CN101275547A - 压缩机预热控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机预热控制装置及方法，具体来讲，不使用专门监测压缩机内部温度的检测单元而检测压缩机内部温度，而且根据所检测的压缩机内部温度调节压缩机线圈加热时间，从而在向安装在压缩机内部的电机定子线圈接通电流之后利用线圈所损失的热量预热压缩机的压缩机预热控制装置及方法。本发明所提供的三相逆变器压缩机预热装置，包含：电流指令部，用于根据预先设定的指令电流图形阶段性地改变指令电流；电流控制部，用于生成追踪所述指令电流的指令电压；主控制部，用于对所述指令电流及指令电压进行采样之后，根据至少两个阶段的所采样的指令电流及指令电压计算电机电阻而计算压缩机内部温度，并根据所计算的温度控制预热。

Description

压缩机预热控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种压缩机预热控制装置及方法，具体来讲，涉及不使用专门监测压缩机内部温度的检测单元而检测压缩机内部温度，而且根据所检测的压缩机内部温度调节压缩机线圈加热时间，从而在向安装在压缩机内部的电机定子线圈接通电流之后利用线圈所损失的热量预热压缩机的压缩机预热控制装置及方法。

背景技术

通常，如果在压缩机润滑油中溶解大量液体制冷剂的状态下(即，空调室外机外部温度为低温的情况)起动压缩机，则可能导致压缩机受损。为了防止这种现象，当压缩机外部温度低时，通常使用的方法是利用专门的压缩机预热装置或通过向压缩机电机接通电流而进行预热，使压缩机内部温度达到能顺利起动的程度。

如图1所示，通过向压缩机电机接通电流而控制压缩机内部预热过程的微型计算机11包含指示预热压缩机的预热信号输出单元、用于检测随分流电阻12的电压下降而变化的压缩机接通电压及电流的检测单元、根据从检测单元获取的数据计算压缩机电机线圈电阻值的电阻值计算单元、根据通过电阻值计算单元所计算的电阻值数据计算压缩机温度的温度计算单元。

通过上述构成要素进行的压缩机预热运行方法为向安装在压缩机内部的电机3接通直流电流，根据此时接通的直流电压及直流电流计算电机的电阻。然后，从所计算的电阻值计算压缩机内部的温度，当其温度为预定值以上时结束对压缩机的预热。

当根据这种构成要素及方法控制压缩机4预热时，在安装于压缩机内部的三相电机中仅向二相线圈接通电流。

因此，在构成逆变器2的六个开关元件(Tr1至Tr6)中只有两个开关元件接通电流，这导致开关元件因通断电流而引起的劣化集中在两个开关元件上，此外在三相线圈中只向二相线圈供应电流，因而难以利用由铜损产生的热量均匀地预热压缩机，而且电机线圈的劣化也集中在二相线圈上。

当如此使用二相通电方式时，由于构成逆变器2的开关元件的非线性特性(例如，开关元件的接通(on)/断开(off)发生延迟)，因此单纯依靠只利用开关元件的on-off比率和逆变器DC电压的方式不能正确计算出接通到电机的电压。

即，由于不能正确计算出接通到电机的电压，因此不能正确推定电机的线圈电阻，这又导致计算出的压缩机内部温度发生误差，因此难以执行正确的压缩机预热控制。

发明内容

本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种压缩机预热控制装置及方法，通过将压缩机电机的三相线圈全部用来进行预热，从而即使不使用专门的补偿单元来补偿逆变器的非线性特性引起的电压误差，也能消除电压误差的影响，从而可以精确并迅速地计算出接通到电机的电压。

本发明的另一目的在于提供一种通过向压缩机电机接通电流而预热压缩机，从而可以提高检测压缩机内部温度的精确度的压缩机预热控制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明所提供的三相逆变器压缩机的预热装置，包含：电流指令部，用于根据预先设定的指令电流图形阶段性地改变指令电流；电流控制部，用于生成追踪所述指令电流的指令电压；主控制部，用于采样所述指令电流及指令电压之后，根据至少两个阶段的所采样的指令电流及指令电压计算电机电阻而计算压缩机内部温度，并根据所计算的温度控制预热。

