一种直流风机控制方法及装置与流程

本发明属于燃烧器风机控制领域，具体地说，涉及一种直流风机控制方法及装置。

背景技术：

燃气采暖热水设备在使用过程中遇到外界风压大或排风风道堵塞的情况时，若此时设备处于点火过程，则燃气采暖热水设备会出现点不着火或点火爆燃的情况，若处在正常燃烧过程中，燃气采暖设备会出现熄火或者燃烧空气量不足导致燃烧不充分的问题，以至于烟气超标。上述问题严重影响用户的使用体验和使用安全。

目前市场上在售的部分预混式燃气采暖热水设备产品，多使用交流风机作为风量输送单元，需要结合风压开关、文丘里结构等组成气流监测装置，但因交流风机不可调速，此气流监测装置只能是被动防御，当外界阻力增大时，气流监测装置被动关闭，且风压开关等为易损部件，增大了机器故障率。另一部分使用直流风机作为风量输送单元的预混式燃气采暖热水设备，通过监测风机输入电流或功率，控制风机转速来达到气流监测的目的，此控制方法虽可以实现对外界风压变化的抵御，但因风机电流、调整风机转速是人为测试确定，存在人为误差，且外界阻力任意变化时，无法保证燃烧的空燃比始终保持在合理范围内。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供了一种可以智能抵御风压变化且保证燃烧空燃比始终在合理范围的直流风机控制方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明的第一方面公开了一种直流风机控制方法，用于燃气设备，在燃气设备运行过程中，保持风机电磁转矩M＝负载转矩Mfz，并对随风机电磁转矩变化而变化的风机转速进行检测，当检测到的风机转速处于预设区域外时控制燃气设备停机。

进一步地，所述负载转矩随燃气设备所处的工况环境变化，且负载转矩为风机电磁转矩的唯一决定条件；所述风机电磁转矩和风机转速呈反比关系。

进一步地，所述预设区域为一合理风速区间，所述风机风速超出或低于预设范围时负载转矩过大或过小。

进一步地，所述控制方法包括以下步骤：

S1、启动燃气设备，当输入某一确定PWM值时，判断风机电磁转矩M是否与负载转矩Mfz相等，若两者不相等则进行控制使得两者相等，若两者相等则执行步骤S2；

S2、判断燃气设备的当前状态，并依据当前状态分配调用不同的燃气设备工作状态函数，监测燃气设备的风机电磁转矩M及风机转速V，确定燃气设备当前的工作区域；

S3、对风机转速进行实时监测，判断风机转速V是否在预设区域，若不是，则关闭燃气设备，若是，则执行步骤S4；

S4、在燃气设备运行过程，当负载转矩Mfz变化时，控制风机电磁转矩M＝负载转矩Mfz，并重复步骤S3。

进一步地，所述S4包括以下步骤：

S41、当负载转矩Mfz变小时，风机电磁转矩M随之变小，使其M＝Mfz，风机转速V增大，判断风机转速V是否在预设区域，若不是，则关闭燃气设备；

S42、当负载转矩Mfz变大时，风机电磁转矩M随之变大，使其M＝Mfz，风机转速V减小，判定风机转速V是否在预设区域，若不是，则关闭燃气设备。

所述步骤S2中燃气设备的当前状态包括点火状态和燃烧状态，所述燃气设备工作状态函数主要包括两个可变参数：风机电磁转矩M与风机转速V。

进一步地，所述方法还包括以下步骤：在燃气设备受保护关闭后，重新启动燃气设备，并对该启动次数进行计数，判断是否达到启动次数限制，若达到启动次数限制则关闭燃气设备并报故障维修，否则返回继续执行步骤S1；所述方法通过控制风机的电流大小实现风机电磁转矩M与负载转矩Mfz相等。

本发明的另一方面公开了一种应用如上所述直流风机控制方法的装置，所述装置包括检测模块、判断模块和控制模块，所述检测模块与判断模块相连，所述判断模块与控制模块相连；所述判断模块装载有可调用的燃气设备工作状态函数，所述燃气设备工作状态函数随不同的输入PWM值而确定。

进一步地，所述检测模块包括分别用于检测并保存风机电磁转矩M、负载转矩Mfz及直流风机风速V的三个检测单元；所述判断模块包括第一判断模块和第二判断模块，所述第一判断模块用于判断检测模块检测到的风机电磁转矩M和负载转矩Mfz是否相同，所述第二判断模块用于判断检测模块检测到的风机风速V是否超出预设区域。

