CN108679891A - 家用制冷机的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种家用制冷机的控制系统及其控制方法，所述控制系统由控制器、电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关组成，控制器与电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关均连接，电源电路、电压采样电路均与总回路电源两端并接，电流采样电路、总回路开关、压缩机C端依次连接，压缩机S端经过副绕组回路开关连接至总回路电源N端，控制器分别对温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路进行实时采样，达到设计控制标准时控制总回路开关和副绕组回路开关执行相应的动作。本申请结构简洁，功能齐全,使用方便，成本低，效果好。

Description

家用制冷机的控制系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及一种家用制冷机的控制系统及其控制方法，主要用于实现家用制冷机的制冷温度控制和非正常工作状态保护及其内部制冷压缩机的开机起动控制。

背景技术

定频压缩机式家用制冷机的制冷室温度控制、压缩机开机起动和过载保护的最终控制对象是制冷压缩机，压缩机内部的电机普遍采用分相式单相异步电动机，共有两个绕组，一个为主绕组，另一个为副绕组。其中温度控制和过载保护是以控制电机总回路通断为目的，而开机起动是以控制电机副绕组的通断为目的，目前市场上的家用制冷机普遍将以上三项控制采用各自独立的控制器来完成，如图1所示。

制冷室的温度控制分为机械式温控器和电子式温控器，其中机械式温控器的控制原理是感温管内的感温剂压力随着温度的变化而发生变化，带动传动支架动作，控制支架上触点的开合；电子式温控器是通过温度传感器采集制冷室温度，控制电路将采集到的温度实时数据转换成电数据送入单片机与所设置的基准数据进行比较，根据比较结果输出相应信号控制继电器或电子开关的开合。不管是机械式温控器还是电子式温控器，其最终目的是通过控制制冷压缩机的开停来达到所要求的温度。过载保护主要对制冷压缩机在运行时过温升、过电流进行保护，使用时将热保护器紧贴在制冷压缩机外壳或电机绕组上，当制冷压缩机通过大电流时，热保护器内部发热元件瞬间产生较大热量引起双金属片弯曲翻转，并使动触头断开，起到过电流保护作用；此外，当制冷压缩机由于某种原因长时间运转，致使压缩机外壳或电机绕组温度过高，再加上热保护器内部发热元件产生热量叠加后促使双金属片受热弯曲翻转，并使动触头断开，起到过温升保护作用。因过电流和过温升而弯曲翻转的双金属片，当所处的环境温度低于双金属片设定的复位温度后，双金属片会自动复位，使热保护器重新进入工作状态。起动控制的作用是在制冷压缩机开机时接通副绕组进行起动，待起动完成后关断副绕组，目前普遍采用的是用正温度系数热敏电阻（PTC）实现起动，根据PTC的特性，常温时电阻较小，开机时副绕组有较大电流而起动，同时该电流也使PTC发热而阻值迅速上升，副绕组电流逐渐下降直至基本关断。

随着电子控制技术的不断发展，各种电子式控制器将逐渐替代机械式控制器。申请人申请了专利号为201220135551.5的中国专利，已经对目前大量采用的机械式过载保护器的弊端进行了较详细的描述，采用该专利所设计的采用单片机控制电子式保护器可以有效解决以上问题。而目前大量采用的各种起动器中，也存在一些不足，或残余功耗较大，或起动性能不稳定，采用单片机控制的电子式起动器可有效解决以上不足。但是从制冷机整体的控制角度来看，采用相互独立的电子式温控器、电子式保护器和电子式起动器，需要各自的电源电路、控制芯片、执行电路，不仅增加了成本、能耗，还增加了发生故障的风险。

发明内容

本申请所采取的技术方案不仅克服了现有技术中存在的上述不足，还增加了短路、过欠压保护功能，提供了一种结构简洁，功能齐全，使用方便，成本低，效果好的家用制冷机的控制系统及其控制方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：

