CN101539151A - 变频压缩机的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频压缩机的控制方法，预先设定目标温度和分段温度点，传感器监测实际温度值，所述方法包括：控制器判断实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果否，压缩机以最低频率运行一定时间；控制器判断是否达到目标温度，如果是，则终止压缩机运行；如果否，则控制器给PID参数赋初值，变频器使压缩机开始快速升频；控制器判断是否到达设定的分段温度点，如果是，则调整PID参数；如果否，保持原来的PID参数；控制器判断是否达到目标温度，如果是，则以固定频率运行，变频结束；如果否，则保持原来的PID参数升频；相应还提供了一种变频压缩机的控制装置，本发明所述的方法和装置能够同时实现快速、节能和稳定的变频过程。

Description

变频压缩机的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及暖通技术领域，特别涉及一种变频压缩机的控制方法和装置。

背景技术

目前，变频技术在空调、制冷、暖通等系统中得到越来越多的应用，变频压缩机能够根据实际的冷/热负荷调整压缩机转子的工作频率，从而控制压缩机的冷媒循环量和进入换热器的冷媒流量。工作频率越高，冷媒的流量越大，制冷/热量越大，制冷/热能力也就越强，而传统的定频压缩机始终在一定的频率运转，当实际不需要相应的制冷/热量时，就造成了能源的浪费，因此高效节能变频技术在全球能源日益紧张的背景之下优势也越来越明显。

对于变频技术而言，控制压缩机的变频运行方法直接影响制冷/热和节能效果，最常用的方法就是PID(比例积分微分算法)控制。以目前受到空调行业内普遍关注的变频磁悬浮离心式中央空调机组为例，当实际温度高于目标温度时，控制器输出一组PID参数给变频器，通过变频器调节压缩机按照基本不变的速度升频，其中，不同的PID参数对应不同的频率变化率。

图1是现有技术中PID控制压缩机频率变化的示意图，图中M表示达到实际所需制冷量时所对应的压缩机频率。如图1所示，若输出一组PID参数A，压缩机的频率即如曲线A所示的方式改变，开始阶段变频速度很大，快速升至波峰，到达目标温度，但是超过了实际所需的制冷量，随之压缩机又以很大的速度降频，制冷量不足时再高速升频，如此反复，使压缩机频繁的升频降频，直到稳定在目标温度，长期运行容易导致故障而且也造成能量的浪费；若输出一组PID参数D，压缩机的频率即如曲线D所示的方式改变，虽然速度始终较慢，但变频平缓，不会出现频率的超调而反复升降频，而是逐渐平稳的达到所需的目标温度，假如实际温度离目标温度相差很多，则升频过程中温度下降速度较慢，短时间内不仅达不到制冷效果，而且在这个过程中会浪费较多能源。图1中曲线C所示是目前普遍采用的调节方式，相对于曲线A其变化幅度较稳定，波动不大，相对于曲线B其到达目标温度的时间缩短，效率有所提高，但综合效果仍不甚理想。

在现有技术中，无论以何种变频方法，由于升频频过程中都采用固定的PID参数，从而仅限定于一种基本不变的变频速度，在达到目标温度的过程中不能根据实际情况调节变频速度，因此无法同时实现快速、节能和稳定的变频过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速、节能和平稳的变频压缩机的控制方法和装置。

为解决上述问题，本发明提供了一种变频压缩机的控制方法，其特征在于，预先设定目标温度和分段温度点，传感器监测实际温度值，所述方法包括：

步骤A：控制器判断实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果否，压缩机以最低频率运行一定时间；

步骤B：控制器判断是否达到目标温度，如果是，则终止压缩机运行；如果否，则控制器给PID参数赋初值，变频器使压缩机开始快速升频；

步骤C：控制器判断是否到达设定的分段温度点，如果是，则调整PID参数，然后进入步骤D；如果否，保持原来的PID参数；

步骤D：控制器判断是否达到目标温度，如果是，则压缩机以固定频率运行，变频结束；如果否，则保持原来的PID参数使压缩机升频，返回步骤C。

所述步骤C中用于判断的分段温度点至少设定三个。

设定温度变化率限定值，所述步骤C与步骤D之间还包括步骤M：控制器判断温度变化率是否超过限定值，如果是，则调整PID参数使温度变化率降低；如果否，则进入步骤D。

所述步骤D之后还包括步骤E：判断实际温度相对于目标温度是否超调，如果是，则进行降频调节。

设定超调温差限定值，所述步骤E中进行降频调节包括：给PID参数赋值启动降频，判断超调的温度差是否超过所述超调温差限定值，如果否，则固定的PID参数不变；如果是，则调整PID参数快速降频。

