CN1865795A - 空气调节器的风扇电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种高舒适性的空气调节器，其在空气调节器的风扇电动机控制装置中减少控制交流风扇电动机的转速引起的噪音、振动、噪声的产生。由使风扇旋转的交流风扇电动机(3)、控制交流风扇电动机(3)的转速的控制用微型计算机(1)、根据从微型计算机(1)输出的与电源周期不同步的控制信号进行开通/关断的具有零交叉检测功能的半导体开关元件(风扇电动机驱动单元2)构成。由于使控制信号和电源的周期不同步，因此不产生在交流风扇电动机3的特定频率的旋转脉动以及振动。另外，具有零交叉检测功能的半导体开关元件与控制信号无关，在零交叉点开通/关断，因此也不产生噪声。

Description

空气调节器的风扇电动机控制装置

技术领域

本发明涉及通过微型计算机控制来进行制冷、供暖的空气调节器，特别涉及对用于送风装置的交流风扇电动机的转速进行控制的控制装置。

背景技术

在进行制冷、供暖的空气调节器中，根据制冷、供暖的各种运行模式设定和室内外的温度，在空气调节器的室外机中进行风扇电动机的转速控制。目前，作为交流风扇电动机的转速控制方法，已知有相位控制方法。图4是专利文献1中所示的现有的相位控制的转速控制装置的整体结构图，图5是现有的转速控制装置中的控制流程图。

在图4中，61是交流电源，交流电源61的一端通过双向可控硅62与交流电动机63连结，另一端和交流电动机63以及零交叉时间检测单元67相连接。零交叉时间器检测单元67的输出与相位控制输出单元66相连接。转速检测单元64与交流电动机63相连接，转速检测单元64的输出通过输出决定单元65与相位控制输出单元66相连接。相位控制输出单元66的输出与双向可控硅62相连接。

然后，使用图5所示的流程图来说明转速控制的动作。在步骤S101中，通过转速检测单元64检测当前的交流电动机63的转速。在步骤S102中，将由转速检测单元64所输出的转速和事先设定的目标转速进行比较，当转速在目标转速的容许范围之外时，在步骤S103中，通过零交叉时间检测单元67和相位控制输出单元66，使对于零交叉时间的触发点的位置同上一次错开来设定导通角，为使交流电动机63接近目标转速而使双向可控硅62动作，并返回步骤S101。另外，在步骤S 102中，当转速在目标转速的容许范围内时，在步骤S104中不通过相位控制单元66改变导通角的设定，并返回步骤S101。

另外，作为转速控制的现有技术，例如在专利文献2中公开了，通过改变对连接在交流电源和电流电动机之间的开关进行开通/关断控制的开关信号的占空比，来开通/关断该开关控制转速的方法。通过该引用文献2的技术，与电源波形的零交叉无关地开通/关断开关。

根据上述引用文献1中所示的现有的控制方法，如图3(b)所示，由于当电源电压在零交叉点以外时开通开关元件，在开关元件开通时，流过急剧的突入电流。因此，存在由于该突入电流而产生高次谐波以及噪声的问题。另外，在规定的条件下，对于电源波形的每个周期，通电率是固定的(在图3(b)的例子中，t2在规定控制条件下，对于每个周期是固定的)，在基于该固定通电率的特定的频率中产生旋转脉动，因此，存在产生振动以及噪音，给使用者带来不适等问题。

专利文献1特开昭64-55089号公报

专利文献2特开2000-179925号公报

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种空气调节器的风扇电动机控制装置，其通过在交流电源的零交叉点进行开通/关断，可以使急剧的突入电流消失抑制高次谐波以及噪声的产生，另外，通过使向电动机的通电率随机地变化，可以使在特定频率下的振动以及噪音为最小限度。

