CN101917152B - 变频空调用永磁同步压缩机的启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，这种启动方法首先有一个PARK过程锁定转子的初始位置，然后开环启动，在开环启动时永磁同步电机的拖动频率达到开环转闭环的最低频率Ft时，转入闭环控制模式试运行，并读取磁通值以判断是否成功转入闭环控制模式运行，如果没有成功转入闭环控制模式，则根据磁通值的大小调整PARK电流和开环启动过程的频率加速度再次启动，并设置了启动次数的限制，多次启动未成功后报告上位机故障信号并由上位机给出重启信号。本发明可保障永磁同步压缩机在负载较重或较轻的情况下也能够可靠启动。
Description
技术领域
本发明涉及变频空调领域，具体是指一种变频空调用永磁同步压缩机的启动方法。
背景技术
随着空调技术的不断发展，变频空调器也慢慢走入了千家万户，同时人们不但对变频空调的可靠性和舒适度的要求越来越高，而且对变频空调的能耗也越来越重视，现有技术的变频空调器用交流变频压缩机的能耗已经不能满足用户的要求，它在运行过程中不但铁耗、铜耗大，而且在运行过程中存在一定的转速的滑差，不能实现最优的转矩控制，多做无用功，造成电能的浪费。为了提高能效现在越来越多的厂家采用永磁同步电机，采用永磁同步电机的压缩机也称永磁同步压缩机，该电机的转子是永磁体，不需要励磁电流提供转子磁场，减少了铁耗和铜耗。永磁同步电机在运行过程中不存在角度滑差的问题，可以实现最优转矩控制，减少电能的浪费，可以明显降低能耗。但由于静止时无法估计转子的位置，永磁同步压缩机的启动成了比较棘手的问题，就目前大多数厂家采用先通一定频率和幅值的电流，让永磁同步压缩机运行在开环阶段，等永磁同步电机转子被拖动到一定频率后，再根据反馈的转子信息，切换到闭环阶段。但由于永磁同步压缩机的电机的负载不定，而且突变大，上述启动方法很容易导致永磁同步压缩机启动失败，尤其在负载较重或者较轻的情况下更容易启动失败。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够在负载较重或较轻也能够可靠启动的变频空调永磁同步压缩机启动的方法。
本发明的技术解决方案是，提供一种变频空调器用永磁同步压缩机的启动方法，包括以下步骤：
a)变频器读取当前永磁同步压缩机的参数，根据永磁同步压缩机的额定电流值Ea，计算出启动电流Iq＝K1·Ea，其中K1∈(0.5，0.8)；
b)采用PARK过程锁定永磁同步压缩机转子的初始位置，设定PARK的时间T、角度angle1和角度angle2，其中T∈(0.5s，1.5s)，(angle2-angle1)∈(20°，40°)，此时在时间T内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1和angle2，两次转动的角度相差在20°和40°之间，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置，所述在时间T内通入恒定启动电流Iq是在在时间T内给永磁同步压缩机的三相通入的三相电流合成值为大小恒定的直流电，合成电流电流值为Iq，而三相电流合成的电角度不同，转子转动两个角度angle1和angle2的原因是在时间T内通入的PARK电流分两个阶段，这两个阶段三相电流合成电流的值是恒定为Iq的，但是三相电流合成电流的电角度不同，且两个阶段三相电流合成电流的电角度之差在20°和40°之间；
c)启动时永磁同步压缩机采用开环控制模式，设定频率加速度Ktorque＝2·(K·As·Fpwm2)/(Ea·230)，K为加速度常数，As为永磁同步压缩机当前运行电流，Fpwm为永磁同步压缩机的载波频率，Ea为永磁同步压缩机的额定电流值；
d)变频器根据启动电流Iq和频率加速度Ktorque逆变输出给永磁同步压缩机，当永磁同步压缩机的运行拖动频率Fobj＝Ft时，永磁同步压缩机的驱动控制由开环控制模式切换到闭环控制模式试运行，Ft为永磁同步压缩机由开环控制模式转至闭环控制模式的频率的最小值，Ft＝WeThr·FreqScl·Fpwm/220，其中：WeThr是永磁同步压缩机由开环控制模式转至闭环控制模式时永磁同步压缩机转子频率的最低门限值，FreqScl是倍频值，根据设定选择1倍频和2倍频，Fpwm为永磁同步压缩机的载波频率，在此应该说明，启动所需其他参数与常规启动方式相同；
e)判定永磁同步压缩机是否成功切换至闭环控制模式运转，如果成功切换至闭环控制模式则设置成功启动标志，永磁同步压缩机开始按照闭环控制模式运行，否则说明未成功切换到闭环控制模式，进入下一步；