一种家用制冷机的控制系统，其特征是由控制器、电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关组成，控制器与电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关均连接，电源电路、电压采样电路均与总回路电源两端并接，电流采样电路、总回路开关、压缩机C端依次连接，压缩机S端经过副绕组回路开关连接至总回路电源N端，所述参数设置电路用于短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护参数设置和制冷室温度参数设置，所述温度和报警显示电路用于控制器输出的制冷室实时温度、设置温度和报警信号的显示，控制器分别对温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路进行实时采样，实时采样数据分别与相应的基准参数进行比较，达到设计控制（动作）标准时控制总回路开关和副绕组回路开关执行相应的动作。

所述控制器可以采用各种现有的控制器实现，例如单片机。所述设计控制标准是指温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路的实时采样数据分别与相应的基准参数进行比较达到参数控制标准且起动或保护次数达到起动或保护次数控制标准。

所述温度采样电路用于制冷室温度采样和压缩机壳体温度采样，其是否落在制冷室设置温度范围和压缩机壳体正常温度范围内作为温度控制和保护的判断依据（参数控制标准，下同）。

所述电流采样电路对压缩机总回路（运行）电流进行采样，其落在总回路电流基准参数范围内还是落在总回路电流非正常工作状态（总回路电流非正常工作状态可细分为短路、运行过载、堵转）范围内作为压缩机总回路是否存在短路、运行过载、堵转的判断依据。

所述电压采样电路对供电电源电压进行采样，作为供电电源是否存在过欠压的判断依据。

所述参数设置电路用于短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护参数的设置和制冷室温度参数的设置，设置数据送入控制器进行处理后，作为比较和判断的基准数据。若操作者不输入参数，则默认采用上一次的设置参数或初始参数（开发时根据该款产品实际情况调试完成后确定的参数），初始参数设置在控制程序中。

所述温度和报警显示电路用于控制器输出的制冷室实时温度、设置温度和报警信号的显示。

所述总回路开关是制冷温度控制和各种保护的执行开关，控制制冷压缩机的开停。

所述副绕组回路开关是制冷压缩机的开机起动的执行开关，控制压缩机副绕组回路的通断，总回路开关和副绕组回路开关既可采用触点式的机械开关，也可以采用无触点电子开关。本申请控制系统构成完整的智能控制模块，通过一体化设计，减少了成本和能耗，降低了发生故障的风险。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：

上述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是包括控制系统初始化、制冷室的温度控制、制冷压缩机的起动控制、非正常工作状态保护。

所述控制系统初始化步骤包括：控制器通过参数设置电路进行短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护参数的设置和制冷室温度参数的设置，控制器根据制冷室温度设置参数形成开机基准参数和停机基准参数；若操作者跳过该步骤，则默认采用上一次的设置参数或初始参数。

所述制冷室的温度控制步骤：工作时控制器对温度采样电路输入的制冷室实时温度采样数据进行接收和处理，形成实时温度数据，控制器将实时温度数据与开机基准参数和或停机基准参数进行比较，当实时温度数据大于等于开机基准参数时，控制器控制总回路开关闭合，开启制冷压缩机工作；当实时温度数据小于停机基准参数时，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作。

所述制冷压缩机的起动控制（步骤）：该步骤分三个基本步骤：压缩机起动步骤、检查压缩机是否正常起动步骤、根据压缩机是否正常起动、起动次数是否达到规定次数确定下一步处理。

压缩机起动步骤为：总回路开关闭合，压缩机工作，控制器控制副绕组回路开关闭合，接通压缩机副绕组，起动达到正常起动时间后，控制器控制副绕组回路开关断开，切断压缩机副绕组回路。

所述检查压缩机是否正常起动步骤为：控制器通过电流采样电路检测总回路电流是否正常（即总回路电流采样数据是否在总回路电流基准参数范围内，是为正常，否为不正常），以判断压缩机是否正常起动。

所述根据压缩机是否正常起动、起动次数是否达到规定次数确定下一步处理步骤为：如果总回路电流正常，则本次起动成功，起动次数为初始值1并退出；如果总回路电流异常且起动次数未达到规定次数时，起动次数+1，控制器在达到两次起动时间间隔后再次起动（即转压缩机起动步骤，开始制冷压缩机的起动控制步骤的下一个循环）；否则视为起动不正常，输出相应的报警数据至温度和报警显示电路进行报警显示。

