一种可控硅准变频方法及空调电扇单相异步电机驱动模块应用技术

本发明专利技术公开一种可控硅准变频方法，使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为约17Hz的准交流电，实现了准变频。相位差一个波再以同样的触发方式输出一路，这两路就构成了两相准交流电，用来驱动单相异步电机有比原用移相电容产生旋转磁场有更好的启动力矩及低速运转可靠性，特别适用为定频空调压缩机增加怠速工作状态，提出一种精简型定频空调模拟变频效果、新增预设启停定时间隔的运行模式、及查工作电流及各温度传感器判空调故障。这种单相异步电机的准变频技术还可用于电扇调速，能简化电扇电机的生产工序，不再需要为调速分段绕制线包及增加抽头引出线、或另设调速铁芯电感线圈。或另设调速铁芯电感线圈。或另设调速铁芯电感线圈。

【技术实现步骤摘要】
一种可控硅准变频方法及空调电扇单相异步电机驱动模块应用


[0001]本专利技术涉及单相异步电机变频驱动控制领域，尤其涉及一种可控硅准变频方法及空调电扇单相异步电机驱动模块应用。

技术介绍

[0002]目前典型变频空调压缩机驱动采用PWM技术实现变频工作，工作状态虽理想，但实现成本较高，采用3对大功率高反压MOS管或IGBT，还要搭上KW级PFC(也要高反压大功率MOS管)，一旦出现故障，无论真故障或维修人员失德，反正维修费用极高。这里实际上又引发了另一个问题：能否为空调补充一种自检功能，能定量显示空调偏离最佳工作状态的程度、或有什么问题严重到哪个等级。只要能确定出故障类型，维修所涉及的双方就不盲目或乱来了。此事的普遍性与迫切性在于随着高楼普遍，要在空调外机查看故障，即使空调用户自己是专业人员也因恐高不敢爬出窗外(去确认故障)，久而久之空调维修已成为乱收费重灾区，这换那坏再加氟随便编造，反正用户不会发现。更揪心的情景是维修人员好不容易冒着高空危险爬到窗外检修空调外机，发现是常见的压缩机移相电容坏了，但当时所带的移相电容数值大了10uF，维修人员肯定是直接换上，能工作就说修好了，不会告诉用户移相电容数值大了10uF。这会导致工作电流远超标运行，不仅耗电增加20％，还会掩盖发现缺氟的问题(定频空调工作电流逐渐变小一般是缺氟了)。
[0003]要凭现有定频空调所设置的若干温度传感器、压缩机工作电流，实现空调自检工作状况，定频空调因压缩机及毛细管定额工作，有天然的优势，因此定频空调又迎来了新的发展模式。而采用复杂技术的变频空调将遇到挑战了：变频空调的售价几乎是定频空调的一倍，但效果感受有限。在小房间或近距离仔细体验发现定频空调的主要问题是温度调节太过迟钝，制冷很长时间了仍不停制冷；到制冷停了又长时间不启动制冷，调温度解决不了问题，可令人意外的是许多变频空调也同样有这个问题。实际上要解决这个问题也并非只有理想的变频空调，只要做到定频空调压缩机不怕频繁启停，问题就有了转机。根据这个技术路线，为定频空调压缩机增加一个低速运转模式，压缩机每次启停都经过低速档缓冲过渡(又叫软起动)，实现制冷的短间隔怠速启停，从而使定频空调也能带来新感受。更直接地说，为定频空调压缩机单相异步电机补充一种低转速大力矩驱动模式(简称：准变频移相驱动)，是解决这个问题的突破点。
[0004]至此先将上述复杂的问题引出过程总结出两个结论：1、要实现空调工作状况自检，空调的结构必须精简典型，定频空调有天然的优势；2、定频空调也能避免长时间过冷过热的问题，通过缩短压缩机启停工作间隔来实现，前提是要给单相异步电机增加低转速大力矩模式及补充一种压缩机怠速运行状态。
[0005]单相异步电机补充了准变频低速运行模式，同时也能简化电扇电机的生产工序，不再需要为调速分段绕制线包及增加抽头引出线、或另设调速铁芯电感线圈。特别是加入MCU单片机作控制，能将功能设计得非常实用方便，或灵活多变，且价格低廉(如国产STC15
系列、STC8G系列，售价都印在技术文件中：1