f)判断启动次数是否达到设定限值N，如果启动次数达到N次，报永磁同步压缩机启动失败故障，并把故障信号发送给上位机，等待上位机的重启信号，否则进入下一步；
g)调整启动参数并延时Td后回到步骤(b)再次启动。
采用以上方案，本发明先锁定永磁同步压缩机的转子位置后再以一定的频率加速度来启动，避免了由于转子位置不固定引起的启动不稳定的问题，启动更加可靠，启动用时更短，另外在启动不成功后通过再次锁定转子的位置，并调整启动电流和启动频率加速度，从而可以有效保证下次启动的可靠性，另外，还设置了启动次数限值，防止反复启动对永磁同步压缩机的损伤和降低一次启动成功的可靠性，因而本发明能够在负载较重或较轻的情况下也能够可靠启动。
作为优选，所述步骤(e)中所述判定永磁同步压缩机是否成功切换至闭环控制模式运转是指下述判定方式：变频器在永磁同步压缩机切换至闭环控制模式试运行后读取参数磁通值Flxthr，根据设置的磁通的上限FlxthrH和磁通的下限FlxthrL，如果Flxthr∈(FlxthrL，FlxthrH)，则说明启动成功，否则说明启动不成功，该判定方案准确可靠。
作为优选，所述步骤(g)中所述的调整启动参数是按照下述方式调整的：如果Flxthr＜FlxthrL，则增大启动电流，减小开环控制模式的频率加速度Ktorque值；如果Flxthr＞FlxthrH，则减小启动电流，增大开环控制模式的频率加速度Ktorque值，根据磁通值Flxthr来调整参数，调整准确可靠。
作为优选，所述步骤(g)中所述的调整启动参数是按照下述方式调整的：如果Flxthr＜FlxthrL，则启动电流增大5％，开环控制模式的频率加速度Ktorque值减小5％，所述的启动电流增大5％是指在上次电流的基础上增大5％，所述的开环控制模式频率加速度Ktorque值减小5％是指在上次步骤(c)中的开环控制模式中频率加速度值的基础上减小5％。；如果Flxthr＞FlxthrH，则启动电流减小5％，开环控制模式的频率加速度Ktorque值增大5％，所述的启动电流减小5％是指在上次电流的基础上减小5％，所述的开环控制模式频率加速度Ktorque值增大5％是指在上次步骤(c)中的开环控制模式中频率加速度值的基础上增大5％，对参数调整应该有个逐步过程，调整幅度在5％基本能够满足在永磁同步压缩机启动过程中参数调整的需要。
作为优选，所述步骤(a)是指：变频器读取当前永磁同步压缩机的参数，根据永磁同步压缩机的额定电流值Ea，计算出启动电流值Iq＝K1·Ea，其中K1＝0.7，根据实验结果得知，启动电流为额定电流的70％能够减少电机的启动时PARK的转子抖动和PARK不到位，启动效率较高。
作为优选，所述步骤(f)是指所述启动次数设定限值N＝5，重复启动次数过多启动时间，对永磁同步压缩机也会造成伤害，而重复启动次数过少可能会存在启动不成功的情况增大，重复启动5次能够基本满足负载较大或较小的需要。
作为优选，所述步骤(b)是指：设定PARK的时间T、角度angle1和角度angle2，其中T∈(0.5s，1.5s)，(angle2-angle1)＝30°，此时在时间T内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1和angle2，两次转动的角度相差为30°，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置，PARK过程中两次电角度相差30°为最有效的启动位置之一。
作为优选，所述步骤(b)是指：设定PARK的时间T、角度angle1和角度angle2，其中T＝1s，(angle2-angle1)＝30°，此时在时间1s内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1和angle2，两次转动的角度相差为30°，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置，PARK过程过长可能会导致永磁同步压缩机启动过程中的抖动，而PARK过程太短则可能导致永磁同步压缩机转子位置没有转至指定位置或抖动过大从而导致启动的失败。
作为优选，所述步骤(b)是指：设定PARK的时间T、角度angle1＝90°和角度angle2＝120°，其中T∈(0.5s，1.5s)，此时在时间T内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1＝90°和angle2＝120°，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置，经测试，两次PARK电角度分别为90°和120°为最有有效的启动位置之一。
附图说明
