熱泵熱水器及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱泵熱水器及其控制方法。其中，熱泵熱水器包括：水箱；檢測單元，用于檢測水箱中的水溫，得到檢測水溫；壓縮機，壓縮機的電機線圈具有多級繞組，其中，多級繞組的第n級繞組的阻值小于多級繞組中第n-1級繞組的阻值，n為2以上的自然數(shù)；以及控制單元，與檢測單元和壓縮機均相連接，用于查找與檢測水溫對應(yīng)的繞組，得到第p級繞組，并控制壓縮機采用第p級繞組運行。通過本發(fā)明，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱泵熱水器隨著水溫升高性能下降的問題，進而達到了提高熱泵熱水器整體性能的效果。
【專利說明】熱泵熱水器及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱水器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種熱泵熱水器及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱泵熱水器的整體機組性能會隨著熱水溫度的升高而降低，即水溫越高，熱泵熱 水器性能越低。特別對于采用定頻壓縮機的熱泵熱水器產(chǎn)品，由于定頻壓縮機的電機匝數(shù) 固定，繞組固定，轉(zhuǎn)速也固定，無法在不同水溫條件下根據(jù)系統(tǒng)運行狀況調(diào)節(jié)壓縮機頻率或 轉(zhuǎn)速，在高水溫階段熱泵熱水器的性能會顯著下降，從而導(dǎo)致熱泵熱水器在整個加熱水過 程中整體性能下降。
[0003] 針對相關(guān)技術(shù)中熱泵熱水器隨著水溫升高性能下降的問題，目前尚未提出有效的 解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種熱泵熱水器及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中熱 泵熱水器隨著水溫升高性能下降的問題。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種熱泵熱水器，包括：水箱； 檢測單元，用于檢測水箱中的水溫，得到檢測水溫；壓縮機，壓縮機的電機線圈具有多級繞 組，其中，多級繞組的第η級繞組的阻值小于多級繞組中第n-1級繞組的阻值，η為2以上 的自然數(shù)；以及控制單元，與檢測單元和壓縮機均相連接，用于查找與所述檢測水溫對應(yīng) 的繞組，得到第Ρ級繞組，并控制所述壓縮機采用所述第Ρ級繞組運行，其中，Ρ為自然數(shù)， 1 < ρ < η，在所述熱泵熱水器中存儲有不同水溫區(qū)間與繞組級數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并且，所 述水溫區(qū)間內(nèi)的平均水溫越高，對應(yīng)的所述繞組級數(shù)越大。
[0006] 進一步地，電機線圈上具有一個靜觸點和多個動觸點，靜觸點與多個動觸點中的 動觸點j n相連接，形成第η級繞組，靜觸點與多個動觸點中的動觸點相連接,形成第η-1 級繞組，其中，控制單元用于控制靜觸點與多個動觸點中的一個動觸點相連接，控制單元控 制靜觸點與多個動觸點中的動觸點j p連接時，壓縮機采用第Ρ級繞組運行。
[0007] 進一步地，控制單元包括：多個第一開關(guān)，其中，靜觸點和多個動觸點中的每個動 觸點之間均連接一個第一開關(guān)；以及控制器，與檢測單元和多個第一開關(guān)的控制端均相連 接，用于控制多個第一開關(guān)的通斷狀態(tài)，其中，控制器控制靜觸點與動觸點j p之間的第一開 關(guān)閉合時，靜觸點與動觸點jp相連接。
[0008] 進一步地，熱泵熱水器還包括：電容單元，其中，多級繞組的每一級繞組上均并聯(lián) 一個電容單元，并且第η電容單元的電容值大于第n-1電容單元的電容值，第η電容單元為 第η級繞組上并聯(lián)的電容單元，第n-1電容單元為第n-1級繞組上并聯(lián)的電容單元。
[0009] 進一步地，電容單元包括：η個電容，其中，η個電容依次串聯(lián)；以及多個第二開關(guān)， 其中，η個電容中的至少n-1個電容上均并聯(lián)一個第二開關(guān)，控制器與多個第二開關(guān)的控制 端均相連接，用于控制多個第二開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
[0010] 進一步地，電容單元包括：η個電容，其中，η個電容中的任意兩個電容均相互并 聯(lián)；以及多個第三開關(guān)，其中，η個電容中的至少η-1個電容均串聯(lián)一個第三開關(guān)，控制器與 多個第三開關(guān)的控制端均相連接，用于控制多個第三開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
[0011] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種熱泵熱水器的控制方法， 熱泵熱水器包括水箱和壓縮機，其中，壓縮機的電機線圈具有多級繞組，多級繞組的第η級 繞組的阻值小于多級繞組的第η-1級繞組的阻值，η為2以上的自然數(shù)，控制方法包括：步 驟S11 :檢測所述水箱中的水溫，得到檢測水溫；步驟S12 :查找與所述檢測水溫對應(yīng)的繞 組，得到第Ρ級繞組，其中，Ρ為自然數(shù)，1 < Ρ < η，在所述熱泵熱水器中存儲有不同水溫區(qū) 間與繞組級數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并且，所述水溫區(qū)間內(nèi)的平均水溫越高，對應(yīng)的所述繞組級 數(shù)越大；以及步驟S13 :控制所述壓縮機采用所述第ρ級繞組運行，并返回步驟S11。