相应地，本发明还提供了一种变频压缩机的控制装置，其特征在于，包括：传感器、控制器和变频器；其中，所述传感器用于监测载冷/热剂的实际温度并将测得的温度发送给控制器，所述控制器用于根据传感器测得的实际温度与目标温度的温度差设定和改变PID参数进行频率变化控制，所述变频器用于在控制器的控制下改变压缩机运行频率。

所述控制器还用于判断实际的温度变化率是否超过限定值，如果是，则调整PID参数使温度变化率降低。

所述控制器还用于判断实际温度相对于目标温度是否超调，如果是，则进行降频调节。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：将变频过程分段调节，开始快速升频，提高制冷效率，随后逐步降低升频速度，缓慢接近目标温度，防止超调，避免了频繁的升降频，整体上缩短了制冷时间，同时也节约了能源；更进一步的，实时监控温度变化率，有效的防止了温度变化率超出限定值，确保可系统运行的稳定性。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是是现有技术中PID控制压缩机频率变化的示意图；

图2是本发明实施例一中变频压缩机的控制装置示意图；

图3是本发明实施例一中变频压缩机的控制方法的流程图；

图4是本发明实施例一中压缩机变频过程的示意图；

图5是本发明实施例二中变频压缩机的控制装置示意图；

图6是本发明实施例二中变频压缩机的控制方法的流程图；

图7是本发明实施例二中压缩机变频过程的示意图

图8是本发明实施例三中变频压缩机的控制装置示意图；

图9是本发明实施例三中变频压缩机的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

目前，磁悬浮离心式压缩机日益受到空调、制冷行业的关注，该压缩机离心涡轮的轴承采用磁悬浮轴承，由于磁轴承不存在金属与金属之间的摩擦，因此无须润滑油系统，从而解决了噪音和润滑等长期困扰业内的技术问题，采用变频控制的磁悬浮离心式压缩机其负荷效率会有很大的提高。以下的几个实施例中，将以磁悬浮离心式中央空调机组为背景阐述本发明所述变频压缩机的控制方法。

实施例一

本实施例结合图2、图3和图4揭示本发明所述变频压缩机的控制方法的一种具体实施方式。

图2是本实施例中变频压缩机的控制装置示意图，图3是本实施例中变频压缩机的控制方法的流程图，图4是本实施例中压缩机变频过程的示意图。

变频磁悬浮离心式中央空调机组所用制冷剂为制冷行业常用冷媒，载冷剂为水或其它流体，机组通过压缩冷媒先把载冷剂变冷，然后让载冷剂在室内循环来降低室温，例如以水为载冷剂，参照图2所示，所述变频压缩机控制装置包括：传感器10、控制器20和变频器30；机组中传感器10实时监测出水温度，控制器20根据测得的实际温度与设定的目标温度比较后设定或者调整PID参数控制频率变化，变频器30用于在控制器20的控制下改变压缩机运行频率。

如图3所示，设定目标温度为0℃；按照步骤201，设置在出水口的传感器10监测实际温度值，获取实际温度与目标温度的差值，例如传感器10监测到当前实际出水温度为30℃，则实际温度与目标温度的差值ΔT为30℃。

然后按照步骤202判断实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果是，即实际温度与目标温度一致，则不启动压缩机，继续监测实际温度；如果否，则按照步骤203控制器20启动压缩机以最低频运行；例如温度差ΔT为30℃大于零，则控制器20控制压缩机开始启动，并以最低的频率运行一段时间，以使压缩机进入稳定状态，防止突然启动高频运行引起压缩机故障。

参照步骤204最低频运行一定时间之后，控制器20从传感器获取当前实际温度，判断当前实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果是，表明达到所需目标温度，则停止压缩机运行，如步骤205；如果否，则参照步骤206控制器20给PID参数赋初值，变频器30控制压缩机开始升频运行，升频的开始阶段的速度较大，以便快速得到很大的制冷量。例如压缩机最低频运行一定时间后，实际温度由30℃降为27℃，未达到目标温度0℃，则给PID参数赋初值，开始以较大的速度升频，频率变化如图4中曲线EF所示，压缩机快速升至较高的频率，达到较大的制冷量。