附图为本发明变频空调用永磁同步压缩机的启动方法控制流程图。
具体实施方式
为便于说明本发明的控制方法，下面结合附图，对变频空调用永磁同步压缩机的启动方法做详细说明：
a)变频器读取当前永磁同步压缩机的参数，根据永磁同步压缩机的额定电流值Ea，计算出启动电流Iq＝K1·Ea，其中K1＝0.7；
b)设定PARK的时间T＝1s、角度angle1＝90°和角度angle2＝120°，PARK启动，此时在时间T＝1s内通入恒定启动电流Iq＝0.7·Ea，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1＝90°和angle2＝120°；
c)开环控制模式启动，设定频率加速度Ktorque＝2·(K·As·Fpwm2)/(Ea·230)，K为加速度常数，As为永磁同步压缩机当前运行电流，Fpwm为永磁同步压缩机的载波频率，Ea为永磁同步压缩机的额定电流值，如永磁同步压缩机的载波频率为6KHz；
d)变频器根据启动电流Iq和频率加速度Ktorque逆变输出给永磁同步压缩机，当永磁同步压缩机的运行拖动频率Fobj＝Ft时，永磁同步压缩机的驱动控制由开环控制模式切换到闭环控制模式试运行，Ft为永磁同步压缩机由开环控制模式转至闭环控制模式的频率的最小值，如本实施例中Ft＝13Hz；
e)变频器在永磁同步压缩机切换至闭环控制模式试运行后读取参数磁通值Flxthr，根据设置的磁通的上限FlxthrH和磁通的下限FlxthrL，如果Flxthr∈(FlxthrL，FlxthrH)，则说明启动成功，如果成功切换至闭环控制模式则设置成功启动标志，永磁同步压缩机开始按照闭环控制模式运行，否则说明未成功切换到闭环控制模式，进入下一步；
f)判断启动次数是否达到设定限值N＝5，如果启动次数达到5次，报永磁同步电机启动失败故障，并把故障信号发送给上位机，等待上位机的重启信号，否则进入下一步；
g)如果Flxthr＜FlxthrL，则启动电流增大5％，开环控制模式的频率加速度Ktorque值减小5％，所述的启动电流增大5％是指在上次电流的基础上增大5％，所述的开环控制模式频率加速度Ktorque值减小5％是指在上次步骤(c)中的开环控制模式中频率加速度值的基础上减小5％。；如果Flxthr＞FlxthrH，则启动电流减小5％，开环控制模式的频率加速度Ktorque值增大5％，所述的启动电流减小5％是指在上次电流的基础上减小5％，所述的开环控制模式频率加速度Ktorque值增大5％是指在上次步骤(c)中的开环控制模式中频率加速度值的基础上增大5％，延时Td后回到步骤(b)再次启动。
在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化，本发明的关键在于，首先有一个PARK过程锁定转子的初始位置，然后开环启动，在开环启动时永磁同步压缩机的拖动频率达到开环转闭环的最低频率Ft时，转入闭环控制模式试运行，并读取磁通值以判断是否成功转入闭环控制模式运行，如果没有成功转入闭环控制模式，则根据磁通值的大小调整电流和开环启动过程的频率加速度再次启动，并设置了启动次数的限制，多次启动未成功后报告上位机故障信号并由上位机给出重启信号。另外，本发明叙述中主要提到的是变频空调压缩机所用的永磁同步电机，在表述过程中提到的永磁同步压缩机的启动即为永磁同步电机的启动，两者的提法只是名称的不同，启动的实质均为启动永磁同步电机。本发明所述的永磁同步电机的启动方法同样适用于其他领域所用的永磁同步电机，在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)变频器读取当前永磁同步压缩机的参数，根据永磁同步压缩机的额定电流值Ea，计算出启动电流Iq＝K1·Ea，其中K1∈(0.5，0.8)；
b)采用PARK过程锁定永磁同步压缩机转子的初始位置，设定PARK的时间T、角度angle1和角度angle2，其中T∈(0.5s，1.5s)，(angle2-angle1)∈(20°，40°)，此时在时间T内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1和angle2，两次转动的角度相差在20°和40°之间，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置；
c)启动时永磁同步压缩机采用开环控制模式，设定频率加速度Ktorque＝2·(K·As·Fpwm2)/(Ea·230)，K为加速度常数，As为永磁同步压缩机当前运行电流，Fpwm为永磁同步压缩机的载波频率，Ea为永磁同步压缩机的额定电流值；
