一种防空开跳闸的智能空调控制方法

1 引言

在东南亚等国家和地区，国家电网基础设施较为落后，国家电网的供电能力受到限制，最终对普通家庭的影响是单个家庭的总用电情况受到限制。为了达到有效的限制效果，政府会强制规定家庭总空开的规格，如有使用额定电流为6A的空开情况。当家庭电路的总用电量超过限制值，空开就会出现跳闸的情况，特别是当空调与其他家用电器一起使用的情况下，空开更容易跳闸。空开跳闸会影响家用电器的寿命，甚至会造成家用电器的损坏。为了解决此问题带来的风险和不便，本文设计了一种适用于预防空开跳闸的智能空调控制方法。

2 方案设计

本设计方案主要由智能功率控制模块[1,2,3]和执行控制结果的空调器两部分构成。智能功率控制模块由电流或者功率检测装置、控制处理器、通讯模块和电源模块组成。其中电流或者功率检测装置用于检测家庭电路的总电流或者总功率，控制器处理器处理智能算法部分，通讯模块用于和空调器交互信息，电源模块部分用于整个智能模块的供电。智能模块的整体结构如图1所示。

空调器是安装了用于接收智能功率模块命令的通讯模块，当空调接收到控制命令后，就会执行响应的控制命令。空调器的组成结构如图2所示。

智能功率控制模块和空调器在家庭电路中的安装系统如图3所示，构成一个能够整体工作的体系，才能实现预防空开跳闸的功能。

3 算法设计

通过分析空开跳闸曲线，可以得知空开的跳闸时间与电路中总电流的大小成负相关的关系。当电流超过额定电流时，空开并不会立即跳闸，而是随着电流的增大，空开的跳闸时间逐渐减小，从几十分钟减小到最后的瞬间跳闸。根据这个规律本文设计了如下的控制算法：

（1）控制模块不断检测家庭用电总功率。

（2）控制模块判断家庭用电总功率是否大于预设功率；当总功率没有超过预设功率时，通信模块发送允许空调器进行工作的指令，空调控制板根据指令控制空调器进行升频工作或者正常工作；当总功率超过预设功率时，则进入下一个控制阶段。

（3）下一阶段：控制模块判断家庭用电总功率与预设功率之间的功率差值是否大于预设功率阈值；如果功率差值超过预设阀值，空调控制板控制变频空调器的压缩机关闭；如果没有超过阀值，通信模块发送降频指令，空调控制板根据降频指令控制变频空调器的压缩机降频运行。

整个控制算法的逻辑结构流程图如图4所示。

图1 智能模块的整体结构图

图2 空调器的组成结构图

图3 智能模块和空调器组成系统图

4 实验结果验证

为了验证本设计方案的控制效果，按照图3的系统框架搭建了实验平台，实验中采用的空开是6安培的断路器，进行了两种实验作对比，前提是在家庭电路中已经开启部分家电。第一种实验不开启控制器，当空调升频工作后，随着总电流的增大，最后空开发生了跳闸的情况。第二种实验开启控制器，当空调升频工作一段时间后，控制器向空调发送了降频命令，总电流下降，之后并不断调整空调的运行频率，并将总电流维持在6A以内，空开没有发生跳闸的情况。如图5所示，是家庭总电流在两种实验下的电流变化情况。

5 结论和展望

本文提出的智能空调控制方法可以起到预防空开跳闸的情况，智能调节空调的运行功率，空调的运行功率可以随着家庭电路中其他的负载变化而变化，当其他负载增加时，空调的运行功率下降，当其他负载下降时，空调的运行功率升高，从而起到防空开断开的功能。本智能功率模块不仅可以用来控制空调，也可以用于控制其他家用电器或者家电的插座等可执行电路操作的器件。

图4控制算法逻辑结构流程图

图5 实验验证对比图

参考文献

[1] 程凯鑫. 基于电力载波的智能家居控制器设计[D]. 北京：北方工业大学，2015.

[2] 张正华，徐杨，刘平，等．基于 Wi-Fi 和电力载波的智能家居控制系统设计[J]. 无线电工程，2016,46(5): 9-11,44．

[3] 肖鑫. 基于电力载波通信的智能家居系统研究[D]. 武汉：武汉纺织大学，2014.