进一步地，所述控制模块根据第一判断模块得到的结果对直流风机进行控制，所述控制模块根据第二判断模块得到的结果对燃气设备进行控制。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的燃气设备直流风机在恒功率条件下进行控制，通过风机电控板实时调节风机电流大小保持风机电磁转矩与负载转矩相等，实现了对风压变化的智能抵御，保证了空燃比始终保持在合理范围内，维持了燃气设备的高燃烧效率；2、本发明的控制方法，通过装置实现智能控制，排除了人为控制可能带来的误差，使得控制更精准；3、在通过控制燃气设备实现对客观工况的智能抵御过程中，当观测到的参数出现异常时，控制燃气设备安全关机，必要时进行检修，避免了设备异常造成的事故，提升了使用体验并保证了设备安全。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本发明实施例中风机控制流程图；

图2是本发明实施例中风机控制原理图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在燃气设备使用过程中，由于所处环境不同或设备内部状况会发生变化，需要燃气设备随时进行适宜性调整以保证达到合适的空燃比，使得燃气设备维持在较高的燃烧效率。另一方面，若燃气设备的外部或内部的变化过大，导致燃气设备无法适应当前模式时，需要对燃气设备安全停机并对之进行调整维修。

直流风机的风速可调且调节范围广泛，若充分利用其可调风域达到无极变化，则可以使得应用该直流风机的燃气设备的燃烧空燃比始终保持在合理范围内，有效提升了用户体验和使用安全；另一方面对直流风机工作速率进行实时监测，保证燃气设备处于合理的自适应情况下，也可避免意外状况的发生。

由于燃气设备的工作环境发生变化时，主要是导致参数负载转矩发生变化，若设备可以随负载转矩的变化实时调整自身的某些参数，则可达到无极控制的目的，同时，对变化的参数进行实时监测，当超出合理范围时实施安全保护措施。

目前，可实现上述目的的直流风机控制方法包括一种转矩控制方法，转矩控制方法通过对直流风机设定输入某一PWM值，保证了直流风机内置电机的轴输出功率不变。又由于，在恒功率调速的情况下即风机达到调速稳态时，转矩控制实质上转变为对风机电磁的磁场控制，因此要求负载转矩适应于风机电磁转矩的变化。此时，当负载转矩一经客观工况所确定后，电磁转矩就唯一地被决定了，此电磁转矩不仅与调速控制无关，而且不能随意改变其量值，能做到无极变化，即达到了精确控制风量的目的。

另一方面，在直流风机随外界情况变化调节的过程中，电磁转矩与风机风速呈反比关系，电磁转矩变大会导致风机风速变小，反之电磁转矩变小会导致风机风速变大。通过观测风机风速的变化可以判断当前的负载情况，若风机风速超出了合理的预设范围时，则代表目前燃气设备承受的负载过大，对燃气设备进行安全关机实现了设备保护。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例中风机控制的流程图。本实施例所述的一种直流风机控制方法，即为一种基于转矩控制的方法。当对直流风机设定好输入某一PWM值后，在燃气设备的客观工况变化的情况下，通过控制风机的电流大小，可以始终保证风机电磁转矩M与负载转矩Mfz相等，此时对随风机电机转矩M变化而呈反比变化的风机转速V进行检测，当检测到的风机转速V处于预设区域外时控制燃气设备安全停机。该方法实现了对风压变化的智能抵御，保证了空燃比始终保持在合理范围内，维持了燃气设备的高燃烧效率。

此处，对风机的电流大小控制为设备智能调节，不涉及人工调节的干扰，具体的，所控制的风机电流大小具体为电枢电流的大小，在直流风机中，风机内置的电机转子即为电枢。风机的控制模块即电控板，通过控制电机转子通过电流的大小实现风机电磁转矩大小的控制，实现风机电磁转矩M与负载转矩Mfz相等。而负载转矩是指风机电机驱动负载时需要的扭矩，由当前的实际工作负载确定。通过装置实现智能控制，排除了人为控制可能带来的误差，使得控制更精准。

如图2所示，为直流风机控制原理图，①区域即为预设区域，当风机转速V处于①区域内时代表此时负载正常，燃气设备可以负荷；当风机转速V处于②区域时，代表风机转速V超出了合理范围，此时需要控制设备安全停机或进行维修。其中，①区域及②区域两个区域的划分视风机的具体使用情况确定，可灵活调整。

