一種防空開跳閘的智能空調控制方法

1 引言

在東南亞等國家和地區，國家電網基礎設施較為落后，國家電網的供電能力受到限制，最終對普通家庭的影響是單個家庭的總用電情況受到限制。為了達到有效的限制效果，政府會強制規定家庭總空開的規格，如有使用額定電流為6A的空開情況。當家庭電路的總用電量超過限制值，空開就會出現跳閘的情況，特別是當空調與其他家用電器一起使用的情況下，空開更容易跳閘。空開跳閘會影響家用電器的壽命，甚至會造成家用電器的損壞。為了解決此問題帶來的風險和不便，本文設計了一種適用于預防空開跳閘的智能空調控制方法。

2 方案設計

本設計方案主要由智能功率控制模塊[1,2,3]和執行控制結果的空調器兩部分構成。智能功率控制模塊由電流或者功率檢測裝置、控制處理器、通訊模塊和電源模塊組成。其中電流或者功率檢測裝置用于檢測家庭電路的總電流或者總功率，控制器處理器處理智能算法部分，通訊模塊用于和空調器交互信息，電源模塊部分用于整個智能模塊的供電。智能模塊的整體結構如圖1所示。

空調器是安裝了用于接收智能功率模塊命令的通訊模塊，當空調接收到控制命令后，就會執行響應的控制命令。空調器的組成結構如圖2所示。

智能功率控制模塊和空調器在家庭電路中的安裝系統如圖3所示，構成一個能夠整體工作的體系，才能實現預防空開跳閘的功能。

3 算法設計

通過分析空開跳閘曲線，可以得知空開的跳閘時間與電路中總電流的大小成負相關的關系。當電流超過額定電流時，空開并不會立即跳閘，而是隨著電流的增大，空開的跳閘時間逐漸減小，從幾十分鐘減小到最后的瞬間跳閘。根據這個規律本文設計了如下的控制算法：

（1）控制模塊不斷檢測家庭用電總功率。

（2）控制模塊判斷家庭用電總功率是否大于預設功率；當總功率沒有超過預設功率時，通信模塊發送允許空調器進行工作的指令，空調控制板根據指令控制空調器進行升頻工作或者正常工作；當總功率超過預設功率時，則進入下一個控制階段。

（3）下一階段：控制模塊判斷家庭用電總功率與預設功率之間的功率差值是否大于預設功率閾值；如果功率差值超過預設閥值，空調控制板控制變頻空調器的壓縮機關閉；如果沒有超過閥值，通信模塊發送降頻指令，空調控制板根據降頻指令控制變頻空調器的壓縮機降頻運行。

整個控制算法的邏輯結構流程圖如圖4所示。

圖1 智能模塊的整體結構圖

圖2 空調器的組成結構圖

圖3 智能模塊和空調器組成系統圖

4 實驗結果驗證

為了驗證本設計方案的控制效果，按照圖3的系統框架搭建了實驗平臺，實驗中采用的空開是6安培的斷路器，進行了兩種實驗作對比，前提是在家庭電路中已經開啟部分家電。第一種實驗不開啟控制器，當空調升頻工作后，隨著總電流的增大，最后空開發生了跳閘的情況。第二種實驗開啟控制器，當空調升頻工作一段時間后，控制器向空調發送了降頻命令，總電流下降，之后并不斷調整空調的運行頻率，并將總電流維持在6A以內，空開沒有發生跳閘的情況。如圖5所示，是家庭總電流在兩種實驗下的電流變化情況。

5 結論和展望

本文提出的智能空調控制方法可以起到預防空開跳閘的情況，智能調節空調的運行功率，空調的運行功率可以隨著家庭電路中其他的負載變化而變化，當其他負載增加時，空調的運行功率下降，當其他負載下降時，空調的運行功率升高，從而起到防空開斷開的功能。本智能功率模塊不僅可以用來控制空調，也可以用于控制其他家用電器或者家電的插座等可執行電路操作的器件。

圖4控制算法邏輯結構流程圖

圖5 實驗驗證對比圖

參考文獻

[1] 程凱鑫. 基于電力載波的智能家居控制器設計[D]. 北京：北方工業大學，2015.

[2] 張正華，徐楊，劉平，等．基于 Wi-Fi 和電力載波的智能家居控制系統設計[J]. 無線電工程，2016,46(5): 9-11,44．

[3] 肖鑫. 基于電力載波通信的智能家居系統研究[D]. 武漢：武漢紡織大學，2014.