CO工质热泵热水器水箱电控系统研究

摘要

随着人们环保意识的增强，以天然制冷剂CO<,2>为工质的热泵热水器将作为一种新型产品进入热水器市场。该热水器具有安全、高效、节能、加热快、环保等诸多优点，许多高校和知名企业已经对该热水器进行了理论研究和实验分析。 本文首先综合调研了CO<,2>工质热泵热水器的国内外发展状况。目前，该热水器所面临的主要任务在于继续提高效率和不断降低成本。本文从电控系统角度出发，对如何提高CO<,2>工质热泵热水器效率进行研究。考虑到调试整个电控系统困难程度和时间等方面因素，本文最终确定以整个电控系统中的水箱电控系统作为本文研究的重点。 其次，本文介绍了CO<,2>工质热泵热水器的组成及工作原理，并根据其工作原理设计了水箱电控系统。该系统以数字信号处理器dsPIC30f6010为主控芯片、以IR公司的IRAMSlOUP60B为无刷直流电机驱动芯片、以a3968slb为电动混水阀的驱动芯片。该系统使用了以上集成芯片，因此使电路结构紧凑、体积小、抗干扰性增强。同时本文对电机的驱动电路进行了相应的分析和研究，并在电路结构上进行了优化，为系统的工业应用提供了有力保证。 再次，本文对水箱电控系统的控制策略的方案进行了研究，内容涉及无刷直流电机PWM调速，电动混水阀改变冷热水混合比例控制，三线通信，CAN总线通信，uART通信等。本文着重研究并设计了无刷直流电机的单极性驱动方法，该方法保证了水箱电控系统更好的操作性能和响应控制特性，具有现实的工程应用价值。在研究电动混水阀本身结构和在热泵热水器中作用的基础上，本文设计了电动混水阀的控制策略。 最后，通过对水箱电控系统的实验以及实验波形的分析，可知本电控系统设计合理，性能可靠。通过对无刷直流电机转速的仿真，可知电机的跟随性能较好。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章引言

1.1选题背景及意义

1.2国内外发展状态

1.3研究内容

1.4本论文的章节安排

第二章系统工作原理及构成

2.1 CO2制冷工质的循环理论

2.2 CO2工质热泵热水器的组成

2.3 CO2工质热泵热水器的工作原理

2.3.1热泵机组的工作原理

2.3.2水箱机组的工作原理

2.4水箱机组执行部件

2.4.1水泵1结构分析

2.4.2电动混水阀结构分析

2.5本章小结

第三章水箱电控系统硬件设计

3.1 DSP控制系统设计流程

3.2 DSP最小系统

3.2.1 DSP芯片—dsPIC30F6010分析

3.2.2时钟电路设计

3.2.3在线调试器接口

3.2.4上电复位电路

3.3无刷直流电机硬件设计

3.3.1功率模块电路的设计

3.3.2温度控制信号电路

3.3.3电机位置信号处理电路

3.4 A/D转换电路设计

3.4.1温度传感器电路设计

3.4.2流量计传感器电路

3.4.3水位传感器检测电路

3.5电动混水阀驱动电路设计

3.6通讯电路设计

3.6.1遥控器通讯接口电路设计

3.6.2水箱电控系统与热泵电控系统通讯电路

3.6.3水箱电控系统与上位机的通讯电路

3.7遥控器电路设计

3.7.1键盘功能模块

3.7.2显示功能模块

3.8硬件抗干扰措施

3.9本章小结

第四章水箱电控系统软件设计

4.1 DSP开发环境介绍

4.2系统软件总体结构

4.3系统初始化

4.3.1时钟初始化

4.3.2看门狗设置

4.3.3中断初始化

4.3.4通用定时器初始化

4.3.5 I/O引脚初始化

4.3.6 A/D转换单元初始化

4.3.7捕获单元初始化

4.3.8串行通讯接口UART初始化

4.3.9 CAN通讯模块初始化

4.3.10电机控制PWM模块初始化

4.4无刷直流电机控制策略

4.4.1 PID控制

4.4.2电机速度检测

4.4.3速度的闭环控制

4.5混水阀控制策略

4.5.1电动混水阀的数学模型

4.5.2电动混水阀的上电自检

4.5.3电动混水阀的供水调整

4.6通讯模块控制策略

4.6.1 UART通讯模块控制

4.6.2 CAN通讯模块控制

4.6.3水箱与热泵两电控系统通讯控制

4.7遥控器的控制策略

4.8本章小结

第五章系统电源

5.1交流电源设计

5.1.1输入电源滤波

5.1.2交流电源保护

5.1.3交流电源频率检测

5.2开关电源原理

5.2.1开关电源技术

5.2.2单端反激型变换器工作原理

5.2.3开关电源高频变压器

5.3 UC3842构成的开关电源

5.3.1 UC3842特点

5.3.2 UC3842构成的开关电源工作过程

5.4直流电压检测

5.5本章小结

第六章水箱机组实验及仿真

6.1水箱机组实物

6.2水箱电控系统的实验和仿真

6.2.1无刷直流电机驱动逻辑

6.2.2电机驱动逻辑检测

6.2.3单极性控制结果分析

6.2.4电机的转速仿真

6.3通讯数据波形

6.3.1 CAN总线数据波形

6.3.2水箱电控系统与热泵电控系统通讯波形

6.4本章小结

第七章总结及展望

7.1全文总结

7.2存在的问题及展望

参考文献

硕士研究生阶段发表的学术论文

致谢