以较大的速度升频一段时间后，参照步骤207，判断是否到达设定的分段温度点，如果是，则调整PID参数，使压缩机以不同升频速度升频运行，如步骤208所示；如果否，则保持原来的PID参数，如步骤209所示。例如预先设定分四段升频，三个分段温度点T1、T2、T3分别为23℃、15℃、3℃，传感器监测到实际温度降为23℃，达到设定的分段温度点T1，则此时控制器20调整PID参数，变频器30使压缩机的升频速度降低，频率变化如图4中曲线FG所示；传感器监测到实际温度降为15℃时，达到分段温度点T2，此时控制器20再次调整PID参数，变频器30使压缩机的升频速度再次降低，频率变化如图4中曲线GH所示，频率变化趋向平稳；对着制冷量的逐渐增大，实际温度降为3℃，达到设定的分段温度点T3，控制器20再次调整PID参数，频率变化如图4中曲线HM所示，控制变频器30进一步降低压缩机升频速度，更加平缓的增加制冷量，接近目标温度。

参照步骤210，控制器根据传感器10监测的实际温度判断是否达到目标温度，如果是，则如步骤212，压缩机以固定频率运行，变频结束；如果否，则如步骤211，保持原来的PID参数使压缩机固定的速度升频，然后返回步骤207。例如传感器10监测到实际温度为0℃，达到目标温度，变频器30停止变频，压缩机以固定频率运行。

在本实施例中，以温度点为界限将升频过程分成了四个阶段，每个阶段都改变PID参数从而调整变频的速度；如图4中的EF阶段，以较大的速度开始升频，快速得到较大的制冷量，此时的温度变化率也较大，然后实际温度到达分段温度点23℃时，调整PID参数，降低升频的速度，如图4中的FG阶段，制冷量增速也相应减慢，实际温度继续降低；实际温度到达下一个分段温度点15℃时，调整PID参数，使升频速度进一步降低，如图4中的GH阶段，制冷量的增速也进一步降低，温度变化趋向缓慢，从而平稳的接近目标；如图4中的HM阶段，实际温度达到分段温度点3℃，接近目标温度，调整PID参数使升频速度趋向于零，缓慢贴近所需温度，从而防止超调，避免了频繁升降频。图4中阴影部分表示曲线EFGHM的积分面积，对应变频过程中的能耗，可见相对于图1中现有技术中的变频控制方法，积分面积更小，更加节能。

本实施例所述的变频压缩机控制方法，相对于现有技术中的几种变频控制方法，将变频过程分段调节，开始快速升频，提高制冷效率，随后逐步降低升频速度，缓慢接近目标温度，防止超调，避免了频繁的升降频，整体上缩短了制冷时间，也节约了能源。

在实施例一升频过程中，随着压缩机频率的增大，制冷量也不断增大，温度快速降低，如果温度变化率过大，使机组系统吸气压力过低或者排气压力过高，可能导致机组故障，为避免此类状况发生，保证空调机组运行稳定，本发明所述的变频压缩机控制方法还包括设定温度变化率限定值，控制器根据实际温度变化率是否超限定值调整PID参数，具体在以下实施例中阐述。

实施例二

本实施例结合附图5-图7揭示了所述的变频压缩机控制方法的另一具体实施方式。与实施例一的区别在于：分段调整PID参数后，控制器实时检测温度变化率是否超过限定值，如果是，则重新给PID参数赋值，直到温度变化率低于限定值。

图5是本实施例中变频压缩机的控制装置示意图，图6是本实施例中变频压缩机的控制方法的流程图，图7是本实施例中压缩机变频过程的示意图。

参照图5所示，所述变频压缩机控制装置包括：传感器11、控制器21和变频器31；机组中传感器11实时监测出水温度，控制器21根据测得的实际温度与设定的目标温度比较后设定或者调整PID参数控制频率变化，控制器21还用于监测实时的温度变化率，并判断实际的温度变化率是否超过限定值，如果是，则调整PID参数使温度变化率降低，变频器31用于在控制器21的控制下改变压缩机运行频率。

如图6所示，设定目标温度为0℃，预先设定分五段升频，四个分段温度点T1、T2、T3、T4分别为20℃、13℃、7℃、3℃；按照步骤301，设置在出水口的传感器11监测实际温度值，获取实际温度与目标温度的差值，例如传感器11监测到当前实际出水温度为30℃，则实际温度与目标温度的差值ΔT为30℃。

然后按照步骤302判断实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果是，即实际温度与目标温度一致，则不启动压缩机，继续监测实际温度；如果否，表明需要启动压缩机制冷，则按照步骤303控制器21启动压缩机以最低频运行一段时间；例如温度差ΔT为30℃大于零，则控制器21开始启动压缩机，并以最低的频率运行一段时间，以使压缩机进入稳定状态，防止突然启动高频运行引起压缩机故障。