[0012] 進一步地，查找與檢測水溫對應(yīng)的繞組，得到第Ρ級繞組包括：查找檢測水溫所位 于的預(yù)設(shè)溫度范圍；以及獲取與查找到的預(yù)設(shè)溫度范圍相對應(yīng)的繞組，得到第Ρ級繞組。
[0013] 進一步地，電機線圈上具有一個靜觸點和多個動觸點，控制壓縮機采用第Ρ級繞 組運行包括：控制靜觸點與多個動觸點中的動觸點j p相連接。
[0014] 進一步地，靜觸點和多個動觸點中的每個動觸點之間均連接一個第一開關(guān)，控制 靜觸點與多個動觸點中的動觸點j p相連接包括：控制靜觸點與動觸點jp之間的第一開關(guān)閉 合。
[0015] 進一步地，多級繞組的每一級繞組上均并聯(lián)一個電容單元，其中，第η電容單元的 電容值大于第η-1電容單元的電容值，第η電容單元為第η級繞組上并聯(lián)的電容單元，第 η-1電容單元為第η-1級繞組上并聯(lián)的電容單元，控制方法還包括：在控制壓縮機采用第ρ 級繞組運行的同時，控制壓縮機采用第Ρ電容單元運行，其中，第Ρ電容單元為第Ρ級繞組 上并聯(lián)的電容單元。
[0016] 本發(fā)明采用包括以下結(jié)構(gòu)的熱泵熱水器：水箱；檢測單元，用于檢測水箱中的水 溫，得到檢測水溫；壓縮機，壓縮機的電機線圈具有多級繞組，其中，多級繞組的第η級繞組 的阻值小于多級繞組中第η-1級繞組的阻值，η為2以上的自然數(shù)；以及控制單元，與檢測 單元和壓縮機均相連接，用于查找與檢測水溫對應(yīng)的繞組，得到第Ρ級繞組，并控制壓縮機 采用第Ρ級繞組運行，其中，Ρ為自然數(shù)，1 < Ρ < η，在熱泵熱水器中存儲有不同水溫區(qū)間 與繞組級數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并且，水溫區(qū)間內(nèi)的平均水溫越高，對應(yīng)的繞組級數(shù)越大。通 過將壓縮機的電機線圈設(shè)置成多級繞組，并且級別高的繞組的阻值小于級別低的繞組的阻 值，當(dāng)壓縮機所采用的繞組阻值大時，壓縮機內(nèi)通過的電流小，壓縮機相當(dāng)于小電機，反之， 通過的電流大，壓縮機相當(dāng)于大電機，小電機的最佳工作點對應(yīng)的阻力矩較小，大電機的最 佳工作點對應(yīng)的阻力矩較大。在熱泵熱水器工作工程中，水溫越高，熱泵熱水器的阻力矩增 大，若壓縮機采用的繞組不變，則在高水溫下，壓縮機的運行狀態(tài)偏離其最佳工作點，造成 效率降低，通過預(yù)先存儲水溫與繞組之間的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)檢測水溫的高低來確定壓縮機 需采用的繞組大小，然后控制壓縮機按照查找到的繞組運行，實現(xiàn)了在相對低溫下控制壓 縮機采用較大阻值的繞組運行，以使壓縮機作為小電機運行，在相對高溫下控制壓縮機采 用較小阻值的繞組運行，以使壓縮機升級為大電機，進而實現(xiàn)了控制壓縮機跟隨水溫的變 化而保持在最佳工作點，實現(xiàn)提高壓縮機的運行效率，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱泵熱水器隨著 水溫升高性能下降的問題，進而達到了提高熱泵熱水器整體性能的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0018] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的熱泵熱水器具有兩級繞組的電機線圈的示意圖；
[0019] 圖2是對圖1中所示的電機線圈進行繞組級數(shù)控制的控制電路圖；
[0020] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中壓縮機單獨采用第一級繞組運行和單獨采用第二級繞組運行 時的"效率 -扭矩曲線"不意圖；
[0021] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的熱泵熱水器的壓縮機運行時的"效率-扭矩曲線"示 意圖；
[0022] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的熱泵熱水器具有三級繞組的電機線圈的示意圖；
[0023] 圖6是對圖5中所示的電機線圈進行繞組級數(shù)控制的控制電路圖；
[0024] 圖7是對圖5中所示的電機線圈進行繞組級數(shù)控制的第一優(yōu)選控制電路圖；
[0025] 圖8是對圖5中所示的電機線圈進行繞組級數(shù)控制的第二優(yōu)選控制電路圖；以及
[0026] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的熱泵熱水器的控制方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0027] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0028] 本發(fā)明實施例提供了一種熱泵熱水器，以下對本發(fā)明實施例所提供的熱泵熱水器 進行具體介紹：
