变频空调室外机及其整机消耗功率的自检系统和方法

摘要

本发明属于制冷设备检测控制领域，尤其涉及一种变频空调室外机及其整机消耗功率的自检系统和方法。本发明实施例提供的变频空调室外机及其整机消耗功率的自检系统和方法，在硬件上仅需增加若干个用于检测Ubd的分压电阻，便可利用变频空调现有的有源或部分有源PFC（功率因数补偿）电路中的采样电阻及室内、室外机电控板上的MCU，实现变频空调整机消耗功率及室内机、室外机各自消耗功率的检测，成本低并且精度较高，能够有效解决现有空调器消耗功率检测系统及方法中存在的成本过高或者精度不够的问题。

说明书

技术领域

本发明属于制冷设备检测控制领域，尤其涉及一种变频空调室外机及其整 机消耗功率的自检系统和方法。

背景技术

随着人们对能源问题重视程度的日益提高，家用电器在节能方面的要求也 越来越高。空调作为耗电量较大的家用电器，其消耗功率尤其受到用户的关注。 为此，不少空调厂家将消耗功率作为调节整机运行状态的依据，或将消耗功率 与用电量输出到空调的显示屏上以便于用户监控。

现有空调生产厂家提出了一种根据测得消耗功率对空调用电量进行控制 的用电量控制装置，该装置就包含了对消耗功率的检测模块；另有一种带电量 显示的空调器，该空调器在电源输入处增加了功率检测的模块，并把测得的功 率与用电量输出到空调器的显示屏上。该方法能准确地测量出空调器整机的消 耗功率，但增加了额外的功率检测模块，大大增加了整机的成本。

还有一种能显示消耗功率与用电量的空调器，该空调器通过电压互感器与 电流互感器测量出电源电压与整机的消耗电流，并据此通过室内机的MCU计 算出整机消耗功率与用电量。其功率计算方式与功率因数有关，但用电压互感 器和电流互感器测得的电压值与电流值难以对功率因数进行准确的计算，因此 其消耗功率的计算精度将受到很大影响。此外，由于增加了电压互感器与电流 互感器，整机成本也要增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频空调室外机消耗功率的自检系统，其检测 成本低并且精度较高，能够解决上述现有检测系统及方法中存在的成本过高或 者精度不够的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种变频空调室外机消耗功率的自检系统，与交流电源的整流桥直流侧输 出端相连，其特征在于，所述室外机消耗功率的自检系统包括：

连接在所述整流桥第一直流侧输出端与地之间，用于检测所述整流桥直流 侧输出端电流值的无感电阻R1；

串联在所述整流桥第二直流侧输出端与地之间，用于检测所述整流桥直流 侧输出端电压值的分压电阻R2和分压电阻R3；

分别连接在所述无感电阻R1与整流桥第一直流侧输出端共接的一端以及 所述分压电阻R2和分压电阻R3共接的一端，用于获取所述整流桥直流侧输 出端电流值和电压值、通过计算确定所述室外机消耗功率的室外机电控板 MCU。

本发明的目的还在于提供一种变频空调整机消耗功率的自检系统，本系统 包括了上述室外机消耗功率的自检系统，具体为：

一种变频空调消耗功率的自检系统，其特征在于，所述变频空调消耗功率 的自检系统包括：

连接在所述整流桥第一直流侧输出端与地之间，用于检测所述整流桥直流 侧输出端电流值的无感电阻R1；

串联在所述整流桥第二直流侧输出端与地之间，用于检测所述整流桥直流 侧输出端电压值的分压电阻R2和分压电阻R3；

分别连接在所述无感电阻R1与整流桥第一直流侧输出端共接的一端、以 及所述分压电阻R2和分压电阻R3共接的一端，用于获取所述整流桥直流侧 输出端电流值和电压值、通过计算确定交流电源的电压有效值及所述室外机消 耗功率，并通过串行通信方式将室外机消耗功率及交流电源的电压有效值传递 给室内机的室外机电控板MCU；

接收所述室外机电控板MCU传递的数据，结合所述变频空调的工作模式， 根据预设的室内机消耗功率的映射关系确定所述室内机消耗功率，并计算所述 变频空调消耗功率的室内机电控板MCU。

