1 引言

在東南亞等國家和地區(qū)，國家電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施較為落后，國家電網(wǎng)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(guī)定家庭總空開的規(guī)格，如有使用額定電流為6A的空開情況。當(dāng)家庭電路的總用電量超過限制值，空開就會出現(xiàn)跳閘的情況，特別是當(dāng)空調(diào)與其他家用電器一起使用的情況下，空開更容易跳閘?？臻_跳閘會影響家用電器的壽命，甚至?xí)斐杉矣秒娖鞯膿p壞。為了解決此問題帶來的風(fēng)險和不便，本文設(shè)計了一種適用于預(yù)防空開跳閘的智能空調(diào)控制方法。

2 方案設(shè)計

本設(shè)計方案主要由智能功率控制模塊[1,2,3]和執(zhí)行控制結(jié)果的空調(diào)器兩部分構(gòu)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(diào)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

空調(diào)器是安裝了用于接收智能功率模塊命令的通訊模塊，當(dāng)空調(diào)接收到控制命令后，就會執(zhí)行響應(yīng)的控制命令?？照{(diào)器的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

智能功率控制模塊和空調(diào)器在家庭電路中的安裝系統(tǒng)如圖3所示，構(gòu)成一個能夠整體工作的體系，才能實現(xiàn)預(yù)防空開跳閘的功能。

3 算法設(shè)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(fù)相關(guān)的關(guān)系。當(dāng)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(jù)這個規(guī)律本文設(shè)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(yù)設(shè)功率；當(dāng)總功率沒有超過預(yù)設(shè)功率時，通信模塊發(fā)送允許空調(diào)器進行工作的指令，空調(diào)控制板根據(jù)指令控制空調(diào)器進行升頻工作或者正常工作；當(dāng)總功率超過預(yù)設(shè)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(yù)設(shè)功率之間的功率差值是否大于預(yù)設(shè)功率閾值；如果功率差值超過預(yù)設(shè)閥值，空調(diào)控制板控制變頻空調(diào)器的壓縮機關(guān)閉；如果沒有超過閥值，通信模塊發(fā)送降頻指令，空調(diào)控制板根據(jù)降頻指令控制變頻空調(diào)器的壓縮機降頻運行。

整個控制算法的邏輯結(jié)構(gòu)流程圖如圖4所示。

圖1 智能模塊的整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 空調(diào)器的組成結(jié)構(gòu)圖

圖3 智能模塊和空調(diào)器組成系統(tǒng)圖

4 實驗結(jié)果驗證

為了驗證本設(shè)計方案的控制效果，按照圖3的系統(tǒng)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(jīng)開啟部分家電。第一種實驗不開啟控制器，當(dāng)空調(diào)升頻工作后，隨著總電流的增大，最后空開發(fā)生了跳閘的情況。第二種實驗開啟控制器，當(dāng)空調(diào)升頻工作一段時間后，控制器向空調(diào)發(fā)送了降頻命令，總電流下降，之后并不斷調(diào)整空調(diào)的運行頻率，并將總電流維持在6A以內(nèi)，空開沒有發(fā)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(jié)論和展望

本文提出的智能空調(diào)控制方法可以起到預(yù)防空開跳閘的情況，智能調(diào)節(jié)空調(diào)的運行功率，空調(diào)的運行功率可以隨著家庭電路中其他的負(fù)載變化而變化，當(dāng)其他負(fù)載增加時，空調(diào)的運行功率下降，當(dāng)其他負(fù)載下降時，空調(diào)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(diào)，也可以用于控制其他家用電器或者家電的插座等可執(zhí)行電路操作的器件。

圖4控制算法邏輯結(jié)構(gòu)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(shè)計[D]. 北京：北方工業(yè)大學(xué)，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(tǒng)設(shè)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(tǒng)研究[D]. 武漢：武漢紡織大學(xué)，2014.