与实施例一相似，压缩机以最低频运行一定时间之后，控制器21从传感器获取当前实际温度，判断当前实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果是，表明达到所需目标温度，则停止压缩机运行；如果否，表明仍需要增大制冷量，则控制器21给PID参数赋初值，变频器31控制压缩机开始升频运行，升频的开始阶段的速度较大，以便快速得到很大的制冷量。例如压缩机最低频运行一定时间后，实际温度由30℃降为27℃，未达到目标温度0℃，则给PID参数赋初值，开始以较大的速度升频，频率变化如图7中曲线E’F’所示，压缩机快速升至较高的频率，达到较大的制冷量。

以较大的速度升频一段时间后，参照步骤304，判断是否到达设定的分段温度点，如果是，则如步骤306所示调整PID参数，使压缩机以不同升频速度分步升频运行；如果否，则保持原来的PID参数，如步骤305所示。例如传感器监测到实际温度由27℃降为20℃，达到设定的分段温度点T1，此时控制器21调整PID参数，则变频器31使压缩机的升频速度降低，频率变化如图7中曲线F’G’所示；传感器11监测到实际温度降为13℃时，达到分段温度点T2，此时控制器21再次调整PID参数，变频器31使压缩机的升频速度再次降低，频率变化如图7中曲线G’H’所示，频率变化趋向平稳；对着制冷量的逐渐增大，实际温度降为7℃，达到设定的分段温度点T3，控制器21再次调整PID参数，频率变化如图7中曲线H’M’所示，控制变频器31进一步降低压缩机升频速度，更加平缓的增加制冷量，接近目标温度；最后实际温度降为3℃，很接近目标温度，在此分段温度点T4，控制器改变PID参数使升频速度尽可能降低，制冷量缓慢增加，逐渐贴近目标温度，有效防止超调。

参照步骤307，控制器21监测实时的温度变化率，当每次调整PID参数后，如果温度变化率超出预先设定的限定值，为避免机组系统故障，则返回步骤306控制器21重新调整PID参数，然后再监测实时的温度变化率是否超过限定值，直到温度变化率正常，以确保空调机组稳定运行。

如果控制器调整PID参数后温度变化率未超出限定值，则按照步骤308，判断是否达到目标温度，如果是，则按照步骤310，压缩机以固定频率运行，变频结束；如果否，则按照步骤309，保持原来的PID参数使压缩机固定的速度升频，然后返回步骤304。例如传感器11监测到实际温度为0℃，达到目标温度，变频器31停止变频，压缩机以固定频率运行。

在本实施例中，以温度点为界限将升频过程分成了五个阶段，每个阶段都改变PID参数从而调整变频的速度；如图7中的E’F’阶段，以较大的速度开始升频，快速得到较大的制冷量，此时的温度变化率也较大，然后实际温度到达分段温度点20℃时，调整PID参数，降低升频的速度，如图7中的F’G’阶段，制冷量增速也相应减慢，实际温度继续降低；实际温度到达下一个分段温度点13℃时，调整PID参数，使升频速度进一步降低，如图7中的G’H’阶段，制冷量的增速也进一步降低，温度变化趋向缓慢，从而平稳的接近目标；如图7中的H’M’阶段，实际温度达到分段温度点7℃，接近目标温度，调整PID参数使升频速度继续降低，缓慢贴近所需温度；最后实际温度达到分段温度点7℃，调整PID参数使升频速度降至最低，如图7中的M’N’阶段，从而防止超调，避免了频繁升降频。图7中阴影部分表示曲线E’F’G’H’M’N’的积分面积，对应变频过程中的能耗，可见相对于图1中现有技术中的变频控制方法，积分面积更小，更加节能。

本实施例所述的变频压缩机控制方法，相对于现有技术中的几种变频控制方法，将变频过程分段调节提高了制冷效率，避免了频繁的升降频，也节约了能源；更进一步的，控制器实时监控温度变化率，有效的防止了温度变化率超出限定值，确保可系统运行的稳定性。

此外，与实施例一相比，本实施例分成五段升频过程同样也能实现快速、节能和稳定的变频过程，本领域的技术人员应该可以很容易推知，分成至少三段及三段以上的升频过程均能实现本发明的目的，也属于本发明的保护范围。