为了实现上述目的，本发明所提供的三相逆变器压缩机的预热方法，包含步骤：根据预先设定的指令电流图形阶段性地输出电流；生成用于追踪所输出的指令电流的指令电压；采样各阶段的指令电流及指令电压，并根据所采样的至少两个阶段的指令电压及指令电流计算电机电阻；根据所述计算的电机电阻计算压缩机内部温度之后，判断是否进行预热运行。

依据本发明，通过将压缩机电机的三相线圈全部用来进行预热，从而即使不使用专门的补偿单元来补偿逆变器的非线性特性引起的电压误差，也能消除电压误差的影响，从而可以精确并迅速地计算出接通到电机的电压。

并且，可以补偿由于构成逆变器的开关元件的开/关延迟、死区时间等原因引起的电压误差。

并且，通过向压缩机电机接通电流而预热压缩机，从而可以提高检测压缩机内部温度的精确度。

附图说明

图1为依据现有技术所提供的压缩机电机预热控制结构图；

图2为依据本发明一实施例所提供的压缩机电机预热控制装置的结构图；

图3为依据本发明实施例所提供的压缩机电机的电流指令及电流检测起点的示例性曲线图；

图4a及图4b为本发明实施例所提供的压缩机电机的预热控制方法顺序图。

主要符号说明：110为电源，120为整流部，130为逆变器，140为电机，150为电流检测部，160为主控制部，170为电流指令部，180为电流控制部，190为电压控制部。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。

图2为依据本发明实施例所提供的压缩机电机的驱动系统结构图，由整流部120、逆变器130、电机140、电流检测部150、主控制部160、电流指令部170，电流控制部180及电压控制部190构成。

整流部120对交流(AC)电源110进行整流而产生直流电源，被整流的直流电源通过电容器(C)变平滑而供应直流(DC)电源。

逆变器130将整流部120所供应的直流电源变换为具有任意可变频率的脉冲形态的三相交流电源(U、V、W)而供应到无刷直流(BLDC)电机140，是由六个开关元件和连接于各开关元件的二极管构成的一般的开关电路。同时，逆变器130从电压控制部接收脉宽调制(PWM)的电压信号将其作为电机的驱动电压供应。

电流检测部150连接于逆变器130和无刷直流电机140的连接端子，并从供应到无刷直流电机140的三相交流电源检测三相(U、V、W)端子电流而传送到主控制部160。

主控制部160在驱动电机时从电流检测部150接收电流监测信号，并对用于控制电机140动作的逆变器130内开关元件的开/关(on/off)动作相关的所有逻辑(logic)进行控制。

即，在正常驱动电机时，主控制部160根据电流检测部150所检测的电流值控制定子线圈的电压接通起点而控制供应到逆变器130的脉宽调制信号图形，从而防止无刷直流电机140上供应过电流。

此时，主控制部160对电流检测部150所检测的电流和预先设定的基准电流值进行比较，当所检测的电流超过基准电流值时，停止对逆变器130的驱动而停止电机140的运行，由此防止逆变器及电机发生故障。

并且，主控制部160在驱动压缩机时控制压缩机的预热运行，此时发出指示进行预热运行，而且当压缩机内的温度通过预热运行而超过预先设定的基准温度时，发出结束预热运行的指示而结束预热运行。

并且，主控制部160对阶段性变化的指令电流及指令电压进行采样，并根据阶段性采样的指令电流及指令电压计算电机电阻，而且根据所计算的电机电阻值计算内部温度值。

此时，压缩机内部的基准温度及对应于电机电阻值的内部温度值通过实验制成表格而存储在专门的存储部(未图示)中，因此主控制部160通过检索对应于所计算的电机电阻的内部温度值来计算内部温度值。