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2元)。例如一种电扇调速模块，凭电源通断就能切换电扇风速，因此电扇只要一个自锁按钮式电源开关就能兼调速了，简洁可靠。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种两相准变频方法，该方法使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为约17Hz的准交流电，实现了准变频，从而无需额外引入PWM控制器便能实现变频功能。
[0007]一种由可控硅构成的两相准变频方法，所述方法基于可控硅的控制电路包括MCU单片机，BCR可控硅以及电源部分，所述MCU单片机根据交流电的正负交替波序有选择地触发可控硅导通输出，使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为16.67Hz的准交流电；
[0008]所述有选择地触发可控硅导通输出规则：从正波触发输出算起，接着出现的一负一正波不触发不输出，接着出现的负波触发输出；即每次都间隔一周两个波输出一个波，输出的波仍正负交替，频率为原来的1/3，实现了降频，获得频率为16.67Hz的第一路准交流电；
[0009]以同样的规则输出获得第二路准交流电，所述第一路准交流电与所述第二路准交流电之间相位差一个10mS的波，将所述第一路准交流电与所述第二路准交流电构成用于驱动单相异步电机的两相准交流电，简称两相准变频交流电或两相准变频方法。
[0010]本专利技术还提供一种基于两相准变频方法实现的空调压缩机单相异步电机驱动模块，以原移相电容运行模式为基础再增加准低频两相运转模式，以获得空调压缩机启动时先经过低速档运转过渡；
[0011]所述空调单相异步电机驱动模块的功能实现方式：当连接到端口(1)的来自空调室内机的两根压缩机供电线加电时，所述空调单相异步电机驱动模块的可控硅控制电路在4线连接端口(2)上的BCR1及BCR2输出连接点输出频率为16.67Hz的两相准交流电，用于驱动空调压缩机单相异步电机启动时作低速运转过渡；若干秒后，可控硅BCR1、BCR3改变为全波触发、BCR2不触发，在4线连接端口(2)上的BCR1及BCR3输出连接点输出的是同一个全波交流电，即变为原移相电容构成的电机正常运行方式；
[0012]对延续使用继电器的电路设计或/和大功率空调领域，BCR1、BCR3的全波导通状态切换可用继电器触点J1、J2代替，继电器J1、J2常闭触点平时切换在BCR1、BCR2构成的两相准低频交流模式为低速起动过渡；起动缓冲若干秒后，继电器J1、J2触点切换到电机的主绕组直接连交流电输入、电机的副绕组连接移相电容C串联到交流电输入，进入到原移相电容构成的电机正常运行方式。
[0013]具体的，所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用方法包括：
[0014]应用方法A、原空调主控板不作改动，原空调外机连线中的两根压缩机供电线连接所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的交流电输入连接端口(1)，通讯控制接口SIP4(3)不用，使定频空调压缩机每次起动都经过低速档运转过渡；
[0015]应用方法B、对原定频空调主控板增加一种按时间长度设定压缩机工作或停止的运行模式，空调遥控器增加这种时间长度设置的配套功能；定频空调压缩机停止工作时包括压缩机电机低速档运转，一种压缩机怠速工作状态，即采用频率为16.67Hz的两相准交流
电驱动空调压缩机电机，使压缩机频繁短间隔启停正常化；它不仅能产生近似变频空调的效果，更重要的是还提供了一种用于检测定频空调的测试模式，能以最短1分钟为间隔设定工作/怠速时间轮换运行；进入测试模式运行时，空调各温度检测点的读数及压缩机工作电流会发送到用户电脑或手机，以让用户判断空调系统问题；用户也可将一些实测数据输入空调以修正当地空调安装环境与标准空调测试环境的差异，为自检功能创造更准确的判断基础；
[0016]设置或控制命令通过通讯控制接口SIP4(3)通知驱动模块；