[0029] 本發(fā)明實施例所提供的熱泵熱水器主要包括水箱、檢測單元、壓縮機和控制單元， 其中，檢測單元用于對水箱中的水溫進行檢測，可以為熱電偶或熱電阻式溫度傳感器，也可 以為溫度感溫包。壓縮機的電機線圈具有多級繞組，多級繞組的第η級繞組的阻值小于多 級繞組中第η-1級繞組的阻值，η為2以上的自然數(shù)，S卩，級別高的繞組的阻值小于級別低 的繞組的阻值?？刂茊卧c檢測單元的檢測信號輸出端、壓縮機的電氣控制端均相連接，用 于查找與檢測單元檢測到的檢測水溫相對應(yīng)的繞組，得到第P級繞組，并控制壓縮機采用 第P級繞組運行，其中，P為1以上、η以下的任一自然數(shù)，在熱泵熱水器中存儲有不同水溫 區(qū)間與繞組級數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并且，水溫區(qū)間內(nèi)的平均水溫越高，對應(yīng)的繞組的級數(shù)越 大，即，如果檢測到的檢測水溫較高，則查找的第Ρ級繞組為級別高（Ρ值較大)的繞組，控制 壓縮機采用阻值較小的繞組運行，如果檢測到的檢測水溫較低，則查找的第Ρ級繞組為級 別低（Ρ值較?。┑睦@組，控制壓縮機采用阻值較大的繞組運行。
[0030] 本發(fā)明實施例的熱泵熱水器通過將壓縮機的電機線圈設(shè)置成多級繞組，并且級別 高的繞組的阻值小于級別低的繞組的阻值，當(dāng)壓縮機所采用的繞組阻值大時，壓縮機內(nèi)通 過的電流小，壓縮機相當(dāng)于小電機，反之，通過的電流大，壓縮機相當(dāng)于大電機，小電機的最 佳工作點對應(yīng)的阻力矩較小，大電機的最佳工作點對應(yīng)的阻力矩較大。在熱泵熱水器工作 工程中，水溫越高，熱泵熱水器的阻力矩增大，若壓縮機采用的繞組不變，則在高水溫下，壓 縮機的運行狀態(tài)偏離其最佳工作點，造成效率降低，通過預(yù)先存儲水溫與繞組之間的對應(yīng) 關(guān)系，根據(jù)檢測水溫的高低來確定壓縮機需采用的繞組大小，然后控制壓縮機按照查找到 的繞組運行，實現(xiàn)了在相對低溫下控制壓縮機采用較大阻值的繞組運行，以使壓縮機作為 小電機運行，在相對高溫下控制壓縮機采用較小阻值的繞組運行，以使壓縮機升級為大電 機，進而實現(xiàn)了控制壓縮機跟隨水溫的變化而保持在最佳工作點，實現(xiàn)提高壓縮機的運行 效率，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱泵熱水器隨著水溫升高性能下降的問題，進而達到了提高熱泵 熱水器整體性能的效果。
[0031] 具體地，圖1是具有兩級繞組的電機線圈的示意圖，以圖1中所示出的具有兩級繞 組的電機線圈為例，來進一步說明本發(fā)明實施例送提供的熱泵熱水器。
[0032] 如圖1所示，具有兩級繞組的電機線圈上具有一個靜觸點丸和兩個動觸點jp j2， 靜觸點j〇與動觸點1相連接時，形成電機線圈的第一級繞組，靜觸點j〇與動觸點j2相連 接時，形成電機線圈的第二級繞組，對于此種具有兩級繞組的情況，在熱泵熱水器加熱過程 中，控制單元一般是控制壓縮機首先采用第一級繞組運行，當(dāng)水溫升高到一個預(yù)設(shè)溫度值 時，再控制壓縮機采用第二級繞組運行，如果水溫又下降了，則再控制壓縮機由采用第二級 繞組運行轉(zhuǎn)為采用第一級繞組運行，其中，控制單元通過控制靜觸點與動觸點相連接， 來達到控制壓縮機采用第一級繞組運行的目的，通過控制靜觸點i與動觸點j 2相連接，來 達到控制壓縮機采用第二級繞組運行的目的。
[0033] 進一步地，控制單元能夠通過圖2中所示的電氣控制電路圖，來對靜觸點i和動 觸點間連接關(guān)系進行控制，如圖2所示，控制單元包括控制器（圖中未示出）和多個 第一開關(guān)KF1UKF12……KFln，對于具有兩級繞組的電機線圈而言，第一開關(guān)的數(shù)量為2, 一 個第一開關(guān)KF11連接在靜觸點i和動觸點i之間，另一個第一開關(guān)KF12連接在靜觸點jQ 和動觸點j2之間，并且第一開關(guān)KF11和第一開關(guān)KF12的控制端均與控制器相連接，控制 器還與檢測單元的檢測信號輸出端相連接，在檢測單元檢測出的水溫未達到預(yù)設(shè)溫度的情 況下，控制器控制靜觸點1和動觸點1之間的第一開關(guān)KF11閉合、控制靜觸點i和動觸 點」_ 2之間的第一開關(guān)KF12斷開，以使壓縮機采用第一級繞組運行，在檢測單元檢測出的水 溫達到預(yù)設(shè)溫度的情況下，控制器控制靜觸點1和動觸點1之間的第一開關(guān)KF11斷開、控 制靜觸點j〇和動觸點j 2之間的第一開關(guān)KF12閉合，以使壓縮機采用第二級繞組運行。
[0034] 圖3中示出了控制壓縮機單獨采用第一級繞組運行和控制壓縮機單獨采用第二 級繞組運行時，壓縮機效率與最佳工作點對應(yīng)的阻力矩之間的"效率-扭矩曲線"示意圖， 圖4中示出了控制壓縮機依次采用第一級繞組和第二級繞組運行時，壓縮機效率與最佳工 作點對應(yīng)的阻力矩之間的"效率-扭矩曲線"示意圖，圖3中的曲線L1表示壓縮機單獨采用 第一級繞組運行過程的效率曲線，可以看出，在前半段壓縮機的效率高，后半段壓縮機的效 率低。圖3中的曲線L2表示壓縮機單獨采用第二級繞組運行過程的效率曲線，可以看出， 在前半段壓縮機的效率是較低的，后半段壓縮機的效率相對高于黑線的后半段。圖4為采 用雙繞組的電機效率曲線圖，可以看出，曲線L3在前半段采用第一級繞組，在后半段采用 第二級繞組，這樣在整個過程中效率都要高于采用單繞組的效率。