本发明的目的也在于提供一种基于上述变频空调整机消耗功率的自检系 统的检测方法，具体包括如下步骤：

室外机电控板MCU检测所述无感电阻R1上的电压降，通过计算获取所 述整流桥直流侧输出端的电流值（I_bd）；

室外机电控板MCU检测所述分压电阻R3上的电压降，通过计算获取所 述整流桥直流侧输出端的电压值（U_bd）；

室外机电控板MCU根据预设关系式计算得到室外机的消耗功率 （P_outdoor）以及交流电压有效值（U_rms）并传递给室内机电控板MCU；

室内机电控板MCU接收所述室外机电控板MCU传递的数据，结合所述 变频空调的工作模式，根据预设的室内机消耗功率的映射关系确定所述室内机 消耗功率（P_indoor），并计算出所述变频空调消耗功率（P_whole）。

本发明提供的一种变频空调消耗功率的自检系统、方法及其室外机消耗功 率的自检系统，检测成本低并且精度较高，能够解决现有空调器消耗功率检测 系统及方法中存在的成本过高或者精度不够的问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的变频空调室外机消耗功率自检系统的结 构简图；

图2是本发明第二实施例提供的变频空调整机消耗功率的自检系统的结 构简图；

图3是本发明第三实施例提供的基于第二实施例提供的变频空调消耗功 率自检系统的检测方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种变频空调消耗功率的自检系统、方法及其室外机消耗功 率的自检系统，检测成本低并且精度较高，能够解决现有空调器消耗功率检测 系统及方法中存在的成本过高或者精度不够的问题。

实施例一：

图1是本发明第一实施例提供的变频空调室外机消耗功率自检系统的结 构简图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

一种变频空调室外机消耗功率的自检系统，与交流电源AC的整流桥直流 侧输出端相连，并且与其他变频相关电路相接，包括：

连接在整流桥第一直流侧输出端与地之间，用于检测整流桥直流侧输出端 电流值I_bd的无感电阻R1；

串联在整流桥第二直流侧输出端与地之间，用于检测整流桥直流侧输出端 电压值U_bd的分压电阻R2和分压电阻R3；

分别连接在无感电阻R1与整流桥第一直流侧输出端共接的一端以及分压 电阻R2和分压电阻R3共接的一端，用于获取整流桥直流侧输出端电流值I_bd和电压值U_bd、通过计算确定室外机消耗功率P_outdoor的室外机电控板MCU。

本第一实施例提供的变频空调室外机消耗功率自检系统，能够用室外机电 控板MCU检测出以下两个物理量：一个是整流桥直流侧输出端的电压值U_bd； 另一个是流经整流桥输出端的电流值I_bd。其中，U_bd可通过MCU检测连接到 整流桥输出端与参考地之间若干个串联分压电阻上的电压值，并进行计算确 定，作为优选实施例，在这里仅选用两个分压电阻R2和R3；而I_bd可通过 MCU检测连接参考地与整流桥直流侧输出端之间无感电阻R1的电压降，并进 行计算确定。

另一方面，此处的无感电阻R1相当于变频空调室外机有源或部分有源 PFC（功率因数补偿）电路中的采样电阻，一般的变频空调都含有该部件，因 此，对于I_bd的检测在一般情况下无需增加新的硬件。

综上所述可知，本第一实施例提供的变频空调室外机消耗功率自检系统在 硬件上仅需增加若干个用于检测U_bd的分压电阻，作为优选，也只需要增加相 应的阻容滤波电路来实现，成本较低。MCU测得U_bd与I_bd之后，可通过乘法 计算公式确定出室外机的消耗功率P_outdoor。

此外，作为附加功能，室外机电控板MCU还可根据获取的整流桥直流侧 输出端的电压值U_bd计算出交流电源的电压有效值U_rms，并通过串行通信方 式将室外机消耗功率P_outdoor及交流电源的电压有效值U_rms传递给室内机电控 板的MCU。

实施例二：

图2是本发明第二实施例提供的变频空调整机消耗功率的自检系统的结 构简图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

本实施例提供的变频空调消耗功率的自检系统包括第一实施例提供的室 外机消耗功率自检系统，即无感电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3和室外 机电控板MCU，还包括一个与室外机电控板MCU进行串行通信的室内机电 控板MCU；

