所组成的第三电容单元的电容值较大， 艮P，当水温未达到第一预设温度时，控制器控制第三开关KF31和第三开关KF32均断开，并 同时控制静触点i与动触点i相连接，以使压缩机在采用较大阻值的第一级绕组运行的同 时，采用较小电容值的第一电容单元运行。当水温达到第一预设温度、但是尚未达到第二预 设温度时，控制器控制第三开关KF31和第三开关KF32中的一个第三开关闭合、另一个第三 开关断开，并同时控制静触点j〇与动触点j 2相连接，以使压缩机在采用中间阻值的第二级 绕组运行的同时，采用中间电容值的第二电容单元运行。当水温达到第二预设温度时，控制 器控制第三开关KF31和第三开关KF32均闭合，并同时控制静触点j Q与动触点j3相连接， 以使压缩机在采用较小阻值的第三级绕组运行的同时，采用较大电容值的第三电容单元运 行。
[0044] 其中，第三开关的数量还可以与电容的数量相同，即，每一个电容上均直接与一个 第三开关串联，控制器在对各个第三开关进行控制时，与对图8中各个第三开关的控制原 理相同，只需保证最少有一个第三开关闭合即可，结合图8中示出的电气控制图来说，则始 终控制与电容C1相串联的第三开关闭合。电容C1、电容C2和电容C3的电容值大小可以根 据热泵热水器的实际硬件设计和运行时的工况条件进行设置，在该实施例中，电容C1的电 容值可以取25uF，电容C2和电容C3的电容值均可以取10uF。
[0045] 由于在压缩机运行过程中，其采用的绕组阻值不同时，需要电容值不同的电容来 匹配，即，电机的大小与电容大小是相匹配的，电机越大，所需的相匹配的电容越大，反之， 越小。如果电机从小电机切换为大电机时，没有相匹配的电容接入电路，则可能会达到机组 无法正常运行，表现为：若机组处于启动状态，则可能无法正常启动，若机组处于正常运行 状态，则运行时的可能会造成运行不良，电流不稳定等异常情况。本发明优选实施例的热泵 热水器中，通过设置与绕组级别相对应的电容单元，利用电容单元在热泵热水器的电气控 制中能够起到在启动时缓冲大电流、在运行中时稳定电路的作用，达到了提高热泵热水器 的运行稳定性的效果。
[0046] 上述第一开关、第二开关和第三开关均可以是继电器开关，作为第一开关的继电 器开关的开关触点连接在静触点和动触点之间，作为第二开关的继电器开关的开关触点与 图7电容相连接，作为第三开关的继电器开关的开关触点与图8电容相连接，控制器与继电 器开关的控制线圈相连接，通过控制控制线圈中是否有电流流通，来控制继电器开关的通 断。
[0047] 需要说明的是，本发明实施例所提供了热泵热水器中，压缩机的电机线圈可以为 四级以上，对于具有四级以上绕组的电机线圈来说，电机线圈的组成与图1和图5中示出的 具有两级绕组和三级绕组的电机线圈不同之处在于，动触点个数增加为4个以上。对压缩 机的电气控制原理图与图2、图6至图8中示出的电气控制原理图的不同之处在于，第一开 关、第二开关和电容的数量根据实际需要相应地增加。此处均不在赘述。
[0048] 本发明实施例还提供了一种热泵热水器的控制方法，该控制方法主要用于对本发 明实施例上述内容所提供的热泵热水器进行控制，即，热泵热水器包括水箱和压缩机，其 中，压缩机的电机线圈具有多级绕组，多级绕组的第η级绕组的阻值小于多级绕组的第n-1 级绕组的阻值，η为2以上的自然数。图9是根据本发明实施例的热泵热水器的控制方法 的流程图，如图9所示，该实施例的控制方法包括如下步骤S11至S13 :
[0049] 步骤S11 :检测水箱中的水温，得到检测水温
[0050] 可以通过热电偶或热电阻式温度传感器对水箱中的水温进行检测，得到检测水 温；也可以通过温度感温包对水箱中的水温进行检测，得到检测水温。
[0051] 步骤S12 :查找与检测水温对应的绕组，得到第p级绕组
[0052] p为自然数，1彡p彡n，在热泵热水器中存储有不同水温区间与绕组级数之间的对 应关系，其中，一个水温区间范围内的多个水温对应一个相同等级的绕组，不同区间范围内 的水温对应不同等级的绕组，具体如表1所示，查找与检测水温对应的绕组，主要是查找检 测水温所位于的预设温度范围，然后获取与查找到的预设温度范围相对应的绕组，作为第P 级绕组。
[0053] 表 1
[0054] 温度区间 |绕组等级
[Tmin，Tqi) 第一级绕组
[Tqi,Tq2) 第二级绕组
[Tq2, Tq3) 第三级绕组
[Tqn_l, Tmax] 第 η 级绕组
[0055]
[0056] 表1中各个温度区间中临界点预设温度Tqi、Tq2……可以通过以下方式进行 预先设定：
[0057] ( 1)检测热泵热水器所处的室外环境温度Te ;
[0058] (2)将室外环境温度Te减去8?10°C，得到的差值温度；
[0059] (3)计算差值温度对应的饱和压力，得到蒸发压力Pe ;
[0060] (4)由压缩机确定的最优切换压比γ确定蒸发压力Pe对应的冷凝压力Pc， Pc=Pe · y ；