[0035] 圖5是具有三級繞組的電機線圈的示意圖，以圖5中所示出的具有三級繞組的電 機線圈為例，來更進一步說明本發(fā)明實施例送提供的熱泵熱水器。
[0036] 如圖5所示，具有三級繞組的電機線圈上具有一個靜觸點jQ和三個動觸點1、j 2、 j3，靜觸點jci與動觸點相連接時，形成電機線圈的第一級繞組，靜觸點jci與動觸點相 連接時，形成電機線圈的第二級繞組，靜觸點j〇與動觸點j 3相連接時，形成電機線圈的第三 級繞組，對于此種具有三級繞組的情況，熱泵熱水器中一般設(shè)置兩個預(yù)設(shè)溫度點Tqi和Tq2、 三個溫度區(qū)間[Tmin，Tqi)、[Tqi，Tq2)和[Tq 2, Tmax]，其中，Tq2>Tqi，Tmin為水箱中最初注入的 冷水的溫度，T max為熱泵熱水器進行加熱所能達到的最高溫度，溫度區(qū)間[Tmin，Tqi)對應(yīng)第 一級繞組，溫度區(qū)間[T qi，Tq2)對應(yīng)第二級繞組，溫度區(qū)間[Tq2，Tmax]對應(yīng)第三級繞組，當(dāng)檢 測水溫屬于溫度區(qū)間[T min，Tqi)中的任一溫度時，控制壓縮機采用第一級繞組運行，當(dāng)檢測 水溫屬于溫度區(qū)間[T qi，Tq2)中的任一溫度時，控制壓縮機采用第二級繞組運行，當(dāng)檢測水 溫屬于溫度區(qū)間[Tq 2, Tmax]中的任一溫度時，控制壓縮機采用第三級繞組運行。在熱泵熱 水器持續(xù)加熱過程中，水箱內(nèi)的水溫逐漸升高，則控制單元一般是控制壓縮機首先采用第 一級繞組運行，當(dāng)水溫升高到Τ % (以下稱作第一預(yù)設(shè)溫度)時，控制壓縮機采用第二級繞組 運行，水溫繼續(xù)升高到Tq2 (以下稱作第二預(yù)設(shè)溫度）時，再控制壓縮機采用第三級繞組運 行，即，隨著水溫的升高，逐漸控制壓縮機采用阻值小的繞組運行，其中，控制單元通過控制 靜觸點與動觸點^相連接，來達到控制壓縮機采用第一級繞組運行的目的，通過控制靜 觸點j〇與動觸點j 2相連接，來達到控制壓縮機采用第二級繞組運行的目的，通過控制靜觸 點與動觸點j3相連接，來達到控制壓縮機采用第三級繞組運行的目的。
[0037] 進一步地，控制單元能夠通過圖6中所示的電氣控制電路圖，來對靜觸點i和動 觸點j2、」 3之間連接關(guān)系進行控制，如圖6所示，控制單元包括控制器（圖中未示出）和 多個第一開關(guān)KF1UKF12……KFln，對于具有三級繞組的電機線圈而言，第一開關(guān)的數(shù)量為 3,第一個第一開關(guān)KF11連接在靜觸點i和動觸點i之間，第二個第一開關(guān)KF12連接在 靜觸點j〇和動觸點j 2之間，第三個第一開關(guān)KF13連接在靜觸點i和動觸點j3之間，并且 這三個第一開關(guān)KF11、第一開關(guān)KF12和第一開關(guān)KF13的控制端均與控制器相連接，控制 器還與檢測單元的檢測信號輸出端相連接，在檢測單元檢測出的水溫未達到第一預(yù)設(shè)溫度 的情況下，控制器控制靜觸點j〇和動觸點1之間的第一開關(guān)KF11閉合、控制靜觸點丸和 動觸點j 2之間的第一開關(guān)KF12斷開、控制靜觸點i和動觸點j3之間的第一開關(guān)KF13斷 開，以使壓縮機采用第一級繞組運行，在檢測單元檢測出的水溫達到第一預(yù)設(shè)溫度、但尚未 達到第二預(yù)設(shè)溫度的情況下，控制器控制靜觸點j〇和動觸點1之間的第一開關(guān)KF11斷開、 控制靜觸點j〇和動觸點」 2之間的第一開關(guān)KF12閉合、控制靜觸點i和動觸點」3之間的第 一開關(guān)KF13斷開，以使壓縮機采用第二級繞組運行，在檢測單元檢測出的水溫達到第二預(yù) 設(shè)溫度的情況下，控制器控制靜觸點j〇和動觸點1之間的第一開關(guān)KF11斷開、控制靜觸點 jQ和動觸點j2之間的第一開關(guān)KF12斷開、控制靜觸點jQ和動觸點j 3之間的第一開關(guān)KF13 閉合，以使壓縮機采用第三級繞組運行。
[0038] 優(yōu)選地，本發(fā)明實施例所提供的熱泵熱水器還包括電容單元，電容單元的數(shù)量與 多級繞組的級數(shù)相同，每一級繞組上均并聯(lián)一個電容單元，并且第η電容單元的電容值大 于第η-1電容單元的電容值，第η電容單元為第η級繞組上并聯(lián)的電容單元，第η-1電容單 元為第η-1級繞組上并聯(lián)的電容單元，S卩，級別高的繞組上并聯(lián)的電容單元的電容值大于 級別低的繞組上并聯(lián)的電容單元的電容值，以下以具有三級繞組的電機線圈為例進行舉例 說明：
[0039] 圖7是對本發(fā)明優(yōu)選實施例的熱泵熱水器中壓縮機進行控制的第一電氣控制電 路圖，在該優(yōu)選實施例中，以壓縮機的電機線圈具有三級繞組進行舉例說明，如圖7所示， 電容單元包括3個電容Cl、C2、C3和2個第二開關(guān)KF21、KF22,電容C1、電容C2和電容C3 依次串聯(lián)，第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22分別并聯(lián)在電容Cl、電容C2和電容C3中的任意 兩個電容上（圖7中示出了第二開關(guān)KF21并聯(lián)在電容C2上，第二開關(guān)KF22并聯(lián)在電容C3 上)，第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22的控制端還均與控制器相連接。