[0017]应用方法C、原定频空调主控板及遥控器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由可控硅构成的两相准变频方法，所述方法基于可控硅的控制电路包括MCU单片机，BCR可控硅以及电源部分，其特征在于，所述MCU单片机根据交流电的正负交替波序有选择地触发可控硅导通输出，使输出的交流电波数频率减少到原来的1/3，仍保持正负波交替均衡，是频率为16.67Hz的准交流电；所述有选择地触发可控硅导通输出规则：从正波触发输出算起，接着出现的一负一正波不触发不输出，接着出现的负波触发输出；即每次都间隔一周两个波输出一个波，输出的波仍正负交替，频率为原来的1/3，实现了降频，获得频率为16.67Hz的第一路准交流电；以同样的规则输出获得第二路准交流电，所述第一路准交流电与所述第二路准交流电之间相位差一个10mS的波，将所述第一路准交流电与所述第二路准交流电构成用于驱动单相异步电机的两相准交流电，简称两相准变频交流电或两相准变频方法；所述可控硅的控制电路连接方案：电源部分为220V交流降压稳压输出，用低压稳定直流供电MCU单片机工作，MCU单片机的输出端口连接到BCR可控硅的触发极G，单相交流电的一极连接BCR可控硅的T1极，BCR可控硅的T2极是输出端，准交流电输出的另一极同单相交流电输入的另一极共线，也是两相准交流电输出的公共端；所述两相准交流输出就是第一路由第一可控硅BCR1输出、第二路由第二可控硅BCR2输出；MCU单片机有一个输入端口串联高阻电阻R连接到交流供电的一端，以获取交流电波形过零信息，称交流波采样电阻R。2.一种基于权利要求1所述的两相准变频方法实现的空调压缩机单相异步电机驱动模块，其特征在于，以原移相电容运行模式为基础再增加准低频两相运转模式，以获得空调压缩机启动时先经过低速档运转过渡；所述空调单相异步电机驱动模块为一块名片大小的电路板，安装在空调室外机的压缩机附近，电路板上装置了所述两相准变频方法中的控制电路，包括：电源部分、可控硅BCR1、BCR2、BCR3、MCU单片机、交流波采样电阻R；还装置了交流电输入连接端口(1)、4线连接端口(2)、通讯控制接口SIP4(3)；具体连接方式如下：所述交流电输入连接端口(1)供来自空调室内机的两根压缩机供电连线连接；所述4线连接端口(2)中的连接点分别是可控硅BCR1、BCR2、BCR3的3个T2输出端及一个与交流电输入连接端口(1)中一极共线的交流电一端，依次连接空调压缩机电机的主绕组、副绕组、移相电容、及主副绕组公共端；所述通讯控制接口SIP4(3)四个插针分别是：+5V RX TX
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5V，既可用作逻辑电平控制，也可用作RS串行通讯；所述空调单相异步电机驱动模块的功能实现方式：当连接到端口(1)的来自空调室内机的两根压缩机供电线加电时，所述空调单相异步电机驱动模块的可控硅控制电路在4线连接端口(2)上的BCR1及BCR2输出连接点输出频率为16.67Hz的两相准交流电，用于驱动空调压缩机单相异步电机启动时作低速运转过渡；若干秒后，可控硅BCR1、BCR3改变为全波触发、BCR2不触发，在4线连接端口(2)上的BCR1及BCR3输出连接点输出的是同一个全波交流电，即变为原移相电容构成的电机正常运行方式；对延续使用继电器的电路设计或/和大功率空调领域，BCR1、BCR3的全波导通状态切换可用继电器触点J1、J2代替，继电器J1、J2常闭触点平时切换在BCR1、BCR2构成的两相准低频交流模式为低速起动过渡；起动缓冲若干秒后，继电器J1、J2触点切换到电机的主绕组直接连交流电输入、电机的副绕组连接移相电容C串联到交流电输入，进入到原移相电容构成的电机正常运行方式。
3.根据权利要求2所述的空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用方法，其特征在于，包括以下4种应用方法：应用方法A、原空调主控板不作改动，原空调外机连线中的两根压缩机供电线连接所述驱动模块的交流电输入连接端口(1)，即：交流电输入连接端口(1)、4线连接端口(2)按所述具体连接方式的连接，通讯控制接口SIP4(3)不用，使定频空调压缩机每次起动都经过低速档运转过渡；应用方法B、对原定频空调主控板增加一种按时间长度设定压缩机工作或停止的运行模式，空调遥控器增加这种时间长度设置的配