变频压缩机控制方法及制冷器具与流程

1.本发明涉及制冷器具技术领域，尤其涉及变频压缩机控制方法及制冷器具。


背景技术：

2.相关研究认为制冷器具用变频压缩机的开机率在70%
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80%时，能最好的发挥变频压缩机的优势，实现降低能耗的目的，目前压缩机变频技术包括机控变频技术和电控变频技术。
3.机控变频技术的控制规则为预设压缩机初始转速、运行提速时间、运行提速速率和整机开机率，当到达提速时间时压缩机按规定速率提升运行转速，直至整机按预设的开机率稳定运行。机控变频技术存在变频压缩机转速变化（提速、降速）固定，稳定运行后，转速变化又相对较大，系统适应能力差等弊端。
4.电控变频技术的控制规则为通过监测环温传感器、各间室的温度传感器、压缩机的累积运行时间以及设置的特殊功能等，根据采集到的各种参数来调节压缩机的运行转速。目前出现的电控变频技术不能充分发挥出变频压缩机的变频优势，压缩机的开机率不能稳定维持在最佳状态，导致制冷器具的能耗仍然较大。
5.因此，如何有效降低能耗的变频压缩机控制方法是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的缺陷，本发明提出变频压缩机控制方法及制冷器具，该变频压缩机控制方法通过控制压缩机的开机率，以实现降低能耗的目的，同时增强变频压缩机的系统适应能力。
7.本发明采用的技术方案是，设计变频压缩机控制方法，包括：压缩机开机时，采集反映本次压缩机所提供总冷量的转速相关数据；判断是否满足停机条件，若是则压缩机停机，累积本次压缩机的停机时长t2；根据目标压缩机开机率a、停机时长t2以及转速相关数据计算下一次压缩机的启动转速。
8.本发明在压缩机开机前，根据上一次压缩机的运行数据（包含转速相关数据、停机时长t2）和目标压缩机开机率a，计算得到本次压缩机的启动转速之后，压缩机以该启动转速启动运行。当计算出的启动转速大于该压缩机的最高转速时，压缩机以最高转速启动运行；当计算出的启动转速小于该压缩机的最低转速时，压缩机以最低转速启动运行。
9.在一实施例中，压缩机的转速由压缩机的电流i控制，转速相关数据为电流运行数据∑it，根据电流运行数据∑it和理论开机时长t1’计算下一次压缩机的启动电流i’，从而控制下一次压缩机的启动转速。
10.其中，采集反映本次压缩机所提供总冷量的电流运行数据∑it包括：从压缩机开机时第一次采集电流i之后，每隔设定检测时间t，采集一次压缩机的电流i；计算电流运行数据∑it，电流运行数据在下一次压缩机开机之前清零。
11.根据电流运行数据∑it和理论开机时长t1’计算下一次压缩机的启动电流i’包括：启动电流i’的计算方式为：理论开机时长t1’= a*t2/(1
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a)，启动电流i’=∑it/ t1’。
12.优选的，变频压缩机控制方法还包括：在压缩机开机时，累积本次压缩机的开机时长t1；根据开机时长t1和上一次所述压缩机的停机时长t2计算实时开机率；当实时开机率高于目标压缩机开机率范围时，执行压缩机转速提升动作。
13.本发明通过计算实时开机率判断间室负荷是否显著增大，以及时作出压缩机转速提升动作，增加压缩机所提供的冷量，使得间室温度能够快速下降，保障制冷器具稳定安全运行。
14.在一些实施例中，压缩机转速提升动作包括：每隔设定调整时间，将压缩机的转速提升目标调整量；当压缩机的转速达到最高转速时，维持最高转速直至压缩机停机。
15.优选的，变频压缩机控制方法还包括：当压缩机所在的制冷器具达到化霜条件时，压缩机以设定强冷转速启动运行。此设定强冷转速启动运行设计的好处是使间室温度拉的更低，以防止化霜引起的温度回升过高，影响制冷器具的使用效果。
16.优选的，压缩机所在的制冷器具通电开机或者化霜结束后第一次开机时，压缩机以最高转速启动运行。制冷器具通电开机的下一次开机、或者化霜结束后第二次开机、或者实时开机率高于目标压缩机开机率范围的下一次开机时，根据当前环境温度选择以对应的设定转速控制压缩机启动运行，从第三次开始进行本发明控制方法的迭代运行计算。
17.本发明还提出了采用上述变频压缩机控制方法的制冷器具，当制冷器具的间室温度上升至开机温度时，压缩机开机；当制冷器具的间室温度下降至停机温度时，压缩机停机。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、以目标压缩机开机率a为调控目标，根据压缩机上一个启停周期的运行数据计算下一个启停周期的压缩机启动转速，压缩机的开机率稳定维持在最佳状态，有效降低能耗，同时增强变频压缩机的系统适应能力；2、以满足目标压缩机开机率范围为调控目标，当实时开机率高于目标压缩机开机率范围时，执行压缩机转速提升动作以提高冷量供应，保障制冷器具稳定安全运行。
