一拖多空調器及其運轉控制方法

專利名稱：一拖多空調器及其運轉控制方法
技術領域：
本發明涉及一種一拖多空調器。特別是涉及一種通過另外單獨的手段 增高供給到變頻器的電壓，由此在使用小容量電容器的同時能夠產生所希 望的電機功率的一拖多空調器及其運轉控制方法。
背景技術：
一般來講，空調器是以制冷/熱室內空氣或者凈化室內空氣為目的，使 室內環境維持舒適狀態的裝置。在具有多個相互獨立的室內空間的大型建 筑物中，廣泛使用著由分別設置在相互獨立的各室內空間，通過利用冷媒 的氣化熱制冷室內空氣的多個室內機，和將在各室內機氣化的冷媒重新轉 換成低溫低壓狀態的一個或一個以上的室外機構成的一拖多空調器。
圖1是現有一拖多空調器的構成示意圖。如圖1所示， 一拖多空調器
由多個室內機la、 lb、 lc和該多個室內機la、 lb、 lc所共享的-個室外 機1構成，多個室內機la、 lb、 lc通過引導各自冷媒流動的冷媒排管2與 室外機1相連接。
例如，室內機la、 lb、 lc設置在室內，與室內機la、 lb、 lc相連接 而引導冷媒循環的室外機1設置在各層的墻外或者陽臺上。 圖2是現有技術室外機的壓縮機控制電路構成示意圖。 如圖2所示，壓縮機控制電路10，由供給常用交流電源的交流電源供 給部R、 S、 T;對交流電源進行整流的二極管整流電路11;起初接通電源 時，能夠防止沖擊電流的沖擊電流防止電路Sl、 S2、 Rl;使被整流的電壓
平滑的整流電容器C;當切斷電源時，將蓄積在整流電容器C上的電壓釋放
的放電電路R2、 S3;使被整流的電壓根據PWM信號進行變換，而將3相電 壓輸出到電機13的變頻器12;以及控制沖擊電流防止電路Sl、 S2、 Rl和 放電電路R2、 S3的控制部14構成。壓縮機控制電路10還設置有根據被整 流的電壓產生PWM信號的PWM生成部(未圖示)。
壓縮機控制電路10，當初始接通電源時，控制部14控制斷幵(Off) 沖擊電流防止電路的電磁開關Sl、 S2，由此使初始電源接通到整流電容器 C，并通過電阻Rl使之緩慢充電，以此防止沖擊電流。為了防止沖擊電流 及整流，整流電容器C需要使用具有數千/"F容量的大容量電容器。
整流電容器C被完全充電后，BP，經過了相當長時間以后，控制部14 控制接通(On)電磁開關S1、 S2，由此使被整流的電壓供給到變頻器12。 此時，電磁開關S3保持斷開(Off)狀態。
當切斷電源時，控制部14為了防止充電于整流電容器C里的充電電壓 被供給到變頻器12，而斷開(Off)電磁開關S1、 S2，接通電磁開關S3， 由此使被充電的電壓消耗在電阻R2上而進行放電。
但是，現有技術的壓縮機控制電路，由于具有整流電容器，因此需要 追加設置為了構成沖擊電流防止電路的電阻R1及電磁開關S1、 S2，和為了 構成放電電路的電阻R2及電磁開關S3。具備于現有的驅動電路中的這些 元件(整流電容器、電阻、開關等)，不僅費用昂貴，而且在電路中所占據 的體積也相當大，因此不利于電路的最小化。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種不必使用大容量的整流電容 器，也能夠以所希望的功率驅動電機的一拖多空調器及其運轉控制方法。
本發明所要解決的另一技術問題是，提供一種以一定大小增高施加于 變頻器的電壓，由此補償PWM信號而執行正確控制的一拖多空調器及其運轉控 制方法。
本發明所采用的技術方案是'種一拖多空調器及其運轉控制方法， 一拖多空調器，由多個室內機和與所有室內機相連接的一個室外機構成， 室外機包括，由對交流電源進行整流的二極管整流電路；平滑被整流電壓 的小容量濾波電容器Cs;接收上述被整流的電壓，并將3相交流電流施加 到電機的變頻器；以及控制變頻器的控制部構成的壓縮機控制模塊，其壓 縮機控制模塊還設置有，連接在二極管整流電路與濾波電容器Cs之間，并 通過控制部的控制，增高被整流電沐:的電壓上升部，以及連接在電壓上升 部與變頻器之間，并檢測整流電壓及增高電壓的電壓感知部，由此，當電 機的運轉頻率大于設定的基準頻率時，控制部控制電壓上升部增高被整流 的電壓，且根據電壓感知部所檢測的電壓，控制變頻器。