[0061] (5)计算冷凝压力Pc对应的饱和温度，得到冷凝温度Tc ;
[0062] (6)将冷凝温度Tc减去8?10°C，得到切换水温Tq';
[0063] (7)将切换水温IV和预先根据热泵热水器的具体工况情况(冷媒类型、水箱容量 等）设定的温度区间[Tq min，Tqmax]进行比较：
[0064] 若 Tq' e [Tqmin，Tqmax]，则 Tq1=Tq，；
[0065] 若 Tq' < Tqmin，则 TqfTq-;
[0066] 若 Tq' > Tq_，则 TqfTq-;
[0067] (8)将Tqi减去5?10°C，得到Tq2 ;将Tq2减去5?10°C，得到Tq3，依次类推，得 到 Tq4、Tq5......Tqn_1〇
[0068] 步骤S13 :控制压缩机采用第p级绕组运行，并返回步骤Sll
[0069] 具有多级绕组的电机线圈主要是通过在电机线圈上设置不同的抽头，不同的抽头 之间连接，形成不同级别的绕组，结合本发明实施例上述内容所提供的电机线圈的具体结 构（电机线圈上具有一个静触点和多个动触点，静触点和每个动触点之间均连接一个第一 开关）来说明对压缩机的控制，通过控制静触点与多个动触点中的动触点jp之间的第一开 关闭合，来控制静触点与动触点jp相连接，进而实现控制压缩机采用第P级绕组运行，其 中，动触点jp是能够与静触点相连接形成第P级绕组的动触点。直至水箱内的水温达到目 标温度，或者接收到停机指令，控制压缩机停止运行。
[0070] 当压缩机所采用的绕组阻值大时，压缩机内通过的电流小，压缩机相当于小电机， 反之，通过的电流大，压缩机相当于大电机，小电机的最佳工作点对应的阻力矩较小，大电 机的最佳工作点对应的阻力矩较大。在热泵热水器工作工程中，水温越高，热泵热水器的 阻力矩增大，若压缩机采用的绕组不变，则在高水温下，压缩机的运行状态偏离其最佳工作 点，造成效率降低，通过预先存储水温与绕组之间的对应关系，根据检测水温的高低来确定 压缩机需采用的绕组大小，然后控制压缩机按照查找到的绕组运行，实现了在相对低温下 控制压缩机采用较大阻值的绕组运行，以使压缩机作为小电机运行，在相对高温下控制压 缩机采用较小阻值的绕组运行，以使压缩机升级为大电机，进而实现了控制压缩机跟随水 温的变化而保持在最佳工作点，实现提高压缩机的运行效率，解决了现有技术中热泵热水 器随着水温升高性能下降的问题，进而达到了提高热泵热水器整体性能的效果。
[0071] 优选地，多级绕组的每一级绕组上均并联一个电容单元，其中，第η电容单元的电 容值大于第η-1电容单元的电容值，第η电容单元为第η级绕组上并联的电容单元，第η-1 电容单元为第η-1级绕组上并联的电容单元，电容单元的组成和实现方式可以通过上述图 7和图8中的电容来实现，此处不再赘述。本发明实施例的控制方法中还包括：在控制压缩 机采用第Ρ级绕组运行的同时，控制压缩机采用第Ρ电容单元运行，其中，第Ρ电容单元为 第Ρ级绕组上并联的电容单元。
[0072] 由于在压缩机运行过程中，其采用的绕组阻值不同时，需要电容值不同的电容来 匹配，即，电机的大小与电容大小是相匹配的，电机越大，所需的相匹配的电容越大，反之， 越小。如果电机从小电机切换为大电机时，没有相匹配的电容接入电路，则可能会达到机组 无法正常运行，表现为：若机组处于启动状态，则可能无法正常启动，若机组处于正常运行 状态，则运行时的可能会造成运行不良，电流不稳定等异常情况。本发明优选实施例的控制 方法中，通过控制压缩机同时采用相匹配的绕组和电容单元运行，利用电容单元在热泵热 水器的电气控制中能够起到在启动时缓冲大电流、在运行中时稳定电路的作用，达到了提 高热泵热水器的运行稳定性的效果。
[0073] 从以上的描述中，可以看出，本发明实现了提高热泵热水器整体性能的效果。
[0074] 需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的 计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不 同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0075] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种热泵热水器，其特征在于，包括： 水箱； 检测单元，用于检测所述水箱中的水温，得到检测水温； 压缩机，所述压缩机的电机线圈具有多级绕组，其中，所述多级绕组的第η级绕组的阻 值小于所述多级绕组中第η-1级绕组的阻值，η为2以上的自然数；以及 控制单元，与所述检测单元和所述压缩机均相连接，用于查找与所述检测水温对应的 绕组，得到第Ρ级绕组，并控制所述压缩机采用所述第Ρ级绕组运行，其中，Ρ为自然数， 1 < ρ < η，在所述热泵热水器中存储有不同水温区间与绕组级数之间的对应关系，并且，所 述水温区间内的平均水温越高，对应的所述绕组级数越大。