为了解决所述问题，本发明主要采用以下的结构。

在具备具有压缩机、四通阀、室外热交换器的室外机；具有两通阀、室内热交换器的室内机；连接所述室外机和所述室内机的管线的空气调节器中，其结构为：所述室外机具有根据制冷·供暖的运行模式设定和室内外的温度，被进行转速控制的交流风扇电动机；所述交流风扇电动机通过具有所述交流电源波形的零交叉检测功能的半导体开关元件构成的风扇电动机驱动单元驱动；在所述风扇电动机驱动单元的上游一侧具有控制信号决定单元，其根据所述运行模式设定和所述室内室外的温度，决定向所述半导体开关元件的开关元件控制信号；通过所述开关元件控制信号和所述零交叉检测功能，以从所述交流电源波形的零交叉开始的半波成分为通电单位，随机地对所述交流电源进行开通/关断来进行所述转速控制。

根据本发明，可以消除由交流风扇电动机的转速控制而引起的噪音、振动和噪声，可以提高空气调节器的舒适性以及商品性。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的空气调节器的风扇电动机控制装置的总体结构的框图。

图2是表示本实施方式的风扇电动机控制装置的动作的流程图。

图3是通过将本发明的实施方式的控制方式与现有技术的控制方式进行对比来表示的波形时序图。

图4是表示现有技术的空气调节器的风扇电动机控制装置的配线框图。

图5是表示现有技术的空气调节器的风扇电动机控制装置的动作的流程图。

具体实施方式

下面，参照图1～图3，对本发明的实施方式的空气调节器的风扇电动机控制装置进行详细说明。图1是表示本发明实施方式的空气调节器的风扇电动机控制装置的总体结构的方框图。图2是表示本实施方式的风扇电动机控制装置的动作的流程图。图3是通过将本发明实施方式的控制方式与现有技术的控制方式进行对比来表示的波形时序图。

在图1中，3是使风扇旋转的风扇电动机，4是检测风扇电动机3的转速的转速检测单元，8是将风扇电动机3的预定转速(根据制冷·供暖时的运行模式或室内室外的温度或交流电源频率，在设计时预先规定的转速)和检测出的实际的转速进行比较，输出其转速差的转速比较单元，9是控制信号修正单元，其根据来自转速比较单元8的转速差输出，对用于控制风扇电动机3的转速的控制信号的占空比进行修正，5是检测商用电源的零交叉时间的零交叉时间检测单元，6是根据来自零交叉时间检测单元5的零交叉信号，判定商用电源频率(50Hz或者60Hz)的商用电源频率判定单元。

另外，7是根据商用电源频率判定单元6的输出以及空气调节器的各种运行模式和室内室外的温度，来决定存储在微型计算机1的EEPROM中的，可以在50Hz或者60Hz的情况下最高效地驱动风扇电动机3的控制数据的控制数据决定单元，(该控制数据是开通/关断的开关信号，预先通过试验等决定开通/关断的占空比，与后述的图3的开关元件控制信号的数据相对应)。在此，微型计算机1由商用电源频率判定单元6、控制数据决定单元7、转速比较单元8和控制信号修正单元9构成。

另外，2是根据来自控制信号修正单元9的输出，使风扇电动机3旋转的风扇电动机驱动单元。风扇电动机驱动单元2是内置零交叉检测功能的半导体元件，例如，也可以使用固态继电器(SSR)(该SSR是在内部含有双向可控硅的结构)。该半导体元件在输入的控制信号被开通时，通过内置的零交叉电路在交流电压为零电压的附近触发，双向可控硅开通。然后，在控制信号已关断时，负荷电流通过双向可控硅的的锁闭作用，在负荷电流为零的附近(保持到零)关断。

换言之，如同根据后述的图3(a)的波形图所知道的那样，在开关元件控制信号为开通时，当商用电源零交叉时，开通零交叉的电源，一旦开通，则与该控制信号的开通/关断无关，电源锁闭地开通直到下一个零交叉。在商用电源零交叉时，若控制信号为关断，则关断下一次的电源。