同时，用来作为压缩机电机线圈的铜线具有电阻值随-30℃到+200℃范围的温度变化而线性变化的特性。

因此，只要能得到压缩机电机的线圈电阻，就可以从电阻值变化检测出电机的周边温度。

当向压缩机的三相电机接通直流电压而供应直流电流时，压缩机内部的电机上会产生相当于铜损(Copper loss)的热量。为了进行这种压缩机预热控制而不是速度控制，在此省略与速度控制相关的构成要素的说明，而只说明与预热控制相关的构成要素。

电流指令部170由于预先设定指令电流图形，因此根据所设定的指令图形阶段性地控制输出到电机的电流。

此时，所输出的指令电流以转子同步坐标系为基准向任意的固定坐标轴发出电流指令而进行电流控制。

即，电流指令部170在压缩机的预热控制模式中输出横轴指令电流为零安培而纵轴指令电流为预定值的电流。

电流控制部180生成指令电压传送到电压控制部(Space Vector：SVPWM)，以用于追踪横轴及纵轴的指令电流。

电压控制部190为了追踪在电流指令部170变化的指令电流，对随着指令电流而变化的指令电压进行脉宽调制控制而供应到逆变器130。

压缩机电机140根据逆变器130驱动而被控制，此时，以同步坐标系基准任意的固定轴电流被供应为与电流指令部170的指令电流相同的电流大小。

转子位置检测部(未图示)通过电机以无传感器(sensorless)方式驱动而检测电机转子位置。此时，转子位置检测部(未图示)在压缩机预热模式中的输出被设定为任意的固定值。

坐标轴变换部(axis transformation，未图示)对转子位置检测部(未图示)所检测的转子位置信号进行坐标轴变换，并清除脉动(ripple)之后将坐标轴变换的值传送到电流控制部180。

根据这种结构的无刷直流电机(或永磁同步电机，PMSM)140的转子同步坐标系中的电压方程式如下所示：

$\left[\begin{array}{c}{v}_d\\ v_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+{\mathrm{pL}}_d& -{\mathrm{wL}}_q\\ {\mathrm{wL}}_d& R+{\mathrm{pL}}_q\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ {\mathrm{w\λ}}_{\mathrm{PM}}\end{array}\right]$

式(1)

v_d，v_q：纵轴及横轴电压

i_d，i_q：纵轴及横轴电流

L_d，L_q：纵轴及横轴感应系数

p：微分算子

w：转子电角速度

λ_PM：反电动势常数

即，电流指令部170在压缩机预热模式中以同步坐标系基准对任意固定的坐标轴进行电流控制。因此，在电压方程式中转子的电角速度(w)为零。

并且，如图3所示，当电流指令部170阶段性地改变指令电流(A→B→A)时，在电流控制部180实际电流追踪指令电流，当实际电流追踪指令电流而达到正常状态时，电流的微分(p)为零。

因此，在压缩机预热模式中无刷直流电机(或永磁同步电机，PMSM)140的电压方程式可以简化为如下所示：

$\left[\begin{array}{c}{v}_d\\ v_q\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}R& 0\\ 0& R\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\right]$

式(2)

同时，当考虑到逆变器130的电压误差时，可以表示为如下式子：

$\left[\begin{array}{c}{v_d}^{*}\\ {v_q}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R& 0\\ 0& R\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_d\\ \mathrm{\Δ}{V}_q\end{array}\right]$

式(3)

在此，*表示指令(即，电流控制部180的输出)，ΔV表示电压误差。

将电流指令部170纵轴的指令电流设定为预定值i_d1，当达到实际电流追踪指令电流的正常状态时，纵轴的电压方程式如下所示：

v_d1 ^*＝Ri_d1+ΔV_d                     式(4)

此时，再次把纵轴的指令电流设定为预定值i_d2，当达到实际电流追踪指令电流的正常状态时，纵轴的电压方程式如下所示：

v_d2 ^*＝Ri_d2+ΔV_d                     式(5)

从两个阶段的两个纵轴电压方程式(式4及式5)可知，当电流指令从i_d1变化到i_d2时，纵轴指令电压的变化值只具有相当于(电阻)×(电流变化值)的值。

因此，电机的电阻R为如下所示：

$R=\frac{{v_{d2}}^{*}-{v_{d1}}^{*}}{i_{d2}-i_{d1}}$

式(6)