[0040] 當(dāng)控制器控制第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22均斷開時，電容C1、電容C2和電容 C3組成并聯(lián)在第一級繞組上的第一電容單元，由電容C1、電容C2和電容C3串聯(lián)所組成的 第一電容單元的電容值較小，當(dāng)控制器控制第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22中的一個第二 開關(guān)閉合、另一個第二開關(guān)斷開時，電容C1、電容C2和電容C3組成并聯(lián)在第二級繞組上的 第二電容單元，由電容C1和電容C2(或電容C3)串聯(lián)所組成的第二電容單元的電容值居中， 當(dāng)控制器控制第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22均閉合時，電容C1、電容C2和電容C3組成 并聯(lián)在第三級繞組上的第三電容單元，只由電容C1所組成的第三電容單元的電容值最大， 艮P，當(dāng)水溫未達到第一預(yù)設(shè)溫度時，控制器控制第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22均斷開，并 同時控制靜觸點i與動觸點i相連接，以使壓縮機在采用較大阻值的第一級繞組運行的同 時，采用較小電容值的第一電容單元運行。當(dāng)水溫達到第一預(yù)設(shè)溫度、但是尚未達到第二預(yù) 設(shè)溫度時，控制器控制第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22中的一個第二開關(guān)閉合、另一個第二 開關(guān)斷開，并同時控制靜觸點j〇與動觸點j 2相連接，以使壓縮機在采用中間阻值的第二級 繞組運行的同時，采用中間電容值的第二電容單元運行。當(dāng)水溫達到第二預(yù)設(shè)溫度時，控制 器控制第二開關(guān)KF21和第二開關(guān)KF22均閉合，并同時控制靜觸點i與動觸點j 3相連接， 以使壓縮機在采用較小阻值的第三級繞組運行的同時，采用較大電容值的第三電容單元運 行。
[0041] 其中，第二開關(guān)的數(shù)量還可以與電容的數(shù)量相同，即，每一個電容上均并聯(lián)一個第 二開關(guān)，控制器在對各個第二開關(guān)進行控制時，與對圖7中各個第二開關(guān)的控制原理相同， 只需保證最少有一個第二開關(guān)閉合即可，結(jié)合圖7中示出的電氣控制圖來說，則始終控制 電容C1上并聯(lián)的第二開關(guān)閉合。電容C1、電容C2和電容C3的電容值大小可以根據(jù)熱泵熱 水器的實際硬件設(shè)計和運行時的工況條件進行設(shè)置。
[0042] 圖8是對本發(fā)明優(yōu)選實施例的熱泵熱水器中壓縮機進行控制的第二電氣控制電 路圖，在該優(yōu)選實施例中，同樣以壓縮機的電機線圈具有三級繞組進行舉例說明，如圖8所 示，電容單元包括3個電容C1、C2、C3和2個第三開關(guān)KF3UKF32,電容C1、電容C2和電容 C3中任意兩個電容均并聯(lián)，第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32分別與電容C1、電容C2和電容 C3中的任意兩個電容串聯(lián)（圖6中示出了第三開關(guān)KF31與電容C2串聯(lián)，第三開關(guān)KF32與 電容C3串聯(lián))，第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32的控制端還均與控制器相連接。
[0043] 當(dāng)控制器控制第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32均斷開時，電容C1、電容C2和電容 C3組成并聯(lián)在第一級繞組上的第一電容單元，只由電容C1所組成的第一電容單元的電容 值較小，當(dāng)控制器控制第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32中的一個第三開關(guān)閉合、另一個第三 開關(guān)斷開時，電容C1、電容C2和電容C3組成并聯(lián)在第二級繞組上的第二電容單元，由電容 C1和電容C2 (或電容C3)并聯(lián)所組成的第二電容單元的電容值居中，當(dāng)控制器控制第三開 關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32均閉合時，電容C1、電容C2和電容C3組成并聯(lián)在第三級繞組上 的第三電容單元，由電容C1、電容C2和電容C3并聯(lián)所組成的第三電容單元的電容值較大， 艮P，當(dāng)水溫未達到第一預(yù)設(shè)溫度時，控制器控制第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32均斷開，并 同時控制靜觸點i與動觸點i相連接，以使壓縮機在采用較大阻值的第一級繞組運行的同 時，采用較小電容值的第一電容單元運行。當(dāng)水溫達到第一預(yù)設(shè)溫度、但是尚未達到第二預(yù) 設(shè)溫度時，控制器控制第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32中的一個第三開關(guān)閉合、另一個第三 開關(guān)斷開，并同時控制靜觸點j〇與動觸點j 2相連接，以使壓縮機在采用中間阻值的第二級 繞組運行的同時，采用中間電容值的第二電容單元運行。當(dāng)水溫達到第二預(yù)設(shè)溫度時，控制 器控制第三開關(guān)KF31和第三開關(guān)KF32均閉合，并同時控制靜觸點j Q與動觸點j3相連接， 以使壓縮機在采用較小阻值的第三級繞組運行的同時，采用較大電容值的第三電容單元運 行。