所述的電壓上升部，由串聯于二極管整流電路和濾波電容器Cs之間的
電荷蓄積部、并聯于變頻器的輸入端，并通過控制部接通/斷開，使電荷蓄
積部蓄積電荷的開關三極管Tr構成。
所述的電荷蓄積部是線圈U
被整流電壓的增高大小成比于開關的接通/斷開重復次數。 所述的壓縮機的控制模塊，在電壓上升部與濾波電容器Cs之間，還設
置有能夠防止蓄積于濾波電容器Cs的電荷流入到電壓上升部的二極管D。 控制部，根據電機的運轉頻率與基準頻率之間的相差，控制電壓上升
部增高被整流的電壓。
所述的控制部根據增高的電壓，補償現在的PWM信號之占空比。 所述的電壓感知部，是在電壓上升部與變頻器的輸入端之間感知電壓。 所述的壓縮機控制模塊至少包含著串聯的第1電阻和第2電阻的分壓
電阻部，而電壓感知部連接在第1電阻與第2電阻之間。
一種一拖多空調器的運轉控制方法，是用于由整流交流電源的二極管
整流電路，接收被整流的電壓，將3相交流電流施加到電機的變頻器，控
制變頻器的控制部構成的室外機；及至少一個以上的室內機組成的一拖多
空調器的運轉控制方法，包括將電機的運轉頻率與設定的基準頻率進行
比較的階段；根據比較結果，增高被整流電壓的階段；根據增高的電壓，
控制變頻器的階段。
電機的運轉頻率是從變頻器的輸出部算定的頻率。電機的運轉頻率還
可以是設定的指令值。
所述的運轉控制方法，包括檢測被整流的電壓或者增高的電壓的一
部分的階段。
所述的控制階段，是根據增高的電壓，補償現在的PWM信號的占空比。 本發明的一拖多空調器及其運轉控制方法，無需使用大容量的整流電 容器，也能夠根據所希望的功率使電機驅動。另外，本發明可以使施加于 變頻器的電壓增髙到一定的大小，由此補償PWM信號而執行追加的正確控 制。另外，本發明利用增高電壓的功能，可以對電機的運轉頻率進行追加 控制，由此解決噪音等問題。


圖1是現有一拖多空調器的構成示意圖2是現有技術室外機的壓縮機控制電路構成示意圖3是本發明室外機的壓縮機控制模塊構成示意圖4是圖3所示的壓縮機控制模塊的運轉控制方法流程圖； 圖5a及圖5b是電壓增高前的電壓波形和隨之的PWM信號圖形； 圖6a及圖6b是電壓增高后的電壓波形和隨之的PWM信號圖形 其中
21: 二極管整流電路 22:變頻器
23:電機 24:電壓感知部
25:控制部
具體實施例方式
以下，參照附圖及實施例對本發明的一拖多空調器及其運轉控制方法 進行詳細說明。但是，本發明的范圍并不局限在將要說明的以下內容，本 發明的范圍只有被權利要求書所記載的內容所限定。
圖3是本發明室外機的壓縮機控制模塊構成示意圖。 如圖3所示，壓縮機控制模塊20，由提供常用交流電源的交流電源供 給部R、 S、 T;整流交流電源的二極管整流電路21:為了檢測二極管整流 電路21的電壓的分壓電阻部Ra、 Rb;使被整流的電壓根據PWM信號轉換而 將3相電壓輸出到電機23的變頻器22;與分壓電阻部Ra、 Rb相連接，由 此只檢測被整流電壓的一部分的電壓感知部24;根據電壓感知部24檢測的 電壓，補償施加于變頻器22的PWM信號，由此控制變頻器22的控制部25 構成。
在壓縮機控制模塊20中將產生P麗信號的PWM生成部(未圖示)或單 獨設置，或設置在變頻器22的內部，控制部25從P額生成部接收PWM信 號而進行一定的補償后，將該補償的P醫信號輸出到變頻器22，而變頻器 22根據該補償的PWM信號將被整流的電壓輸出到電機23。
壓縮機控制模塊20代替圖2所示的大容量電容器C，在變頻器22的輸 入兩端并聯設置小容量的電容器Cs (例如兒y"F)，由此從被整流的電壓除去 噪音，即起到濾波的作用。
具體來講，分壓電阻部Ra、 Rb由至少2個串聯的電阻Ra和Rb構成， 并對從二極管整流電路21整流的電壓進行分壓。 一般來講，二極管整流電 路21的整流電壓在數百至數千伏特(例如500 1000V)范圍之內，因此， 如此之大的電壓被接通到控制部25屬于過電壓的接通，因此需要進行分壓。