本发明所述的变频压缩机控制方法和装置还能通过调节PID参数使压缩机降频来减少制冷量，以免出水温度过低造成机组低温保护，具体在以下实施例中阐述。

实施例三

本实施例结合附图8和图9揭示所述变频压缩机控制方法的另一种实施方式。在制冷过程中，如果实际温度低于目标温度，即实际温度相对于目标温度超调，本实施例所述的变频压缩机控制方法和装置通过判断是否超调，然后开始降频调节过程。

图8是本实施例中变频压缩机的控制装置示意图，图9是本实施例中变频压缩机的控制方法的流程图。

参照图8所示，所述变频压缩机的控制装置包括：传感器12、控制器22和变频器32；其中，传感器12用于实时监测出水温度，控制器22用于根据测得的实际温度与设定的目标温度比较后设定或者调整PID参数控制频率变化，还用于监测实际温度是否低于目标温度，如果是，表明频率超调，则进行降频调节，如果否，则压缩机以固定频率运行，变频结束，压缩机以固定频率运行，变频器32用于在控制器22的控制下改变压缩机运行的频率。

如图9所示，升频过程结束后压缩机以固定频率运行，如步骤401；传感器22监测实际出水温度，按照步骤402控制器32判断实际温度是否低于目标温度，如果是，表明制冷量过大，则如步骤403所示重新给PID参数赋值，变频器32开始降频，如果否，则压缩机继续以固定频率运行；按照步骤404控制器22判断实际温度与目标温度的差值是否超过预设的限定值，如果是，则如步骤406所示调整PID参数快速降频，迅速减小制冷量，以免出水温度过低而导致机组低温保护，从而保证空调机组的稳定运行；如果没有超过预设限定值，则如步骤405所示保持PID参数不变，以固定的速度降频。

在本实施例中，控制器通过判断判断实际温度与目标温度的差值是否超过限定值，然后调整PID参数，变频器改变降频的速度，从而实现了对降频过程的稳定控制，避免了出水温度过低而导致机组低温保护，保证空调机组运行的稳定性。

上述几个实施例中，均以磁悬浮离心式中央空调机组为背景揭示本发明的技术方案，事实上，本发明所述的变频压缩机的控制方法和装置并不受其应用范围限制，其他使用变频压缩机的制冷、制热系统也可实现本发明所述的方法的目的。

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。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1、一种变频压缩机的控制方法，其特征在于，预先设定目标温度和分段温度点，传感器监测实际温度值，所述方法包括：

步骤A：控制器判断实际温度与目标温度的温度差是否为零，如果否，压缩机以最低频率运行一定时间；

步骤B：控制器判断是否达到目标温度，如果是，则终止压缩机运行；如果否，则控制器给PID参数赋初值，变频器使压缩机开始快速升频；

步骤C：控制器判断是否到达设定的分段温度点，如果是，则调整PID参数，然后进入步骤D；如果否，保持原来的PID参数；

步骤D：控制器判断是否达到目标温度，如果是，则压缩机以固定频率运行，变频结束；如果否，则保持原来的PID参数使压缩机升频，返回步骤C。

2、根据权利要求1所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于，所述步骤C中用于判断的分段温度点至少设定三个。

3、根据权利要求1或2所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于，设定温度变化率限定值，所述步骤C与步骤D之间还包括步骤M：控制器判断温度变化率是否超过限定值，如果是，则调整PID参数使温度变化率降低；如果否，则进入步骤D。

4、根据权利要求1或2所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于，所述步骤D之后还包括步骤E：判断实际温度相对于目标温度是否超调，如果是，则进行降频调节。

5、根据权利要求4所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于，设定超调温差限定值，所述步骤E中进行降频调节包括：给PID参数赋值启动降频，判断超调的温度差是否超过所述超调温差限定值，如果否，则固定的PID参数不变；如果是，则调整PID参数快速降频。

6、一种变频压缩机的控制装置，其特征在于，包括：传感器、控制器和变频器；

所述传感器，用于监测载冷/热剂的实际温度并将测得的温度发送给控制器；

所述控制器，用于根据传感器测得的实际温度与目标温度的温度差设定和改变PID参数进行频率变化控制；

所述变频器，用于在控制器的控制下改变压缩机运行频率。

7、根据权利要求6所述的变频压缩机的控制装置，其特征在于：所述控制器还用于判断实际的温度变化率是否超过限定值，如果是，则调整PID参数使温度变化率降低。

8、根据权利要求6所述的变频压缩机的控制装置，其特征在于：所述控制器还用于判断实际温度相对于目标温度是否超调，如果是，则进行降频调节。

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