其中，无感电阻R1连接在整流桥第一直流侧输出端与地之间，用于检测 整流桥直流侧输出端电流值I_bd；分压电阻R2和分压电阻R3串联在整流桥第 二直流侧输出端与地之间，用于检测整流桥直流侧输出端电压值U_bd，室外机 电控板MCU的两个输入端分别接无感电阻R1与整流桥第一直流侧输出端共 接的一端以及分压电阻R2和分压电阻R3共接的一端，用于获取所述整流桥 直流侧输出端电流值I_bd和电压值U_bd，通过计算确定交流电源的电压有效值 U_rms及室外机消耗功率P_outdoor，通过计算确定交流电源的电压有效值及所述 室外机消耗功率，并通过串行通信方式将交流电压有效值U_rms及室外机消耗 功率P_outdoor传递给室内机；室内机电控板MCU接收室外机电控板MCU传递 的上述数据，结合变频空调的实时工作模式，根据预设的室内机消耗功率的映 射关系确定室内机消耗功率P_indoor，并计算出变频空调整机消耗功率P_whole。 变频空调整机消耗功率P_whole可表示为：

P_whole=P_indoor+P_outdoor    （1）

本优选实施例中，如图1所示的交流电源AC经过室内机继电器与室内机 供电电源（即市电）相连，因此可把室外机电控板MCU检测到的交流电压有 效值视为室内机的交流电压有效值U_rms。在具体实现时，因为目前大部分变 频空调都具有功率补偿控制（PFC）电路，该电路所包含的PFC电流采样电阻 与前述的无感电阻R1功能一致，可直接充当无感电阻R1，从而节省一个电流 采样电阻与室外机电控板MCU的模拟数字转换端口。而流经整流桥直流侧输 出端的电流I_bd会在无感电阻R1两端产生大小为U_AD1=I_bdR1的电压值，无感 电阻R1的取值需要保证U_AD1在室外机电控板MCU模拟数字转换端口容许 的输入电压范围之内。分压电阻R2和R3用于检测整流桥直流侧输出端的电 压值U_bd，因此分压电阻R2和R3的取值需要保证经过分压处理后的电压值， 即分压电阻R2和R3共接的一端处的电压值U_AD2=U_bd R3/(R2+R3)，也应该 在室外机电控板MCU模拟数字转换端口容许的输入电压范围之内。当室外板 MCU检测到U_AD1与U_AD2之后，I_bd与U_bd可由下式求得：

$I_{\mathrm{bd}}=\frac{U_{\mathrm{AD}1}}{R_1}$$U_{\mathrm{bd}}=\frac{U_{\mathrm{AD}2}(R_2+R_3)}{R_3}---\left(2\right)$

再经由一乘法器和第一低通滤波器，可直接计算得出变频空调室外机消耗 功率P_outdoor。以及通过U_bd的在一个时间区间T_c内的峰值U_bdp除以求得 交流电压有效值U_rms，并通过串行通信方式将上述两个数据传递给室内机电 控板的MCU。

作为优选实施例，上述的变频空调消耗功率的自检系统还包括一个用于显 示变频空调整机消耗功率P_whole的显示装置。

在具体实现时，显示装置与室内机电控板的MCU相接，将室内机电控板 的MCU计算得到的室内机消耗功率P_indoor和整机消耗功率P_whole显示出来， 以备用户查验之用。

需要说明的是，本实施例只是对本发明所述的变频空调消耗功率的自检系 统的一种优选的实例列举，不限定本发明的保护范围。

实施例三：

图3是本发明第三实施例提供的基于第二实施例提供的变频空调消耗功 率自检系统的检测方法的实现流程图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相 关的部分。

本实施例提供的变频空调消耗功率自检系统的检测方法包括：

在步骤S301中，室外机电控板MCU检测无感电阻R1上的电压降，通过 计算获取整流桥直流侧输出端的电流值I_bd；

在步骤S302中，室外机电控板MCU检测分压电阻R3上的电压降，通过 计算获取整流桥直流侧输出端的电压值U_bd；

在步骤S303中，室外机电控板MCU根据预设关系式计算得到室外机的 消耗功率P_outdoor以及交流电压有效值U_rms，并传递给室内机电控板MCU；

在步骤S304中，室内机电控板MCU接收室外机电控板MCU传递的数据， 结合变频空调的工作模式，根据预设的室内机消耗功率的映射关系确定室内机 消耗功率P_indoor，并计算出变频空调整机消耗功率P_whole。