控制部25或者電壓感知部24應該接通一定大小(例如約5V或0. 2V)的電 壓，當常用交流電源為3相電源(220V)時，被整流的電壓最大可以擁有 530 1000V的高峰值，因此電阻Ra相比電阻Rb至少要擁有大于數百倍至 數千倍的電阻值。
電壓感知部24檢測二極管整流電路21整流的電壓或者其一部分。如 圖所示，電壓感知部24為了判讀被整流的電壓的一部分，從分壓電阻部Ra、 Rb判讀電壓。為了保護電壓感知部24或者控制部25，電壓感知部24連接 在電阻Ra與電阻Rb之間，由此接收電阻Rb的電壓。以下，所述的電壓感 知部24或者控制部25所接收的被整流的電壓或者所判讀的電壓是指被分 壓的電壓。
通過整流電路21被整流的電壓(即DC—LINK電壓)，由于作為整流 電容器的電容器Cs為小容量，因此具有相當大小的脈動成分。由于具有脈 動成分的被整流的電壓，電機電流的波形雖然整體上呈正弦波形狀，但該 波形本身含有多個歪曲成分。這些歪曲成分不僅會導致電機23的噪音及振 動，而且還會降低電機23本身的效率，由此電耗效率也隨之降低。
為了解決上述的問題，控制部25判讀通過電壓感知部24檢測的電壓， 并根據下面將要敘述的第1方法及第2方法對PWM信號的脈沖寬度進行補 償。當判讀時，若判讀的電壓具有噪音，則控制部25執行為了去除該噪音 的濾波過程。例如，判讀的電壓是一定間隔的500V、 510V、 470V時，像該 470V的急劇的電壓降是由于噪音所導致，因此通過濾波后判讀為約500V。
首先，對根據第1方法的控制部25的補償進行說明。控制部25在一 定時間段內(例如數秒)通過電壓感知部24接收被整流的電壓，并保存電 壓的最大值Vm。
一般來講，PWM信號的頻率約為16KHz，被整流的電壓的頻率是360Hz (常用交流電源的頻率為60Hz時)，因此脈沖周期T為1/16K (秒)，所 以判讀以該脈沖周期T以下的間隔被整流的電壓，并補償在該脈沖周期T 所產生的脈沖，這樣則充分包含被整流的電壓的特性。在各脈沖的上升部 所判讀的電壓或在下降部所判讀的電壓，由于各脈沖寬度Td小于脈沖周期 T，因此該所判讀的電壓之間只存在相當微小的差異，因此在兩個被判讀的 電壓中，無論使用哪一個都同樣顯示出被整流電壓的特性。
以后，控制部25根據下面的數學公式1,對PWM生成部所產生的PWM 信號，更正確地講對各脈沖寬度進行補償。
數學公式1
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，TcT是被補償的脈沖寬度，Td是現在的脈沖寬度，Vm是電壓的 最大值(常數)，Vdc是對應于現在的脈沖寬度的電壓大小。
接下來，對根據第2方法的控制部25的補償進行說明。控制部25定 義相比被整流的電壓Vdc更大的常數值K,并將該常數值K與被判讀電壓 Vdc之間的差Vd規范到一定范圍N，并根據以下的數學公式2補償對應于 被判讀電壓Vdc的PWM生成部所產生的PWM信號的脈沖寬度Td。數學公式2Td' = Td X N
其中，Td'是被補償的脈沖寬度，Td是現在的脈沖寬度，N是被規范 的數值。
使常數值K大于判讀電壓Vdc的最大值Vm，使規范的范圍在0 2，由 此使對應于判讀電壓的現在的脈沖寬度補償為對應于判讀電壓的范圍N。
電壓差Vd是量的值，為使該電壓差Vd規范為0 2，將通過以下的數 學公式3進行計算。
數學公式3<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，V(Lw是電壓差Vd的高峰-比-高峰值，為使N在0 2的范圍之 內，將VcLw除以2。
上述的第1方法及第2方法，最終以補償PWM信號的脈沖的方式，即 以補償PWM信號的占空比的方法控制變頻器22。
如上，可以代替圖2所示現有技術的大容量電容器C安裝小容量的電 容器Cs。