图4a及图4b为依据本发明实施例所提供的压缩机电机的预热方法顺序图，下面参照图2至图3进行说明。

首先，当从外部向空调机等的压缩机上供应交流电源(例如，AC 220V、60Hz)110时，整流部120将所输入的交流电压变换为直流电压进行输出。

在起动压缩机的初期，如果由主控制部160发出指示进行压缩机预热运行，则压缩机开始进行预热(S1)。接着，如图3所示，通过电流指令部170按照预先设定的指令电流图形阶段性地(A→B→A)输出指令电流(S2)。

即，电流指令部170以转子同步坐标系基准向任意的固定坐标轴发出电流指令而进行电流控制，在预热压缩机时，电流指令部使横轴指令电流输出值为零，而纵轴指令电流阶段性地输出预定值。

然后，通过电流控制部180生成用于追踪指令电流的指令电压(S3)而传送到电压控制部，电压控制部190对用于追踪电流指令部的电流指令的指令电压进行脉宽调制控制(S4)而供应到逆变器。

在此，逆变器130接收到进行脉宽调制控制的电压并通过开关元件的开/关动作将三相(U、V、W)交流电压供应到电机140。

经过上述过程，压缩机电机上以同步坐标系基准在任意固定轴上供应指令电流大小的电流。即，电机140上供应随指令电流的电流而被驱动(S5)。

此时，通过电流检测部150检测逆变器130和电机140之间的流通电流(S6)，并将其传送到主控制部160，通过主控制部160判断所检测的实际电流是否追踪指令电流(S7)。

此时，如果实际电流追踪指令电流，则判断为正常状态，并对指令电流及对应于指令电流的指令电压进行采样(S8)。同时，图3的A及B表示实际电流追踪指令电流而达到正常状态的起点。

然后，输出下一阶段的指令电流(i_dn+1)之后(S9)，生成根据指令电流的指令电压(v_dn+1)(S10)，然后对所生成的指令电压进行脉宽调制控制(S11)，并根据脉宽调制控制驱动电机(S12)。

然后，在驱动电机时检测逆变器和电机之间的流通电流(S13)，并将所检测的电流传送到主控制部。

主控制部比较所检测的实际电流和指令电流而判断实际电流是否追踪指令电流(S14)，如果实际电流追踪指令电流，则判断为正常状态。

此时，采样该正常状态下的指令电流及根据指令电流的指令电压(S15)。

在此，根据所采样的两个阶段的指令电流及指令电压计算电机电阻(S16)。

如此，通过采用阶段性地变化的两个阶段的指令电流及指令电压来计算电机电阻，从而可以提高计算电阻的精确度。

即，将电流指令部170的纵轴指令电流设定为预定值i_d1(即，i_dn)，而且当达到实际电流追踪指令电流的正常状态时，纵轴的电压方程式如下所示：

v_d1 ^*＝Ri_d1+ΔV_d

此时，再次把纵轴的指令电流设定为预定值i_d2(即，i_dn+1)，而且当达到实际电流追踪指令电流的正常状态时，纵轴的电压方程式如下所示：

v_d2 ^*＝Ri_d2+ΔV_d

据此，电机的电阻R为：

$R=\frac{{v_{d2}}^{*}-{v_{d1}}^{*}}{i_{d2}-i_{d1}}$

如此，当计算出电机电阻时，通过预先设定的表格检索对应于所计算电阻值的温度(S17)，从而计算压缩机内部的温度。

然后，比较所计算的压缩机内部温度和预先设定的基准温度(S18)，当所计算的压缩机内部温度超过预先设定的基准温度时，主控制部160发出结束预热的指示(S19)，由此停止压缩机预热运行，并进行正常模式的压缩机驱动。