d)变频器根据启动电流Iq和频率加速度Ktorque逆变输出给永磁同步压缩机，当永磁同步压缩机的运行拖动频率Fobj＝Ft时，永磁同步压缩机的驱动控制由开环控制模式切换到闭环控制模式试运行，Ft为永磁同步压缩机由开环控制模式转至闭环控制模式的频率的最小值，Ft＝WeThr·FreqSc1·Fpwm/220，其中：WeThr是永磁同步压缩机由开环控制模式转至闭环控制模式时永磁同步压缩机转子频率的最低门限值，FreqSc1是倍频值，根据设定选择1倍频和2倍频，Fpwm为永磁同步压缩机的载波频率；
e)判定永磁同步压缩机是否成功切换至闭环控制模式运转，如果成功切换至闭环控制模式则设置成功启动标志，永磁同步压缩机开始按照闭环控制模式运行，否则说明未成功切换到闭环控制模式，进入下一步；
f)判断启动次数是否达到设定限值N，如果启动次数达到N次，报永磁同步压缩机启动失败故障，并把故障信号发送给上位机，等待上位机的重启信号，否则进入下一步；
g)调整启动参数并延时Td后回到步骤(b)再次启动。
2.根据权利要求1所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(e)中所述判定永磁同步压缩机是否成功切换至闭环控制模式运转是指下述判定方式：
变频器在永磁同步压缩机切换至闭环控制模式试运行后读取参数磁通值Flxthr，根据设置的磁通的上限FlxthrH和磁通的下限FlxthrL，如果Flxthr∈(FlxthrL，FlxthrH)，则说明启动成功，否则说明启动不成功。
3.根据权利要求2所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(g)中所述的调整启动参数是按照下述方式调整的：
如果Flxthr＜FlxthrL，则增大启动电流，减小开环控制模式的频率加速度Ktorque值；如果Flxthr＞FlxthrH，则减小启动电流，增大开环控制模式的频率加速度Ktorque值。
4.根据权利要求3所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(g)中所述的调整启动参数是按照下述方式调整的：
如果Flxthr＜FlxthrL，则启动电流增大5％，开环控制模式的频率加速度Ktorque值减小5％；
如果Flxthr＞FlxthrH，则启动电流减小5％，开环控制模式的频率加速度Ktorque值增大5％。
5.根据权利要求1所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(a)是指：
变频器读取当前永磁同步压缩机的参数，根据永磁同步压缩机的额定电流值Ea，计算出启动电流Iq＝K1·Ea，其中K1＝0.7。
6.根据权利要求1所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(f)是指所述启动次数设定限值N＝5。
7.根据权利要求1所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(b)是指：
设定PARK的时间T、角度angle1和角度angle2，其中T∈(0.5s，1.5s)，(angle2-angle1)＝30°，此时在时间T内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1和angle2，两次转动的角度相差为30°，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置。
8.根据权利要求1所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(b)是指：
设定PARK的时间T、角度angle1和角度angle2，其中T＝1s，(angle2-angle1)＝30°，此时在时间1s内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1和angle2，两次转动的角度相差为30°，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置。
9.根据权利要求7所述的变频空调用永磁同步压缩机的启动方法，其特征在于：所述步骤(b)是指：
设定PARK的时间T、角度angle1＝90°和角度angle2＝120°，其中T∈(0.5s，1.5s)，此时在时间T内通入恒定启动电流Iq，使得永磁同步压缩机转子转动两个角度angle1＝90°和angle2＝120°，此时永磁同步压缩机的转子转至指定的位置。
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