附图说明
19.下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：图1是本发明中变频压缩机控制方法的整机控制流程图；图2是本发明中高环温负荷下一直以最高转速运行的调节过程示意图；图3是本发明中低环温负荷下一直以最低转速运行的调节过程示意图；图4是本发明中负荷显著增大后的调节过程示意图。
具体实施方式
20.本发明提出的变频压缩机控制方法适用于制冷器具，可以是独立式制冷器具，或者多个间室但可以通过调节风量或通过其他方法实现同步制冷的组合式制冷器具，制冷器具常见有冰箱、冰柜等。一般来说，制冷器具的压缩机是周期性运行，每个启停周期包含一
次压缩机开机和一次压缩机停机，当制冷器具的间室温度上升至开机温度时压缩机开机，当制冷器具的间室温度下降至停机温度时压缩机停机。本文中出现的“本次”、“下一次”是指两次连续相邻的启停周期，同样的，“上一次”、“本次”也是指两次连续相邻的启停周期。
21.具体来说，变频压缩机控制方法包括：压缩机开机时，采集反映本次压缩机所提供总冷量的转速相关数据，该转速相关数据仅在本次压缩机的开机期间采集；判断制冷器具是否满足停机条件，若是则压缩机停机，累积本次压缩机的停机时长t2；根据目标压缩机开机率a和停机时长t2，计算下一次压缩机的理论开机时长t1’，再根据转速相关数据和理论开机时长t1’计算下一次压缩机的启动转速。
22.该控制方法的设计原理为：在一定环温、负荷及固定温度档位下，当间室的温度下降到停机温度后，间室温度每次从停机温度回温到开机温度的时长基本是一致的，然后间室每次从开机温度下降至停机温度所需的冷量也认为基本是一致的，因此设定目标压缩机开机率a后，即可根据本次停机时长t2反推下一次应有的理论开机时长t1’，然后用冷量相等关系，即可进一步算出下一次开机时压缩机应有的启动转速。
23.也就是说，本发明在压缩机开机前，以目标压缩机开机率a为调控目标，根据上一次压缩机的转速相关数据和停机时长t2，计算得到本次压缩机的启动转速之后，压缩机再以该启动转速启动运行。
24.如图1所示，在优选实施例中，压缩机的转速由压缩机的电流i控制，转速相关数据可以采用电流运行数据∑it，根据电流运行数据∑it和理论开机时长t1’计算下一次压缩机的启动电流i’，从而控制下一次压缩机的启动转速。
25.其中，采集反映本次压缩机所提供总冷量的电流运行数据∑it包括：从压缩机开机时第一次采集电流i之后，每隔设定检测时间t，采集一次压缩机的电流i，计算电流运行数据∑it，转速相关数据在下一次压缩机开机之前清零。
26.由于变频压缩机的cop实际波动不大，且制冷器具运行时的电压基本不变，再结合公式cop=q/w、w=∑uit，忽略cop的较小波动影响，那么单次开机过程中，压缩机所提供的总冷量q大致可认为正比于∑it。在一定环温、负荷及固定温度档位下，运行平稳后压缩机每次开机所需的总冷量q大致可认为是一致的，停机时长t2基本也是一致的，即：q'=q，t2'=t2，q为本次开机提供总冷量，q'为下一次开机提供总冷量，t2为本次停机时长，t2'为下一次停机时长。
27.根据压缩机开机率的计算公式：t1’/（t1’ t2’）=a，那么下一次压缩机开机的理论开机时长t1’= a*t2/(1
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a)。进一步的，下一次开机时压缩机的启动电流i’的计算公式为： i’=∑it/ t1’=∑it*（1
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a）/（a*t2）。最后根据计算得出的启动电流i’，对应的输出压缩机下一次的启动转速，通过调节启动转速控制压缩机开机率。
28.需要说明的是，设定检测时间t的取值可以根据实际需要设计，比如1min。a的取值范围在70%~80%之间，开机率过小时，压缩机转速大，开停频繁，每次开机时的功耗比较大，制冷器具整体能耗增大。开机率过大时，压缩机转速小，那么压缩机可能就不停机运行或者停机时长只有保护时间，即还在停机保护时间内，间室温度就已经超过开机温度，停机保护时间一到立马制冷，这样能耗也较大。因此压缩机开机率在70
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80%时，耗电量是最佳的。在
最优实施例中，a取值为75%，即t1’/（t1’ t2’）=75%，t1'=3*t2'=3*t2，i'=∑i't'/t1'=∑it/(3*t2)。