实际上，由于构成逆变器的开关元件的开/关延迟、死区时间(dead time)等原因，从直流电压和电压占空比求出的电压与实际接通到电机的电压会发生误差。如果不考虑这些误差而计算电机电阻，则所计算出的电阻值与实际电阻值之间存在很大差异。

但是，如果根据如上所述的方法控制压缩机的预热运行，则可以补偿由于构成逆变器的开关元件的开/关延迟、死区时间等原因引起的电压误差，而且指令电压和实际接通到电机的电压相同，因此可以计算出精确的电机电阻。

本发明并非限定于上述实施例，在不脱离权利要求书中记载的本发明要点的情况下，本发明所属领域的具有通常知识的人员都可以进行各种变更。

综上所述，本发明通过将压缩机电机的三相线圈全部用来进行预热，从而即使不使用专门的补偿单元来补偿逆变器的非线性特性引起的电压误差，也能消除电压误差的影响，从而可以精确并迅速地计算出接通到电机的电压。

并且，可以补偿由于构成逆变器的开关元件的开/关延迟、死区时间等原因引起的电压误差。

并且，通过向压缩机电机接通电流而预热压缩机，从而可以提高检测压缩机内部温度的精确度。

并且，由于精确地计算出电机电阻而结束压缩机的预热运行，因此可以在适当的时候结束预热运行。

Claims (11)

1、一种压缩机的预热控制装置，通过三相逆变器预热压缩机，其特征在于包含：

电流指令部，用于根据预先设定的指令电流图形阶段性地改变指令电流；

电流控制部，用于生成追踪所述指令电流的指令电压；

主控制部，用于对所述指令电流及指令电压进行采样之后，根据至少两个阶段的所采样的指令电流及指令电压计算电机电阻而计算压缩机内部温度，并根据所计算的温度控制预热。

2、根据权利要求1所述的压缩机的预热控制装置，其特征在于还包含存储部，该存储部中预先设定对应于所述电机电阻值的温度值。

3、根据权利要求1所述的压缩机的预热控制装置，其特征在于所述指令电流以转子同步坐标系为基准使横轴的指令电流为零安培，使纵轴的指令电流为预定值。

4、根据权利要求1所述的压缩机的预热控制装置，其特征在于所述主控制部在预热时将电机的三相线圈全部用来进行预热。

5、根据权利要求1所述的压缩机的预热控制装置，其特征在于还包含电压控制部，用于根据所述指令电流对指令电压进行脉宽调制控制而供应到逆变器。

6、一种压缩机的预热控制方法，通过三相逆变器预热压缩机，其特征在于包含步骤：

根据预先设定的指令电流图形阶段性地输出电流；

生成用于追踪所输出的指令电流的指令电压；

对各阶段的指令电流及指令电压进行采样，并根据所采样的至少两个阶段的指令电压及指令电流计算电机电阻；

根据所述计算的电机电阻计算压缩机内部温度之后，判断是否进行预热运行。

7、根据权利要求6所述的压缩机的预热控制方法，其特征在于在阶段性地改变所述指令电流的步骤以转子同步坐标系为基准使横轴指令电流为零，而使纵轴指令电流阶段性地变化为预定值。

8、根据权利要求6所述的压缩机的预热控制方法，其特征在于在生成所述指令电压的步骤对根据所述指令电流的指令电压进行脉宽调制控制而供应到逆变器，以用于追踪所述指令电流。

9、根据权利要求6所述的压缩机的预热控制方法，其特征在于在计算所述温度值的步骤中，由于对应于所述电机电阻值的温度值被预先设定，因此通过检索对应于所计算的电阻值的压缩机内部温度而计算温度值。

10、根据权利要求6所述的压缩机的预热控制方法，其特征在于在判断是否进行所述预热运行的步骤中，由于所述压缩机内部的基准温度值被预先设定，因此对所述基准温度值和所计算的温度值进行比较，当所计算的温度值超过基准温度值时，结束预热。

11、根据权利要求6所述的压缩机的预热控制方法，其特征在于对所述指令电流及指令电压进行采样的步骤是在实际电流追踪指令电流的正常状态时进行。

Images