所述非正常工作状态保护步骤：所述非正常工作状态保护包括：短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护，控制器根据采样数据判断是否出现非正常工作状态及保护次数是否达到规定次数（即上述的设计控制标准）进行相应的处理，当没有出现非正常工作状态时退出。

所述控制器根据采样数据判断是否出现非正常工作状态及保护次数是否达到规定次数进行相应的处理步骤：A控制器通过温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路分别采样压缩机工作状态和供电电源状况；当压缩机总回路电流采样数据落在总回路电流非正常工作状态的短路范围内时控制器即判断为短路；当压缩机总回路电流采样数据分别落在总回路电流非正常工作状态的运行过载、堵转范围内且累积时间（运行过载或堵转累积时间）达到规定时间时控制器即分别判断为运行过载、堵转；当压缩机壳体温度采样数据大于过热基准参数且累积时间（过热累积时间）达到规定时间时，控制器即判断为过热；当供电电源电压采样数据达到过欠压基准参数范围且累积时间（过欠压累积时间）达到规定时间时，控制器即判断为过欠压；当短路、过热、过欠压三种非正常工作状态出现时，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作，显示相应非正常工作状态的报警信号；当运行过载、堵转两种非正常工作状态出现时，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作，保护次数+1，若保护次数不大于规定次数，延时相应的复位时间后，再一次通电开启制冷压缩机，转A循环一次；若保护次数大于规定次数，则显示相应非正常工作状态的报警信号；若没有出现非正常工作状态则正常退出并将保护次数复位为零。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简洁，功能齐全,使用方便，成本低，效果好。

附图说明

图1是现有技术的控制原理示意图。

图2是本申请实施例的控制原理示意图。

具体实施方式

本申请针对目前家用制冷机控制系统中所存在的不足，而采取一种更加优化的控制方案。本申请的设计框图如图2，本控制方案分两步进行优化，第一步将压缩机的机械式过载保护功能优化为电子式过载保护功能，同时增加短路和供电电源电压的过欠压保护功能；原PTC起动控制功能优化为电子式起动控制功能；第二步是在原电子式温控器的基础上，将电子式过载保护功能和电子式起动控制功能嵌入到电子式温控器中，形成一体型电子式控制方案，并且通过硬件电路和软件的合理设计，实现制冷室温度控制、压缩机起动控制及压缩机短路、运行过载、过热、堵转、电源过欠压保护；从图2中可以看出，在一体型控制方案设计的电路中，电源电路、智能控制模块为实现各种控制的共用单元，总回路开关为制冷室温度控制和过载保护控制共用的执行开关，所以通过一体化设计，不仅减少了成本和能耗，而且降低了发生故障的风险。

参见图2，本申请整个控制方案由单片机MCU、电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关组成，电源电路、电压采样电路与供电（总回路）电源两端（L、N）并接，电流采样电路、总回路开关、压缩机1的C端依次连接，压缩机1的S端经过副绕组回路开关连接至供电电源N端，压缩机1的M端与供电电源N端连接。其中：

单片机MCU是整个控制系统的核心，它接收各种采样数据（信号，下同）和参数设置数据，按流程设计要求进行逻辑运算处理，控制总回路开关和副绕组回路开关执行相应的动作。

电源电路提供整个控制系统中各单元电路正常工作所需的电源。

温度采样电路包括制冷温控过程中所需的各种温度采样和压缩机过热保护时所需压缩机壳体温度采样，采样数据送入单片机MCU进行处理后，作为温度控制和压缩机过热保护的判断依据。