[0044] 其中，第三開關(guān)的數(shù)量還可以與電容的數(shù)量相同，即，每一個電容上均直接與一個 第三開關(guān)串聯(lián)，控制器在對各個第三開關(guān)進行控制時，與對圖8中各個第三開關(guān)的控制原 理相同，只需保證最少有一個第三開關(guān)閉合即可，結(jié)合圖8中示出的電氣控制圖來說，則始 終控制與電容C1相串聯(lián)的第三開關(guān)閉合。電容C1、電容C2和電容C3的電容值大小可以根 據(jù)熱泵熱水器的實際硬件設(shè)計和運行時的工況條件進行設(shè)置，在該實施例中，電容C1的電 容值可以取25uF，電容C2和電容C3的電容值均可以取10uF。
[0045] 由于在壓縮機運行過程中，其采用的繞組阻值不同時，需要電容值不同的電容來 匹配，即，電機的大小與電容大小是相匹配的，電機越大，所需的相匹配的電容越大，反之， 越小。如果電機從小電機切換為大電機時，沒有相匹配的電容接入電路，則可能會達到機組 無法正常運行，表現(xiàn)為：若機組處于啟動狀態(tài)，則可能無法正常啟動，若機組處于正常運行 狀態(tài)，則運行時的可能會造成運行不良，電流不穩(wěn)定等異常情況。本發(fā)明優(yōu)選實施例的熱泵 熱水器中，通過設(shè)置與繞組級別相對應(yīng)的電容單元，利用電容單元在熱泵熱水器的電氣控 制中能夠起到在啟動時緩沖大電流、在運行中時穩(wěn)定電路的作用，達到了提高熱泵熱水器 的運行穩(wěn)定性的效果。
[0046] 上述第一開關(guān)、第二開關(guān)和第三開關(guān)均可以是繼電器開關(guān)，作為第一開關(guān)的繼電 器開關(guān)的開關(guān)觸點連接在靜觸點和動觸點之間，作為第二開關(guān)的繼電器開關(guān)的開關(guān)觸點與 圖7電容相連接，作為第三開關(guān)的繼電器開關(guān)的開關(guān)觸點與圖8電容相連接，控制器與繼電 器開關(guān)的控制線圈相連接，通過控制控制線圈中是否有電流流通，來控制繼電器開關(guān)的通 斷。
[0047] 需要說明的是，本發(fā)明實施例所提供了熱泵熱水器中，壓縮機的電機線圈可以為 四級以上，對于具有四級以上繞組的電機線圈來說，電機線圈的組成與圖1和圖5中示出的 具有兩級繞組和三級繞組的電機線圈不同之處在于，動觸點個數(shù)增加為4個以上。對壓縮 機的電氣控制原理圖與圖2、圖6至圖8中示出的電氣控制原理圖的不同之處在于，第一開 關(guān)、第二開關(guān)和電容的數(shù)量根據(jù)實際需要相應(yīng)地增加。此處均不在贅述。
[0048] 本發(fā)明實施例還提供了一種熱泵熱水器的控制方法，該控制方法主要用于對本發(fā) 明實施例上述內(nèi)容所提供的熱泵熱水器進行控制，即，熱泵熱水器包括水箱和壓縮機，其 中，壓縮機的電機線圈具有多級繞組，多級繞組的第η級繞組的阻值小于多級繞組的第n-1 級繞組的阻值，η為2以上的自然數(shù)。圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的熱泵熱水器的控制方法 的流程圖，如圖9所示，該實施例的控制方法包括如下步驟S11至S13 :
[0049] 步驟S11 :檢測水箱中的水溫，得到檢測水溫
[0050] 可以通過熱電偶或熱電阻式溫度傳感器對水箱中的水溫進行檢測，得到檢測水 溫；也可以通過溫度感溫包對水箱中的水溫進行檢測，得到檢測水溫。
[0051] 步驟S12 :查找與檢測水溫對應(yīng)的繞組，得到第p級繞組
[0052] p為自然數(shù)，1彡p彡n，在熱泵熱水器中存儲有不同水溫區(qū)間與繞組級數(shù)之間的對 應(yīng)關(guān)系，其中，一個水溫區(qū)間范圍內(nèi)的多個水溫對應(yīng)一個相同等級的繞組，不同區(qū)間范圍內(nèi) 的水溫對應(yīng)不同等級的繞組，具體如表1所示，查找與檢測水溫對應(yīng)的繞組，主要是查找檢 測水溫所位于的預(yù)設(shè)溫度范圍，然后獲取與查找到的預(yù)設(shè)溫度范圍相對應(yīng)的繞組，作為第P 級繞組。
[0053] 表 1
[0054] 溫度區(qū)間 |繞組等級
[Tmin，Tqi) 第一級繞組
[Tqi,Tq2) 第二級繞組
[Tq2, Tq3) 第三級繞組
[Tqn_l, Tmax] 第 η 級繞組
[0055]
[0056] 表1中各個溫度區(qū)間中臨界點預(yù)設(shè)溫度Tqi、Tq2……可以通過以下方式進行 預(yù)先設(shè)定：
[0057] ( 1)檢測熱泵熱水器所處的室外環(huán)境溫度Te ;
[0058] (2)將室外環(huán)境溫度Te減去8?10°C，得到的差值溫度；
[0059] (3)計算差值溫度對應(yīng)的飽和壓力，得到蒸發(fā)壓力Pe ;
[0060] (4)由壓縮機確定的最優(yōu)切換壓比γ確定蒸發(fā)壓力Pe對應(yīng)的冷凝壓力Pc， Pc=Pe · y ；
[0061] (5)計算冷凝壓力Pc對應(yīng)的飽和溫度，得到冷凝溫度Tc ;