在具体实现时，作为优选实施例，步骤S303中室外机电控板MCU根据 预设关系式计算得到室外机的消耗功率P_outdoor以及交流电压有效值U_rms中的 预设关系式具体为：

$P_{\mathrm{outdoor}}\left(k\right)=(1-\frac{T}{T_p})P_{\mathrm{outdoor}}(k-1)+\frac{T}{T_p}{I}_{\mathrm{bd}}\left(k\right)U_{\mathrm{bd}}\left(k\right)$

$U_{\mathrm{rms}}\left(k\right)=(1-\frac{T}{T_u})U_{\mathrm{rms}}(k-1)+\frac{T}{T_u}{U}_{\mathrm{rms}0}\left(k\right)---\left(3\right)$

$U_{\mathrm{rms}0}\left(k\right)=\frac{U_{\mathrm{bdp}}\left(k\right)}{\sqrt{2}}$

其中，T为计算室外机的消耗功率P_outdoor与交流电压有效值U_rms所用两 个数字低通滤波器的更新周期，T_p与T_u分别为上述两个滤波器的时间常数， 上述两个低通滤波器的时间常数Tp与Tu的选取需满足以下两个条件：（1） 滤波器输出的变频空调室外机消耗功率P_outdoor与交流电压有效值U_rms的谐波 成分在可接受的范围之内；（2）滤波器输出能以足够快的速度对消耗功率与 交流电压有效值的变化做出反应。举例如下：若数字滤波器的更新周期T=1ms， 则可取T_p=1s与T_u=0.5s。Ubdp为整流桥直流侧输出端的电压值U_bd在每一个 自检采样时间区间Tc内的峰值，·(k)与·(k-1)分别表示变量·在第k与k-1 个采样时刻被室外机电控板MCU所获取的值。交流电压有效值U_rms可以由 U_bd的在一个时间区间T_c内的峰值U_bdp除以求得。对于50Hz的交流市电， T_c可取10ms到20ms之间的值。

另一方面，在具体实现时，整流桥输出电压的峰值U_bdp（即U_bd的在一 个时间区间T_c内的峰值）可通过如下检测算法流程来确定。

在步骤S401中，初始化预设电压峰值U_bdp0为311V；

在步骤S402中，读取整流桥直流侧输出端的实时电压U_bd；

在步骤S403中，比较初始化的电压峰值U_bdp0与实时电压U_bd的大小， 若U_bdp0小于U_bd，则更新交流电压的即时峰值U_bdp=U_bd；若U_bdp0不小于 U_bd，则保持交流电压的即时峰值U_bdp为预设的U_bdp0；

在步骤S404中，经过一个采样时间段T_c，再读取整流桥直流侧输出端的 实时电压U_bd；

在步骤S405中，比较即时电压峰值U_bdp与实时电压U_bd的大小，若U_bdp小于U_bd，则更新交流电压的即时峰值U_bdp=U_bd；若U_bdp不小于U_bd，则保 持交流电压的即时峰值U_bdp不变。

这样，每隔一个采样时间区间T_c就获取一个整流桥直流侧输出端的实时 电压U_bd，并与交流电压的即时峰值U_bdp进行比较，若实时电压U_bd大于即时 峰值U_bdp，则更新即时峰值U_bdp的值为实时电压U_bd，如若实时电压U_bd小 于或等于即时峰值U_bdp，则不进行更新即时峰值U_bdp的操作；上述步骤循环 进行，直到用户停止使用变频空调，不需要再计算消耗功率。下面举例进行简 单说明：

假设取T_c=10ms，则在0到10ms区间确定出U_bd的最大值为300.5V，根 据上面所列的公式(3)可得U_bdp=300.5V，U_rms0=212.5V；然后在10ms到20ms 这一个采样区间确定出U_bd的最大值为302.1V，则根据(3)式，U_bdp与U_rms0就分别更新为U_bdp=302.1V，U_rms0=213.6V；依此类推。