该控制方法具体包括以下步骤：

S1、启动燃气设备，此时对直流风机输入某一确定的PWM值，即确定了直流风机电机的轴输出功率，此时判断风机的风机电磁转矩M与负载转矩Mfz是否相等，若不相等则控制使其相等，若相等则进入下一步骤；该步骤为一初始校准步骤，在燃气设备开启后，进行初步的控制。

S2、对燃气设备的当前状态进行判断确认，此处的当前状态主要包括点火状态和燃烧状态，依据当前的状态分配调用不同的燃气设备工作状态函数，并依据调用的具体工作状态函数进行后续的判断，该函数即为如图2所示的示意图，横轴为风机电磁转矩M，纵轴为风机转速V，两者呈反比关系；

此时通过监测燃气设备的风机电磁转矩M及风机转速V，确定燃气设备当前的工作区域，并进行实时的观察。

S3、对风机转速V进行实时监测，判断风机转速V是否在预设区域①内，若不在预设区域①内即处于区域②内时，则代表此时风机转速V过大或过小，风机转速V过大可能因风道堵塞、外界风压过大等原因造成，而风机转速V过小的可能是由设备部件坏损等原因引起，此时应当关闭燃气设备，若经判断此时风机转速V在预设区域①内，则表示风机转速V合理，继续下一步骤。由于在直流风机输入某一确定的PWM值后，直流风机电机的轴输出功率已确定，风机的风机电磁转矩M只与负载转矩Mfz有关。对此时的燃气设备工作状态进行观测时，因为风机转速V与风机电磁转矩M呈反比变化，考虑对风机转速V进行观测，也间接地实现了对负载转矩Mfz的观测。

S4、在燃气设备运行过程中，当客观工况改变时，即负载转矩Mfz变化时，控制使其风机电磁转矩M与负载转矩Mfz相等，并重复执行步骤S3。

优选的，在燃气设备受保护关闭后，重新启动燃气设备，并对启动次数进行计数，判断启动次数是否达到限制，若达到启动次数限制则关闭燃气设备并报故障维修，否则返回继续从步骤S1开始执行。重启次数的设置及超出预设次数后的相关措施，保障了燃气设备的使用安全，首先排除临时意外情况对燃气设备运行造成的暂时性影响，若经多次重启均失败，则判断为设备故障或破损，此时应该停止对燃气设备的操作并进行检修。

更优选的，此时启动次数为两次，当重启两次后燃气设备仍未顺利打开，则表示设备故障严重或外界环境过于恶劣，此时应进行环境检测排查或对设备进行报故障维修。

在步骤S4中，控制风机电磁转矩M与负载转矩Mfz相等的过程具体包括：当随着客观工况变化的负载转矩Mfz变小时，风机电磁转矩M随之变小，使其风机电磁转矩M＝负载转矩Mfz，风机转速V逐渐增大；当随着客观工况变化的负载转矩Mfz变大时，风机电磁转矩M随之变大，使其风机电磁转矩M＝负载转矩Mfz，风机转速V逐渐减小。风机转速V与风机电磁转矩M始终呈反比关系。

优选的，以上步骤中燃气设备实现风机电磁转矩M＝负载转矩Mfz的具体方法，均是通过风机电控板对风机电流大小进行控制实现。更优选的，实现风机电磁转矩M＝负载转矩Mfz的具体方法，为对与参数风机电磁转矩M相关的可调变量进行控制，不局限于对风机电流的控制。

实施例二

图中未示出，本实施例所述的一种直流风机控制装置，应用于如实施例一所述的直流风机控制方法。该直流风机控制装置包括检测模块、判断模块和控制模块，其中，检测模块与判断模块相连，判断模块与控制模块相连。

在判断模块上装载有可调用的燃气设备工作状态函数，燃气设备工作状态函数随不同的输入PWM值而确定，当对装置输入某一确定PWM值后，燃气设备的工作状态函数也随之确定，并设定好了针对风机转速V的预设区域值。

检测模块包括分别用于检测并保存风机电磁转矩M、负载转矩Mfz及直流风机风速V的三个检测单元。判断模块包括第一判断模块和第二判断模块，第一判断模块将检测模块检测到的风机电磁转矩M和负载转矩Mfz进行比较，判断两者是否相同，第二判断模块将检测模块检测到的风机风速V与预设区域的值进行比对，判断风机风速V是否超出了预设区域。

控制模块根据第一判断模块得到的结果对直流风机进行控制，当风机电磁转矩M和负载转矩Mfz两者不同时，控制使得两者相同；控制模块根据第二判断模块得到的结果对燃气设备进行控制，当风机风速V超出预设区域时，控制燃气设备安全停机。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。