小型变频多联式空调系统的节能应用研究

【摘要】：随着经济的发展以及能源供求的紧张,人们对空调的舒适性和节能性要求不断增强,直流变频空调以其极高的舒适性和节能性已逐渐成为空调市场的发展趋势。针对于现代建筑的多样化,传统空调机组、大型水冷机组或单元式定速(变频)空调机组,已经不能完全适应现在建筑的需求。多联式空调(热泵)机组,简称多联机,二十世纪八十年代诞生于日本,在我国是最近几年才发展起来的一种具有集中式空调系统特点的新型空调系统,它集变频、变容等技术,具有使用节能、舒适、控制灵活等特点,通过不同容量机组的组合和布置可满足不同规模建筑物的要求多联式空调机组,简称多联机。与传统的集中式空调相比,省去了主机房、冷却塔、水输配系统,使系统仅剩下空调的室内机、室外机和较细的连接管道及室内外机之间的电源、通讯等的线缆,从而大大简化了空调系统的复杂程度,提高了空调设备的可维护性和可靠性,因而受到广泛的好评。 本文对海信日立公司最新研发的R410A简约小型多联空调控制系统的开发进行了总结说明,在实际开发中应用了多联机控制技术、PID控制技术、相位检测技术、直流永磁压缩机无传感器驱动技术以及PWM直流风扇控制技术等。论文详细论述了控制系统的方案设计、通讯协议、控制算法、基板热计算、大功率器件选型计算、压缩机驱动及保护告警处理等,并且重点对直流永磁压缩机驱动的电阻采样控制技术进行了深入的研究。 论文的研究成果主要体现在以下几个方面： 制定了小型多联空调控制系统的总体设计方案,机型兼顾大型商用多联机的控制方案灵活,效率高的特点,同时设计上也考虑家用小户型及小型别墅的使用特点,用以替代传统单元机一拖一的方式,外机使用主控基板加变频驱动基板方案。电路设计时充分考虑电路板的最大负荷电流,以及它的散热情况,确保电路板能顺利通过后期的各项可靠性试验开发,完成了以H8/36109单片机为核心的室内机控制器及室外机控制器。 压机采用高效的日立直流变频涡旋压缩机,具有启动性能优越,低电压运转,高效能等特点。压机驱动芯片使用NEC半导体专用压缩机驱动芯片BL/DC64,由海信日立公司相关人员进行开发,目前压机驱动已结束产品测试阶段,正在转入产品量试。 在整机性能测试的基础上,做了相关的节能调试工作。机器的整体构造试验,通过不同的测试方法,满足产品10年长期运转的设计要求。实现了第三方中央控制器集中控制、485通迅可以兼容多家上位机协议,实现简易集中控制功能,提升了产品的形象,满足了不同用户的需求。 建立了简约小型多联机完善的异常和告警处理体系。对空调机组的运行实时监控,当异常发生时,能确保空调系统不被损坏,压机驱动部分不会引起烧毁或压缩机因过电流等原因退磁,并方便检测人员快速查出问题的根源。 简约小型多联机系统已经在部分地区进行试验运行。结果表明,此系统控制方案合理,运行可靠,控制算法先进,节能控制效果明显。 【关键词】：PID控制 HBS总线 相位检测 矢量控制 无传感器
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM925.12
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 系统开发背景14-16
• 1.2 海信日立小型变频多联式空调系统的特点16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 海信日立小型多联空调控制系统总体设计方案18-34
• 2.1 系统控制方案18-25
• 2.1.1 控制结构18-19
• 2.1.2 MCU介绍19-20
• 2.1.3 室外机电气接线图20-21
• 2.1.4 主控芯片管脚定义(室外机)21-23
• 2.1.5 室内机功能简介23
• 2.1.6 压缩机驱动功能简介23-25
• 2.2 系统软件方案25-33
• 2.2.1 集成开发环境介绍25-29
• 2.2.2 现场总线技术和HBS协议29-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 室外机控制器设计34-44
• 3.1 室外机电气控制系统框图34
• 3.2 室外机主控基板设计34-38
• 3.2.1 主控基板寿命测试点34-35
• 3.2.2 基板设计寿命计算35-36
• 3.2.3 电容判定值的计算36-38
• 3.3 室外机各部件控制概略38-42
• 3.3.1 各个部件控制概略38-39
• 3.3.2 回油控制39
• 3.3.3 保护的内容39-40
• 3.3.4 室外机电子膨胀阀(EVO)控制40
• 3.3.5 四通阀控制40-41
• 3.3.6 机组报警类41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 室内机控制器设计44-53
• 4.1 室内机电气控制系统框图44
• 4.2 制冷控制44-49
• 4.2.1 设定温度修正44
• 4.2.2 室温控制44-46
• 4.2.3 H2(排水泵)控制46-47
• 4.2.4 防止冻结保护控制47-49
• 4.2.5 内外机通讯地址49
• 4.3 制热49-52
• 4.3.1 送风机49-50
• 4.3.2 设定温度修正50
• 4.3.3 室温控制50
• 4.3.4 52H辅助电加热控制50-51
• 4.3.5 除霜51
• 4.3.6 防止温度过高控制51-52
• 4.3.7 其他52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 压缩机驱动设计53-77
• 5.1 直流压缩机53
• 5.2 永磁同步电动机控制53-65
• 5.2.1 永磁同步电动机的特点53
• 5.2.2 永磁同步电动机的结构与分类53-55
• 5.2.3 永磁同步电动机的无位置传感器坐标变换55-58
• 5.2.4 永磁同步电动机的矢量控制58-60
• 5.2.5 永磁同步电动机矢量控制策略60-65
• 5.3 永磁同步电动机的无传感器控制65-68
• 5.3.1 高频信号注入法65-68
• 5.3.2 扩展卡尔曼滤波法68
• 5.4 直流变频压缩机驱动的硬件设计68-69
• 5.5 直流变频压缩机驱动的软件设计69-72
• 5.5.1 主程序69-71
• 5.5.2 PWM中断71
• 5.5.3 ADC中断71-72
• 5.6 实验与结论72-76
• 5.6.1 稳定性试验72-75
• 5.6.2 效率试验及对比75-76
• 5.7 本章小结76-77
• 第6章 整机性能试验与评价77-79
• 6.1 试验内容77-78
• 6.1.1 主要试验检验内容77-78
• 6.2 本章小结78-79
• 总结语79-81
• 参考文献81-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士期间完成的专利84-85
• 学位论文评阅及答辩情况表85

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