2. 根据权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述电机线圈上具有一个静触点 和多个动触点，所述静触点与所述多个动触点中的动触点j n相连接，形成所述第η级绕组， 所述静触点与所述多个动触点中的动触点jjri相连接，形成所述第η-1级绕组，其中，所述 控制单元用于控制所述静触点与所述多个动触点中的一个动触点相连接，所述控制单元控 制所述静触点与所述多个动触点中的动触点j p连接时，所述压缩机采用所述第Ρ级绕组运 行。
3. 根据权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述控制单元包括： 多个第一开关，其中，所述静触点和所述多个动触点中的每个动触点之间均连接一个 所述第一开关；以及 控制器，与所述检测单元和多个所述第一开关的控制端均相连接，用于控制多个所述 第一开关的通断状态，其中，所述控制器控制所述静触点与所述动触点上之间的所述第一 开关闭合时，所述静触点与所述动触点jp相连接。
4. 根据权利要求3中所述的热泵热水器，其特征在于，所述热泵热水器还包括： 电容单元，其中，所述多级绕组的每一级绕组上均并联一个所述电容单元，并且第n电 容单元的电容值大于第η-1电容单元的电容值，所述第η电容单元为所述第η级绕组上并 联的电容单元，所述第n-Ι电容单元为所述第n-Ι级绕组上并联的电容单元。
5. 根据权利要求4所述的热泵热水器，其特征在于，所述电容单元包括： η个电容，其中，所述η个电容依次串联；以及 多个第二开关，其中，所述η个电容中的至少n-Ι个电容上均并联一个所述第二开关， 所述控制器与多个所述第二开关的控制端均相连接，用于控制多个所述第二开关的开 关状态。
6. 根据权利要求4所述的热泵热水器，其特征在于，所述电容单元包括： η个电容，其中，所述η个电容中的任意两个电容均相互并联；以及 多个第三开关，其中，所述η个电容中的至少n-Ι个电容均串联一个所述第三开关， 所述控制器与多个所述第三开关的控制端均相连接，用于控制多个所述第三开关的开 关状态。
7. -种热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述热泵热水器包括水箱和压缩机，其 中，所述压缩机的电机线圈具有多级绕组，所述多级绕组的第η级绕组的阻值小于所述多 级绕组的第n-Ι级绕组的阻值，η为2以上的自然数，所述控制方法包括： 步骤S11 :检测所述水箱中的水温，得到检测水温； 步骤S12 :查找与所述检测水温对应的绕组，得到第p级绕组，其中，p为自然数， 1 < p < n，在所述热泵热水器中存储有不同水温区间与绕组级数之间的对应关系，并且，所 述水温区间内的平均水温越高，对应的所述绕组级数越大；以及 步骤S13 :控制所述压缩机采用所述第p级绕组运行，并返回步骤S11。
8. 根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，查找与所述检测水温对应的绕组，得 到第P级绕组包括： 查找所述检测水温所位于的预设温度范围；以及 获取与查找到的预设温度范围相对应的绕组，得到所述第P级绕组。
9. 根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述电机线圈上具有一个静触点和 多个动触点，控制所述压缩机采用所述第P级绕组运行包括：控制所述静触点与所述多个 动触点中的动触点j p相连接。
10. 根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述静触点和所述多个动触点中的 每个动触点之间均连接一个第一开关，控制所述静触点与所述多个动触点中的动触点叉相 连接包括：控制所述静触点与所述动触点j p之间的所述第一开关闭合。
11. 根据权利要求7至10中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述多级绕组的每 一级绕组上均并联一个电容单元，其中，第η电容单元的电容值大于第n-1电容单元的电容 值，所述第η电容单元为所述第η级绕组上并联的电容单元，所述第n-1电容单元为所述第 n-1级绕组上并联的电容单元，所述控制方法还包括： 在控制所述压缩机采用所述第P级绕组运行的同时，控制所述压缩机采用第P电容单 元运行，其中，所述第P电容单元为所述第P级绕组上并联的电容单元。
【文档编号】F24H9/20GK104121702SQ201310157091
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月28日 优先权日:2013年4月28日
【发明者】寇颖举, 李绍斌, 曹浩, 史帆, 柳飞, 袁明征 申请人:珠海格力电器股份有限公司