然后，根据图2的程序流程图，对本实施方式的风扇电动机控制装置的动作进行说明。当程序开始时，在步骤S11中，将通过零交叉时间检测单元5检测到的商用电源的零交叉脉冲输入给商用电源频率判定单元6。然后，通过商用电源频率判定单元6测定零交叉脉冲的时间间隔，在步骤S12中进行是50Hz还是60Hz的判定。根据该结果，在步骤S13中，决定使用预先设定的用于50Hz的控制数据或用于60Hz的控制数据的哪一个。这里，在控制数据决定单元7中，如前所述，根据各种运行模式和室内室外的温度环境预先设定控制数据，并且以该设定的控制数据为基础，再根据商用电源的频率来决定控制数据。

风扇电动机3虽然以步骤S13中所决定的控制数据为基础在S14中被驱动，但由于该控制数据与电源周期不同步地输出，所以如图3(a)所示，向风扇电动机3的通电率在周期T1为100％，在周期T2为50％这样随机地变化。换言之，在图3(a)中，作为开关元件控制信号表示的控制数据与商用电源的周期完全无关地被设定(以运行模式、室内室外的温度、商用电源频率为基础独立地设定)，因此即使在相同的控制条件下(运行模式、温度、电源频率相同)，通电率在周期T1和周期T2也不相同。与此相对，在现有技术中，如图3(b)所示，作为控制数据的双向可控硅触发信号与电源周期同步地输出，在相同控制条件下，风扇电动机施加电压波形通电率为固定值，该相同波形的施加电压在其特定的频率产生振动和噪音。

这样，当假设在风扇电动机施加电压的通电率固定的情况下或者在固有频率发生振动时，在现有技术中，在与该固有频率相应的时刻该振动持续，但是在本实施方式中，如图3(a)所示，风扇电动机施加电压即使在相同控制条件下，由于通电的周期不固定，因此振动不持续。

当参照图3(a)重复具体地进行说明时，图3(a)的中段所示的“开关元件控制信号”，是来自控制数据决定单元7的输出信号，该输出信号相对于图3(b)所示的“双向可控硅触发信号”是与电源周期同步的信号，与交流电源的波形周期无任何依存关系，是控制数据决定单元7根据其输入信号独立决定的具有任意占空比的开通/关断信号。根据该开关元件控制信号和来自半导体开关元件中内置的零交叉电路的交流电源零交叉信号，生成交流电源的每个半波成分的电压(该生成的形态如上所述)，作为风扇电动机施加电压(图3(a)的下段图)施加在风扇电动机上。

在此，当对开关元件控制信号的占空比进行可变控制时(虽然占空比的变更基本上根据控制数据决定单元7的决定方法，但在此之外，也可以根据来自转速比较单元8的输出信号来变更)，在每个规定的电源周期(图3(a)中的T1或T2)，通电的半波成分的个数发生变化。在图3所示的具体例子中，在T1周期为100％通电，在T2周期为50％通电(在T2周期，若1个半波成分为通电，则为25％通电)。这样，控制数据决定单元7根据基于其输入信号数据决定的固定的输出值，出现上述那样的100％通电周期和50％通电周期，由此振动不持续。此时(在所述固定的输出值的情况下)，根据开关元件控制信号的波形成形的方法，可以适当地设计每个T1或T2周期为百分之几的通电周期。本发明的特征之一为：在来自控制数据决定单元7的输出值固定的控制条件下(控制条件改变的话当然输出值也改变)，以从交流电源波形的零交叉开始的半波成分为通电电位，随机地开通/关断交流电源(在每个适宜的电源周期，恰当地开通/关断交流电源的半波成分)，来对风扇电动机进行转速控制。

然后，在步骤S15中检测转速，修正控制数据的占空比，使检测到的转速成为根据在步骤S16、S17中预先设定的规定的转速和检测到的实际的转速的差而设定的转速。然后，返回到步骤S14，重复此循环。此外，空气调节器作为其基本的结构，具备通过管线将具有压缩机、四通阀、膨胀阀或毛细管以及室外热交换器等的室外机和具有二通阀以及室内热交换器等的室内机连接的制冷循环。