29.在一些实施例中，制冷器具是在间室温度回升到开机温度时开机制冷，因此需在间室温度到达开机温度时，先计算出下一次压缩机的启动转速，然后∑it清零，之后开机制冷，开机时长t1和停机时长t2在每次停机时刻清零。
30.正常运行过程中，本发明的变频压缩机控制方法的调控过程如下，当负荷降低时，压缩机按上一次冷量计算的启动转速运行会更快停机，因此本次开机期间累积的反映冷量大小的转速相关数据，计算得到的下一次开机的启动转速直接降低，即可进行降速调节。当负荷增大时，压缩机按上一次冷量计算的启动转速运行会开机更久，因此本次开机期间累积的反映冷量大小的转速相关数据会更大，计算得到的下一次开机的转速直接增大，即可进行升速调节。如果计算的启动转速大于最高转速，如图2所示，如高环温负荷下，每次停机时间可能都只有停机保护时间，所需冷量又很大，此时按最高转速运行；计算的转速小于最低转速，如图3所示，如低环温负荷下，压缩机以最低转速运行，开机率可能也达不到目标压缩机开机率，则按最低转速运行。
31.较优的，如图3所示，变频压缩机控制方法还包括：在压缩机开机时，累积本次压缩机的开机时长t1；根据开机时长t1和上一次所述压缩机的停机时长t2计算实时开机率，实时开机率的计算公式为t1'/（t1' t2）；当实时开机率高于目标压缩机开机率范围时，则说明负荷显著增大，需要执行压缩机转速提升动作，转速提升动作的实现形式有多种，可以是每隔设定调整时间，将压缩机的转速提升目标调整量。
32.本发明通过计算实时开机率判断间室负荷是否显著增大，其原因是当室内负荷显著增大时，比如在冰箱中放入大量食物，那么单次开机时间会显著增加，实时开机率会高于目标压缩机开机率范围，因此需要执行压缩机转速提升动作，增加压缩机所提供的冷量，使得间室温度能够快速下降，保障制冷器具稳定安全运行。
33.为便于理解，以目标压缩机开机率范围为70%~80%进行说明，当t1'/（t1' t2）>80%时，即t1'>4*t2时，每隔3min将压缩机的转速提升300rpm，当压缩机的转速达到该压缩机的最高转速时，维持最高转速直至压缩机停机。由于本次开机期间的转速相关数据较大，故下次开机计算得的压缩机转速也是有所偏大的，其开机率也应偏低于目标压缩机开机率a，经过降速调整，第三次开机及之后即可趋于目标开机率。
34.进一步的，变频压缩机控制方法还包括：当制冷器具达到化霜条件时，压缩机以设定强冷转速启动运行设定降温时长，比如3800rpm运行4h。开机阶段到达化霜条件时，直接进行强冷，到达停机条件，等待停机保护时间后开机进行强冷，然后执行化霜动作，比如回风化霜、加热器化霜或滴水化霜等。本发明在达到化霜条件时进行强冷降温的好处是将间室温度拉的更低，以防止化霜引起的温度回升过高，影响制冷器具的使用效果。需要说明的是，制冷器具通电开机或者化霜结束后第一次开机时，压缩机以最高转速启动运行。压缩机停机保护时间可以都设置为10min，也可以根据具体的环温段设置不同的保护时间，以满足间室的不同回温情况。
35.结合上文的实施例，如图1所示，整机运行过程中的压缩机的变频控制过程如下，
首先通电后，压缩机按最高转速启动运行，以便间室温度快速拉下来，之后累积每次的开机时间t1、停机时间t2和反映冷量大小的参数∑it，并根据这些参数计算出压缩机下一次启动时应有的启动转速，压缩机每一次的运行都是对上一次运行结果的迭代修正，因此可以有效调节压缩机的开机率，当到达化霜条件时，执行化霜运行，化霜后首开也是按最高转速运行，也是为了使加热器运行后的热负荷快速降下来，然后重复正常的迭代运行过程。相应的，首次通电和化霜结束后第一次开机，间室温度都是从开机温度以上开始降温至停机温度，因此累积的反映冷量大小的参数∑it会更大，下次开机按照该次的总冷量进行计算，所得的压缩机转速也会是明显偏大的，其开机率也会偏低于目标开机率，第三次开机及之后即可趋于目标开机率，正常运行过程中的压缩机的变频控制过程在上文已有详细说明，在此不作赘述。
36.需要说明的是，由于首次通电、化霜结束后第一次开机和负荷显著增加三种情况下，所需冷量都较大，因此反映冷量大小的转速相关数据结果也会更大，该结果会导致下一次开机按偏大的转速运行，因此压缩机第二次运行可能很短的一段时间就停机，特别在低环温下，所以，对第二次的运行而言，压缩机的变频优势未体现出来，对此可以设计不同环境温度下的设定转速，制冷器具通电开机的下一次开机、或者化霜结束后第二次开机、或者实时开机率高于目标压缩机开机率范围的下一次开机时，根据当前环境温度选择以对应的设定转速控制所述压缩机启动运行，从第三次开始进行本发明控制方法的迭代运行计算。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。