[0062] (6)將冷凝溫度Tc減去8?10°C，得到切換水溫Tq';
[0063] (7)將切換水溫IV和預(yù)先根據(jù)熱泵熱水器的具體工況情況(冷媒類型、水箱容量 等）設(shè)定的溫度區(qū)間[Tq min，Tqmax]進行比較：
[0064] 若 Tq' e [Tqmin，Tqmax]，則 Tq1=Tq，；
[0065] 若 Tq' < Tqmin，則 TqfTq-;
[0066] 若 Tq' > Tq_，則 TqfTq-;
[0067] (8)將Tqi減去5?10°C，得到Tq2 ;將Tq2減去5?10°C，得到Tq3，依次類推，得 到 Tq4、Tq5......Tqn_1〇
[0068] 步驟S13 :控制壓縮機采用第p級繞組運行，并返回步驟Sll
[0069] 具有多級繞組的電機線圈主要是通過在電機線圈上設(shè)置不同的抽頭，不同的抽頭 之間連接，形成不同級別的繞組，結(jié)合本發(fā)明實施例上述內(nèi)容所提供的電機線圈的具體結(jié) 構(gòu)（電機線圈上具有一個靜觸點和多個動觸點，靜觸點和每個動觸點之間均連接一個第一 開關(guān)）來說明對壓縮機的控制，通過控制靜觸點與多個動觸點中的動觸點jp之間的第一開 關(guān)閉合，來控制靜觸點與動觸點jp相連接，進而實現(xiàn)控制壓縮機采用第P級繞組運行，其 中，動觸點jp是能夠與靜觸點相連接形成第P級繞組的動觸點。直至水箱內(nèi)的水溫達到目 標(biāo)溫度，或者接收到停機指令，控制壓縮機停止運行。
[0070] 當(dāng)壓縮機所采用的繞組阻值大時，壓縮機內(nèi)通過的電流小，壓縮機相當(dāng)于小電機， 反之，通過的電流大，壓縮機相當(dāng)于大電機，小電機的最佳工作點對應(yīng)的阻力矩較小，大電 機的最佳工作點對應(yīng)的阻力矩較大。在熱泵熱水器工作工程中，水溫越高，熱泵熱水器的 阻力矩增大，若壓縮機采用的繞組不變，則在高水溫下，壓縮機的運行狀態(tài)偏離其最佳工作 點，造成效率降低，通過預(yù)先存儲水溫與繞組之間的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)檢測水溫的高低來確定 壓縮機需采用的繞組大小，然后控制壓縮機按照查找到的繞組運行，實現(xiàn)了在相對低溫下 控制壓縮機采用較大阻值的繞組運行，以使壓縮機作為小電機運行，在相對高溫下控制壓 縮機采用較小阻值的繞組運行，以使壓縮機升級為大電機，進而實現(xiàn)了控制壓縮機跟隨水 溫的變化而保持在最佳工作點，實現(xiàn)提高壓縮機的運行效率，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱泵熱水 器隨著水溫升高性能下降的問題，進而達到了提高熱泵熱水器整體性能的效果。
[0071] 優(yōu)選地，多級繞組的每一級繞組上均并聯(lián)一個電容單元，其中，第η電容單元的電 容值大于第η-1電容單元的電容值，第η電容單元為第η級繞組上并聯(lián)的電容單元，第η-1 電容單元為第η-1級繞組上并聯(lián)的電容單元，電容單元的組成和實現(xiàn)方式可以通過上述圖 7和圖8中的電容來實現(xiàn)，此處不再贅述。本發(fā)明實施例的控制方法中還包括：在控制壓縮 機采用第Ρ級繞組運行的同時，控制壓縮機采用第Ρ電容單元運行，其中，第Ρ電容單元為 第Ρ級繞組上并聯(lián)的電容單元。
[0072] 由于在壓縮機運行過程中，其采用的繞組阻值不同時，需要電容值不同的電容來 匹配，即，電機的大小與電容大小是相匹配的，電機越大，所需的相匹配的電容越大，反之， 越小。如果電機從小電機切換為大電機時，沒有相匹配的電容接入電路，則可能會達到機組 無法正常運行，表現(xiàn)為：若機組處于啟動狀態(tài)，則可能無法正常啟動，若機組處于正常運行 狀態(tài)，則運行時的可能會造成運行不良，電流不穩(wěn)定等異常情況。本發(fā)明優(yōu)選實施例的控制 方法中，通過控制壓縮機同時采用相匹配的繞組和電容單元運行，利用電容單元在熱泵熱 水器的電氣控制中能夠起到在啟動時緩沖大電流、在運行中時穩(wěn)定電路的作用，達到了提 高熱泵熱水器的運行穩(wěn)定性的效果。
[0073] 從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實現(xiàn)了提高熱泵熱水器整體性能的效果。
[0074] 需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的 計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不 同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。