當使用小容量的電容器Cs時，控制部25利用電壓感知部24感知DC 連接端(A—B端)的電壓變動，由此將電機的輸出補償為例如30Hz至90Hz。 但是，當電機23的運轉頻率超過例如80Hz時，PWM的周期會具有滿占空比 (full duty)，因此，當大于80Hz時，不可能根據從電壓感知部24接收 的電壓大小來補償PWM信號。進而，當運轉頻率超過80Hz時，控制部25 將檢測電壓固定為例如540V，將占空比(duty)(即，脈沖寬度)也固定 為最大，隨之，施加于電機23的電流波形會產生歪曲而導致噪音，這樣會
對室外機的特性帶來嚴重影響。在此，電機23的運轉頻率是指現在電機23 的檢測運轉頻率，或者是從室外機的主控制模塊接收的--定的指令值。電 機23的檢測運轉頻率可以根據指令值變化，也可以根據負荷而自動變化， 因此在本說明書中所說的電機23的運轉頻率包括所有這些概念。
電機23的運轉頻率的算定，要么是安裝于電機23的裝置，要么是算 定從變頻器22施加到電機23的電流頻率的裝置。
因此，壓縮機控制模塊20，在DC連接端(A—B端)的二極管整流電 路21與小容量電容器Cs之間，特別是在二極管整流電路21與分壓電阻部 Ra、 Rb之間還設置電壓上升部30。即，當電機23的運轉頻率大于基準頻 率(例如80Hz)時，控制部控制電壓上升部30，使DC連接端(A—B端) 的輸出電壓增高，由此根據該輸出電壓的增高，PWM信號的可補償的脈沖寬 度會增加，因此可以對電機23進行精確控制。
具體來講，電壓上升部30，包括有接收控制部25的控制信號的基極， 其集電極和發射極分別連接在DC連接端(A—B端)并作為開關的晶體管 Tr;和根據晶體管Tr的接通/斷開(on/off) DC連接端(A—B端)的電壓 狀態會產生變化，因此隨之蓄積電荷的且作為電荷蓄積部的線圈L(電抗器) 構成。晶體管Tr根據控制部25的控制信號執行接通/斷開(on/off)，并 根據該接通/斷開(on/off) DC連接端(A—B端)的電壓狀態產生變化， 而且根據該變化由于線圈的特性電荷會蓄積，并成為新的電源。即，被蓄 積的電荷在DC連接端(A—B端)會成為追加的電壓，因此成比于該蓄積的 電荷，電壓會增高。
另外，DC連接端(A—B端)電壓狀態的變化也會對電容器Cs產生影 響，而電容器Cs的反映會阻撓線圈L的電荷蓄積，因此為了防止蓄積于電 容器Cs的電荷流入到線圈L，在線圈L與電容器Cs之間，尤其在分壓電阻 部Ra、 Rb與電容器Cs之間連接二極管D。該二極管D相對于電容器Cs為 逆向連接，由此防止從電容器Cs流入電荷。
另外，根據被蓄積的電荷而增高的電壓成比于隨控制部25的控制命令 所開閉的晶體管Tr的接通/斷開(on/off)之開閉速度或次數而增加。在 此，控制命令可以用例如脈沖的方式提供。增高的電壓最終會增加施加于 變頻器22的電壓大小，而控制部25根據該增加調整施加于變頻器22的PWM
信號的占空比(duty) 。
B卩，對于同樣電機23的輸出來講，相比增高之 前的PWM信號的脈沖寬度增高之后的PWM信號的脈沖寬度要小，因此可以 根據上述的第1方法及第2方法追加補償增髙后的PWM信號的脈沖寬度， 進而能夠精確控制電機23的輸出。所述的補償，即是增大脈沖寬度的補償， 會使電機23的運轉頻率增加而提高功率。
圖4是圖3所示的壓縮機控制模塊的運轉控制方法流程圖。
具體來講，在S41階段控制部25對電機23的運轉頻率fc與基準頻率 fo進行比較。其電機的運轉頻率是從變頻器的輸出部算定的頻率或是設定 的指令值。若電機23的運轉頻率fc大于基準頻率fo，則進入S42階段； 反之，由于現在狀態下，也能夠對PWM信號進行補償，因此結束。
在S42階段，控制部25控制電壓上升部30，且為使電壓成比于運轉頻 率fc與基準頻率fo之差而上升，生成并輸出控制命令。
在S43階段，電壓感知部24檢測反映有增高電壓的DC連接端(A—B 端)的一部分電壓，之后傳遞給控制部25。
在S44階段，控制部25根據從電壓感知部24接收的電壓，補償PWM 信號的占空比。例如，根據該電壓的大小，使之補償為相比以前的PWM信 號脈沖寬度要小。
在S44階段之后，控制部25根據上述的第1方法及第2方法追加補償 已被補償的PWM信號之脈沖寬度，由此根據指令值精確控制電機23。
圖5a、圖5b是電壓增高前的電壓波形和隨之的PWM信號圖形。