电流采样电路对压缩机总回路运行电流进行采样，采样数据送入单片机MCU进行处理，作为运行回路是否存在过电流的判断依据。

电压采样电路对供电电源电压进行采样，采样数据送入单片机MCU进行处理，作为供电电源是存在否过欠压的判断依据。

参数设置电路对各个参数进行设置，设置参数送入单片机MCU进行处理后，作为比较和判断的基准数据。

温度和报警显示电路对单片机MCU输出的制冷室实时温度、设置温度和报警信号进行显示。

总回路开关是制冷温度控制和各种保护的执行开关，控制制冷压缩机的开停。

副绕组回路开关是制冷压缩机的开机起动的执行开关，控制压缩机副绕组回路的通断，总回路开关和副绕组回路开关既可采用触点式的机械开关，也可以采用无触点电子开关。

本申请所采取的一体型控制方案首先进行控制系统初始化，所述控制系统初始化步骤包括：控制器通过参数设置电路进行短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护参数的设置和制冷室温度参数的设置，单片机MCU根据制冷室温度设置参数形成开机基准参数Trk（例如-6℃）和停机基准参数Trt（例如-8℃）；若操作者跳过该步骤，则默认采用上次掉电前的设置参数。

然后实现以下三方面的功能。

第一方面是制冷室的温度控制，通过温度采样电路得到实时制冷温度采样数据，形成实时温度数据Tr。在内部对基准参数和实时数据进行比较，当Tr≥Trk时，单片机MCU控制总回路开关闭合，开启制冷压缩机工作；当Tr<Trt时，单片机MCU控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作。

第二方面是制冷压缩机的起动控制，当总回路开关闭合，开启压缩机工作时，单片机MCU控制副绕组回路开关闭合，接通压缩机副绕组，使其起动，起动达到正常起动时间（例如0.5S）后，副绕组回路开关断开，切断压缩机副绕组回路；此时可通过电流采样电路检测运行电流是否正常，以判断压缩机是否正常起动。如果运行电流异常，在达到规定时间（两次起动时间间隔，例如2S）后再次起动，再次起动过程结束后再次进行检查是否正常起动。如此循环规定周期（例如3次）后，如果还不能正常起动，即视为起动不正常，输出相应的报警数据至显示报警电路进行报警显示。

第三方面是实现短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护，当制冷压缩机在起动或运行过程中，电流采样电路上的采样数据迅速增大，经控制器接收后与设定的短路电流基准参数进行比较，达到短路标准（即电流采样数据大于短路电流基准参数）即判断为短路，单片机MCU控制总回路开关断开，制冷压缩机停止工作，起到短路保护的作用；当制冷压缩机在起动或运行过程中，电流采样电路上的采样数据迅速增大，经控制器接收后与堵转电流基准参数进行比较，当大于堵转电流基准参数且累积时间达到规定时间（例如5S）后，即判断为堵转，控制器控制总回路开关断开，制冷压缩机停止工作，起到堵转保护的作用；然后控制器进行计时，达到规定堵转复位时间（例如100S）后，再一次通电开启制冷压缩机，重新判断是否存在堵转。如此循环规定周期（例如3个周期）后，如果还不能正常起动，输出堵转的报警信号至温度和报警显示电路进行报警显示。当制冷压缩机在运行过程中，电流采样电路上的采样数据变大，经控制器接收后与运行过载电流基准参数进行比较，当大于运行过载电流基准参数且累积时间达到规定的时间（例如5min）后，即判断为运行过载，控制器控制总回路开关断开，制冷压缩机停止工作，起到运行过载保护的作用；然后控制器进行计时，达到规定运行过载复位时间（例如10min）后，再一次通电开启制冷压缩机，重新判断是否存在运行过载。如此循环规定周期（例如3个周期）后，如果还不能正常起动，输出运行过载的报警信号至温度和报警显示电路进行报警显示。当制冷压缩机在运行过程中出现壳体过热时，控制器通过温度采样电路接收到压缩机壳体过热数据，进行处理后，与设定的过热基准参数进行比较，当大于过热基准参数据且累积时间达到规定的时间（例如1S）后，即判断为过热，控制器控制总回路开关断开，制冷压缩机停止工作，起到过热保护的作用。当制冷压缩机在运行过程中出现供电电源过欠压时，经电压采样电路取样后送入控制器与设定的过欠压基准参数（过压285V,欠压154V）进行比较，当达到过欠压基准参数范围且累积时间达到规定时间（例如1S）后，即判断为过欠压，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作，起到过欠压保护的作用。