如上所述，在本发明的实施方式中，在半导体开关元件开通/关断时，设有零交叉时间检测功能，与控制信号无关通过在交流电源的零交叉点进行开通/关断，使突入电流消失抑制高次谐波以及噪声的产生。另外，通过使控制信号和交流电源的周期不同步(参数图3(a))，向电动机的通电率随机地(电源频率的1/2循环单位)变化，使特定频率的振动以及噪音为最小限度。

而且，在本实施方式中，和相位控制不同，如果通过零交叉时间检测单元作出了一次50Hz/60Hz的决定(例如，空气调节器的使用开始初期的一次)，之后，由于不需要商用频率信号的输入来进行控制，所以即使在商用电源上叠加噪声也不会对风扇电动机的转速控制造成影响，(在图3(b)所示的现有的控制方式中，在商用电源上叠加噪声假设成为零时，对零交叉信号的生成带来影响，因此对风扇电动机施加电压的波形生成带来不好的影响)。

如此，本发明的实施方式的空气调节器的风扇电动机控制装置的特征为：具备：在交流电动机和交流电源之间连接的，具有零交叉时间检测功能的半导体开关；输出开通/关断该半导体开关的、与电源频率不同步的控制信号，通过改变该控制信号的占空比，控制交流电动机的转速的控制部。

本实施方式的风扇电动机控制装置的特征为：具备：具有检测交流电源的零交叉时间的零交叉时间检测单元，根据来自该零交叉时间检测单元的输出，判定交流电源的频率的频率判定单元；根据通过该频率判定单元判定的频率，决定使用预先设定的用于50Hz的控制数据或用于60Hz的控制数据的控制数据决定单元(作为输入信号，有制冷、供暖各种运行模式设定和室内室外的温度，此外，还将交流电源的频率作为输入信号)。

另外，本实施方式的风扇电动机控制装置的特征为：具备：检测交流电动机的转速的转速检测单元；将由该转速检测单元检测出的实际的转速和预先规定的规定转速(根据设计事项决定的转速)进行比较的转速比较单元；根据来自该转速比较单元的输出，修正开通/关断半导体开关的控制信号的占空比，使交流电动机的转速保持固定的单元。

Claims (4)

1.一种空气调节器的风扇电动机控制装置，其特征在于，

在具备：具有压缩机、四通阀、室外热交换器的室外机；具有二通阀、室内热交换器的室内机；连接所述室外机和所述室内机的管线的空气调节器中，

所述室外机具有根据制冷·供暖的运行模式和室内室外的温度，被进行转速控制的交流风扇电动机；

所述交流风扇电动机通过由具有所述交流电源的波形的零交叉检测功能的半导体开关元件所构成的风扇电动机驱动单元来进行驱动；

在所述风扇电动机驱动单元上游一侧具有决定基于所述运行模式设定和所述室内室外温度的、向所述半导体开关元件的开关元件控制信号的控制信号决定单元；

通过所述开关元件控制信号和所述零交叉检测功能，以从所述交流电源波形的零交叉开始的半波成分为通电单位，随机地开通/关断所述交流电源来进行所述转速控制。

2.根据权利要求1所述的空气调节器的风扇电动机控制装置，其特征在于，输入给所述半导体开关元件的所述开关元件控制信号与所述交流电源的波形不同步。

3.根据权利要求1所述的空气调节器的风扇电动机控制装置，其特征在于，

检测所述交流风扇电动机的实际转速，将所述检测出的实际转速和预先设定的转速进行比较来求得转速差，根据所述转速差修正所述开关元件控制信号的占空比。

4.根据权利要求1、2或3任意一项所述的空气调节器的风扇电动机控制装置，其特征在于，

设有检测所述交流电源的零交叉时间的零交叉时间检测单元，使用通过所述检测单元检测出的零交叉时间判定所述交流电源的频率，通过将所述判定出的交流电源频率输入给所述控制信号决定单元，所述交流电源频率成为所述开关元件控制信号的一个决定因素。

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