室外机电控板MCU计算得到的室外机的消耗功率P_outdoor以及交流电压 有效值U_rms，可通过室内机和室外机之间的串行通信方式，传递给室内机电 控板MCU。

在上述步骤S304中，室内机电控板MCU接收室外机电控板MCU传递的 数据，结合变频空调的工作模式，根据预设的室内机消耗功率的映射关系确定 室内机消耗功率P_indoor，并计算出变频空调整机消耗功率P_whole。

本步骤在具体实现时，首先室内机电控板MCU读取室内机当前的工作模 式为工作模式集合S中的一种，其中S={M1，M2，…Mn}为变频空调预设的 工作模式的集合，每一种工作模式下对应一对室内机消耗功率计算系数A和 B。根据确定的工作模式，查表处理得到预设的室内机消耗功率计算系数A和 B，然后，室内机电控板MCU根据系数A、B与由室外机电控板MCU传递过 来的交流电压有效值Urms，通过如下所列公式（4）计算出室内机的消耗功率 Pindoor。

P_indoor=AU_rms+B    （4）

下面简要说明室内机工作模式集合S={M1，M2，…Mn}如何设定。举例 如下：设室内机包括导风条、室内风机和电辅热三个消耗功率的主要部件。设 导风条的工作模式包含四种，构成集合S1={不摆风，上下摆风，左右摆风， 上下且左右摆风}；室内风机的风速模式包含四种，构成集合S2={低风，中风， 高风，强劲}；电辅热的工作模式有两种，构成集合S3={电辅热开，电辅热关}， 综合上述三个器件的工作模式，可知室内机工作模式的集合S为S1、S2与S3 的组合，即S=S1×S2×S3。因此，室内机工作模式的集合S具有4×4×2=32 个元素，比如：M1=[不摆风,低风,电辅热开]、M2=[不摆风,低风,电辅热关]、 M3=[上下摆风,低风,电辅热开]等。

根据上面给出的例子，S具有32个元素，即A、B具有32对不同的取值， 分别为[A1，B1]，[A2，B2]…[A32，B32]，对应于工作模式M1，M2…M32。 对于[A1，B1]，可假设为室内机工作模式是M1=[不摆风，低风，电辅热开] 的情况，在生产和调试过程中测量不同交流输入电压下室内机的消耗功率，并 进行计算求得A1和B1。设室内机在M1工作模式下，180V交流电供电时消 耗功率为40W，而240V交流电供电情况下消耗功率为45W，则求得：

A1＝(45W-40W)/(240V-180V)=0.083W/V，

B1=45W-A1×240V=25W

其他功率计算系数（Ai，Bi）（i=2，3…32）也可按此方式获取、确定。

根据公式（4），如果室内机工作于模式M1，且室外机传输到室内机的交 流电压有效值Urms=220V，则根据参数A1、B1可计算出室内机消耗功率为 Pindoor=0.083W/V×220V+25W=43.26W。

最后，室内机电控板MCU根据室内机的消耗功率P_indoor以及室外机电控 板MCU传递过来的室外机消耗功率P_outdoor，通过式(1)计算出变频空调整机 的消耗功率P_whole。设室外机传到室内机的P_outdoor与U_rms分别为 P_outdoors=850W，U_rms=220V，则当室内机工作于模式M1时，整机消耗功率为 P_whole=850W+43.26W=893.26W。

需要说明的是，本实施例只是对本发明所述的变频空调消耗功率的自检系 统检测方法的一种实例列举，并不限定本发明的保护范围。

本发明实施例提供的一种变频空调消耗功率的自检系统、方法及其室外机 消耗功率的自检系统，在硬件上仅需增加若干个用于检测U_bd的分压电阻，便 可利用变频空调现有的有源或部分有源PFC（功率因数补偿）电路中的采样电 阻及室内、室外机电控板上的MCU，实现变频空调整机消耗功率及室内机、 室外机各自消耗功率的检测，成本低并且精度较高，能够有效解决现有空调器 消耗功率检测系统及方法中存在的成本过高或者精度不够的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照 前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。