本申请所述正常起动时间、两次起动时间间隔、运行过载或堵转累积时间、过热累积时间、过欠压累积时间、运行过载或堵转复位时间、起动次数或保护次数通常均在设计调试时确定并写入控制程序，也可以根据实际需要在控制系统初始化时输入。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发明各部分所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种家用制冷机的控制系统，其特征是：由控制器、电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关组成，控制器与电源电路、温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路、参数设置电路、温度和报警显示电路、总回路开关、副绕组回路开关均连接，电源电路、电压采样电路均与总回路电源两端并接，电流采样电路、总回路开关、压缩机C端依次连接，压缩机S端经过副绕组回路开关连接至总回路电源N端，所述参数设置电路用于短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护参数的设置和制冷室温度参数的设置，所述温度和报警显示电路用于控制器输出的制冷室实时温度、设置温度和报警信号的显示，控制器分别控制温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路进行实时采样，实时采样数据分别与相应的基准参数进行比较，达到设计控制标准时控制总回路开关和副绕组回路开关执行相应的动作。

2.根据权利要求1所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是包括控制系统初始化、制冷室的温度控制、制冷压缩机的起动控制、非正常工作状态保护。

3.根据权利要求2所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是：所述制冷室的温度控制包括：控制器通过温度采样电路对制冷室实时温度进行采样形成实时温度数据，控制器将实时温度数据与开机基准参数和或停机基准参数进行比较，当实时温度数据大于等于开机基准参数时，控制器控制总回路开关闭合，开启制冷压缩机工作；当实时温度数据小于停机基准参数时，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作。

4.根据权利要求2所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是：所述制冷压缩机的起动控制包括：压缩机起动步骤、检查压缩机是否正常起动步骤、根据压缩机是否正常起动和起动次数是否达到规定次数确定下一步处理。

5.根据权利要求4所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是：所述压缩机起动步骤包括：总回路开关闭合，压缩机工作，控制器控制副绕组回路开关闭合，接通压缩机副绕组，起动达到正常起动时间后，控制器控制副绕组回路开关断开，切断压缩机副绕组回路。

6.根据权利要求4所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是：所述根据压缩机是否正常起动和起动次数是否达到规定次数确定下一步处理包括：如果总回路电流正常，则本次起动成功，起动次数为初始值1；如果总回路电流异常且起动次数未达到规定次数时，起动次数+1，控制器在达到两次起动时间间隔后再次起动压缩机；否则视为起动不正常，控制器输出相应的报警数据至温度和报警显示电路进行报警显示。

7.根据权利要求2所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是：所述非正常工作状态保护包括：短路、运行过载、堵转、过热、电源过欠压保护，控制器根据采样数据判断是否出现非正常工作状态及保护次数是否达到规定次数进行相应的处理。

8.根据权利要求7所述家用制冷机的控制系统的控制方法，其特征是：所述控制器根据采样数据判断是否出现非正常工作状态及保护次数是否达到规定次数进行相应的处理步骤包括：控制器通过温度采样电路、电流采样电路、电压采样电路分别采样压缩机工作状态和供电电源状况；当压缩机总回路电流采样数据落在总回路电流非正常工作状态的短路范围内时控制器即判断为短路；当压缩机总回路电流采样数据分别落在总回路电流非正常工作状态的运行过载、堵转范围内且累积时间达到规定时间时控制器即分别判断为运行过载、堵转；当压缩机壳体温度采样数据大于过热基准参数且累积时间达到规定时间时，控制器即判断为过热；当供电电源电压采样数据达到过欠压基准参数范围且累积时间达到规定时间时，控制器即判断为过欠压；当短路、过热、过欠压三种非正常工作状态出现时，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作，显示相应非正常工作状态的报警信号；当运行过载、堵转两种非正常工作状态出现时，控制器控制总回路开关断开，停止制冷压缩机工作，保护次数+1，若保护次数不大于规定次数，延时复位时间后，再一次通电开启制冷压缩机；若保护次数大于规定次数，则显示相应非正常工作状态的报警信号；若没有出现非正常工作状态则正常退出并将保护次数复位为零。