套功能；定频空调压缩机停止工作时包括压缩机电机低速档运转，一种压缩机怠速工作状态，即采用频率为16.67Hz的两相准交流电驱动空调压缩机电机，使压缩机频繁短间隔启停正常化；它不仅能产生近似变频空调的效果，更重要的是还提供了一种用于检测定频空调的测试模式，能以最短1分钟为间隔设定工作/怠速时间轮换运行；进入测试模式运行时，空调各温度检测点的读数及压缩机工作电流会发送到用户电脑或手机，以让用户判断空调系统问题；用户也可将一些实测数据输入空调以修正当地空调安装环境与标准空调测试环境的差异，为自检功能创造更准确的判断基础；设置或控制命令通过通讯控制接口SIP4(3)通知驱动模块；应用方法C、原定频空调主控板及遥控器不作改动，为原定频空调增设定时红外遥控装置：所述定时红外遥控装置具有记录两个空调遥控器的按键发码，当所述定时红外遥控装置记录了最低温度制冷及不制冷的红外码后，所述定时红外遥控装置会定时循环发送所记录的这两种红外码；循环发码定时间隔也可按5分钟、10分钟的间隔设置；所述定时红外遥控装置可以是充电型或插电型，插在空调附近并转动红外发射管对准空调室内机；应用方法D、为拓宽所述空调压缩机单相异步电机驱动模块的应用灵活性，所述空调压缩机单相异步电机驱动模块还可增加以下功能：a、交流电输入连接端口(1)的瞬时断电作控制命令：在通电2秒内未发生断电，就按正常软启动后全速运转，直到断电；若在通电2秒内有0.5秒的断电若干次，则作为控制命令，例如断电1次表示运转5分钟停5分钟循环，断电2次表示运转10分钟停5分钟循环，断电3次表示运转5分钟停10分钟循环；b、用3芯或4芯长连接线连接到通讯控制接口SIP4(3)以逻辑电平组合控制；c、用3芯或4芯长双绞线连接到通讯控制接口SIP4(3)以RS串行通讯控制，复杂的控制，包括设置各种时间参数要记入到MCU单片机的Flash EEPROM中，断电不丢失；d、用无线模块通过SPI串行接口同MCU单片机连接，实现无线设置空调压缩机的低速启动延时或/和高低速运行定时循环规则。4.一种基于权利要求1所述的两相准变频方法实现的电扇单相异步电机调速模块，其特征在于，所述电扇单相异步电机调速模块以原移相电容运行模式为基础再增加准低频两相运转模式，以获得电扇电机增加一个低速档运转模式；所述电扇单相异步电机调速模块为充电头大小的电路板，安装在电扇机座内，电路板上装置了所述两相准变频方法中的控制电路，包括：电源部分、可控硅BCR1、BCR2、BCR3、MCU单片机、交流波采样电阻R；还装置了交流电输入连接端口(1)、4线连接端口(2)；所述交流电输入连接端口(1)接220V交流电输入电源线；所述4线连接端口(2)中的连接点分别是可控硅BCR1、BCR2、BCR3的3个T2输出端
及一个与交流电输入连接端口(1)中一极共线的交流电一端，依次连接电扇电机的主绕组、副绕组、移相电容、及主副绕组公共端；所述电扇单相异步电机调速模块的功能实现方式：当连接到端口(1)的交流输入通电时，所述电扇单相异步电机调速模块的可控硅控制电路在4线连接端口(2)上的BCR1及BCR2输出连接点输出频率为16.67Hz的两相准交流电，用于电扇电机平时作低速档运行；通过插拔电源或按钮开关瞬时断电再接通，经单片机识别这种瞬时断电控制命令，可控硅BCR1、BCR3转变为全波触发、BCR2不触发，在4线连接端口(2)上的BCR1及BCR3输出连接点输出的是同一个全波交流电，即电机变为原移相电容构成的全速运行方式；对延续使用继电器的电路设计，BCR1、BCR3的全波导通状态切换可用继电器触点J1、J2代替，继电器J1、J2常闭触点平时切换在BCR1、BCR2构成的两相准低频交流模式为平时电扇作低速档运行；一旦瞬时断电控制切换，继电器J1、J2触点切换到电机的主绕组直接连交流电输入、电机的副绕组连接移相电容C串联到交流电输入，进入到原移相电容构成的电机全速运行方式。5.根据权利要求1所述的两相准变频方法，其特征在于，还能实现一种单...

【专利技术属性】
技术研发人员：金隐华，金琦明，赵煜恺，
申请(专利权)人：杭州合学教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：