如圖5a所示，當電機23的運轉頻率達到80Hz時，使電壓感知部30 感知的電壓固定在540V，如圖5b所示，PWM信號的脈沖寬度會達到最大， 而沒有余地(margin)對PWM信號進行變化，由此為了追加調整頻率的脈 沖寬度的補償變為困難。
圖6a、圖6b是電壓增高后的電壓波形和隨之的PWM信號圖形。如圖 6a所示，當電機23的頻率大于基準頻率fo時，控制部25控制電壓上升部 30,使電壓增高一定的大小，例如增高到600V，并通過電壓感知部30檢測
隨之的電壓，而補償現在的P麗信號的脈沖寬度，即補償占空比，由此如 圖6b所示，占空比的余量會顯著增加。由于的增加，控制部25通過追加 的PWM信號補償，例如在80Hz以上時，也使電機23的運轉保持正常。
權利要求
1.一種一拖多空調器，由多個室內機和與所有室內機相連接的一個室外機構成，其特征在于，室外機包括，由對交流電源進行整流的二極管整流電路(21)；平滑被整流電壓的小容量濾波電容器CS；接收上述被整流的電壓，并將3相交流電流施加到電機(23)的變頻器(22)；以及控制變頻器(22)的控制部(25)構成的壓縮機控制模塊(20)，其壓縮機控制模塊(20)還設置有，連接在二極管整流電路(21)與濾波電容器CS之間，并通過控制部(25)的控制，增高被整流電壓的電壓上升部(30)，以及連接在電壓上升部(30)與變頻器(22)之間，并檢測整流電壓及增高電壓的電壓感知部(24)，由此，當電機的運轉頻率大于設定的基準頻率時，控制部(25)控制電壓上升部(30)增高被整流的電壓，且根據電壓感知部(24)所檢測的電壓，控制變頻器(22)。
9. 根據權利要求8所述的一拖多空調器，其特征在于，所述的壓縮機 控制模塊(20)至少包含著串聯的第1電阻和第2電阻的分壓電阻部，而 電壓感知部(24)連接在第1電阻與第2電阻之間。
10. —種一拖多空調器的運轉控制方法，其特征在于，是用于由整流 交流電源的二極管整流電路(21)，接收被整流的電壓，將3相交流電流 施加到電機(23)的變頻器(22)，控制變頻器(22)的控制部(25)構 成的室外機；及至少一個以上的室內機組成的一拖多空調器的運轉控制方 法，包括將電機的運轉頻率與設定的基準頻率進行比較的階段；根據比 較結果，增高被整流電壓的階段；根據增高的電壓，控制變頻器的階段。
11. 根據權利要求io所述的一拖多空調器的運轉控制方法，其特征在于，電機的運轉頻率是從變頻器的輸出部算定的頻率。
12. 根據權利要求IO所述的一拖多空調器的運轉控制方法，其特征在 于，電機的運轉頻率是設定的指令值。
13. 根據權利要求10所述的一拖多空調器的運轉控制方法，其特征在 于，所述的運轉控制方法，包括檢測被整流的電壓或者增高的電壓的一 部分的階段。
14. 根據權利要求10所述的一拖多空調器的運轉控制方法，其特征在于，所述的控制階段，是根據增高的電壓，補償現在的p麗信號的占空比。
全文摘要
一種一拖多空調器及其運轉控制方法，一拖多空調器是由多個室內機和與所有室內機相連接的一個室外機構成，室外機包括，二極管整流電路；小容量濾波電容器C_S；接收上述被整流的電壓，并將3相交流電流施加到電機的變頻器；以及控制變頻器的控制部構成的壓縮機控制模塊，其壓縮機控制模塊還設置有，連接在二極管整流電路與濾波電容器C_S之間增高被整流電壓的電壓上升部，以及連接在電壓上升部與變頻器之間的電壓感知部。空調器的運轉控制方法，包括將電機的運轉頻率與設定的基準頻率進行比較的階段；根據比較結果，增高被整流電壓的階段；根據增高的電壓，控制變頻器的階段。本發明的無需使用大容量的整流電容器，也能夠根據所希望的功率使電機驅動。
文檔編號H02M5/00GK101110562SQ20061001486
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月19日 優先權日2006年7月19日
發明者丘必寧, 張虎龍, 洪暎昊 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司