[0075] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種熱泵熱水器，其特征在于，包括： 水箱； 檢測單元，用于檢測所述水箱中的水溫，得到檢測水溫； 壓縮機，所述壓縮機的電機線圈具有多級繞組，其中，所述多級繞組的第η級繞組的阻 值小于所述多級繞組中第η-1級繞組的阻值，η為2以上的自然數(shù)；以及 控制單元，與所述檢測單元和所述壓縮機均相連接，用于查找與所述檢測水溫對應(yīng)的 繞組，得到第Ρ級繞組，并控制所述壓縮機采用所述第Ρ級繞組運行，其中，Ρ為自然數(shù)， 1 < ρ < η，在所述熱泵熱水器中存儲有不同水溫區(qū)間與繞組級數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并且，所 述水溫區(qū)間內(nèi)的平均水溫越高，對應(yīng)的所述繞組級數(shù)越大。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述電機線圈上具有一個靜觸點 和多個動觸點，所述靜觸點與所述多個動觸點中的動觸點j n相連接，形成所述第η級繞組， 所述靜觸點與所述多個動觸點中的動觸點jjri相連接，形成所述第η-1級繞組，其中，所述 控制單元用于控制所述靜觸點與所述多個動觸點中的一個動觸點相連接，所述控制單元控 制所述靜觸點與所述多個動觸點中的動觸點j p連接時，所述壓縮機采用所述第Ρ級繞組運 行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述控制單元包括： 多個第一開關(guān)，其中，所述靜觸點和所述多個動觸點中的每個動觸點之間均連接一個 所述第一開關(guān)；以及 控制器，與所述檢測單元和多個所述第一開關(guān)的控制端均相連接，用于控制多個所述 第一開關(guān)的通斷狀態(tài)，其中，所述控制器控制所述靜觸點與所述動觸點上之間的所述第一 開關(guān)閉合時，所述靜觸點與所述動觸點jp相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述熱泵熱水器還包括： 電容單元，其中，所述多級繞組的每一級繞組上均并聯(lián)一個所述電容單元，并且第n電 容單元的電容值大于第η-1電容單元的電容值，所述第η電容單元為所述第η級繞組上并 聯(lián)的電容單元，所述第n-Ι電容單元為所述第n-Ι級繞組上并聯(lián)的電容單元。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述電容單元包括： η個電容，其中，所述η個電容依次串聯(lián)；以及 多個第二開關(guān)，其中，所述η個電容中的至少n-Ι個電容上均并聯(lián)一個所述第二開關(guān)， 所述控制器與多個所述第二開關(guān)的控制端均相連接，用于控制多個所述第二開關(guān)的開 關(guān)狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱泵熱水器，其特征在于，所述電容單元包括： η個電容，其中，所述η個電容中的任意兩個電容均相互并聯(lián)；以及 多個第三開關(guān)，其中，所述η個電容中的至少n-Ι個電容均串聯(lián)一個所述第三開關(guān)， 所述控制器與多個所述第三開關(guān)的控制端均相連接，用于控制多個所述第三開關(guān)的開 關(guān)狀態(tài)。
7. -種熱泵熱水器的控制方法，其特征在于，所述熱泵熱水器包括水箱和壓縮機，其 中，所述壓縮機的電機線圈具有多級繞組，所述多級繞組的第η級繞組的阻值小于所述多 級繞組的第n-Ι級繞組的阻值，η為2以上的自然數(shù)，所述控制方法包括： 步驟S11 :檢測所述水箱中的水溫，得到檢測水溫； 步驟S12 :查找與所述檢測水溫對應(yīng)的繞組，得到第p級繞組，其中，p為自然數(shù)， 1 < p < n，在所述熱泵熱水器中存儲有不同水溫區(qū)間與繞組級數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并且，所 述水溫區(qū)間內(nèi)的平均水溫越高，對應(yīng)的所述繞組級數(shù)越大；以及 步驟S13 :控制所述壓縮機采用所述第p級繞組運行，并返回步驟S11。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，查找與所述檢測水溫對應(yīng)的繞組，得 到第P級繞組包括： 查找所述檢測水溫所位于的預(yù)設(shè)溫度范圍；以及 獲取與查找到的預(yù)設(shè)溫度范圍相對應(yīng)的繞組，得到所述第P級繞組。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述電機線圈上具有一個靜觸點和 多個動觸點，控制所述壓縮機采用所述第P級繞組運行包括：控制所述靜觸點與所述多個 動觸點中的動觸點j p相連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述靜觸點和所述多個動觸點中的 每個動觸點之間均連接一個第一開關(guān)，控制所述靜觸點與所述多個動觸點中的動觸點叉相 連接包括：控制所述靜觸點與所述動觸點j p之間的所述第一開關(guān)閉合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的控制方法，其特征在于，所述多級繞組的每 一級繞組上均并聯(lián)一個電容單元，其中，第η電容單元的電容值大于第n-1電容單元的電容 值，所述第η電容單元為所述第η級繞組上并聯(lián)的電容單元，所述第n-1電容單元為所述第 n-1級繞組上并聯(lián)的電容單元，所述控制方法還包括： 在控制所述壓縮機采用所述第P級繞組運行的同時，控制所述壓縮機采用第P電容單 元運行，其中，所述第P電容單元為所述第P級繞組上并聯(lián)的電容單元。
【文檔編號】F24H9/20GK104121702SQ201310157091
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月28日
【發(fā)明者】寇穎舉, 李紹斌, 曹浩, 史帆, 柳飛, 袁明征 申請人:珠海格力電器股份有限公司