CN102647145A - 直流变频空调压缩机的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种直流变频空调压缩机的控制方法，包含两种位置估算法：位置估算法A和位置估算法B，该两种位置估算法的使用和切换方法如下：在压缩机启动和升速过程中，压缩机启动时采用位置估算法A，启动后压缩机开始升速，当压缩机的转速≤V1时仍然采用位置估算法A，当压缩机的转速＞V1时则采用位置估算法B；当压缩机在中速或高速运行一段时间后，系统制冷或制热需求开始减少，此时压缩机开始降速，在降速过程中，当压缩机的转速≥V2时，采用位置估算法B，当压缩机的转速＜V2，则采用位置估算法A；其中，360rpm≤V1≤1200rpm；180rpm≤V2≤600rpm，rpm为转/分钟。本发明具有操作灵活和舒适性好的特点。

Description

直流变频空调压缩机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种直流变频空调，特别是一种直流变频空调压缩机的控制方法。

背景技术

永磁同步电机由于具备体积小、效率高、调速范围宽和运行可靠等优点，被广泛应用于需求高性能的电驱动控制系统的领域。直流变频空调目前在空调产品中已占据主导地位，其核心部件压缩机中的电机就是永磁同步电机，我们常说的压缩机控制实际就是对压缩机里面的电机进行控制。

为了实现永磁同步电机系统的高性能控制，获知永磁同步电机中的转子的位置信号是必不可少的。转子的位置信号信号通常采用光电编码器或旋转变压器来检测，由于光电编码器和旋转变压器为机械式传感器，而机械式传感器存在机械安装、电缆连接、容易出故障等问题，降低了系统的可靠性，而且增加了系统的体积和成本，这都限制了永磁同步电机的使用范围。为了解决机械式传感器带来的各种缺陷，无位置传感器的电机控制技术得到了广泛的研究和应用。

目前，无位置传感器的电机转子的位置信号获取控制方法主要有两大类，即基波激磁估算法和高频信号成份法。

基波激磁估算法是基于电机的基波动态模型，目前的主要估算法有：反电势估算法、磁链估算法、模型参考自适应估算法、扩展卡尔曼滤波估算法以及状态观测器估算法。这类方法具有良好的动态性能，但用于转子位置估算所需的基波参数与电机转速成正比，限制了其在零速和低速范围内的应用，只适用于电机在中、高速范围内的无位置传感器运行。

为了实现整个速度范围内都能精确估算转子的位置信号，克服基波激磁估算法的不足，高频信号成份法常常被采用。高频信号成份法就是利用电机转子的空间凸极效应估算出转子的位置信号，高频信号成份法主要应用在具有空间凸极性的永磁同步电机的无位置传感器的速度控制。高频信号成份法所需注入的高频信号主要有旋转高频信号、脉动高频信号、逆变器载波频率成份信号等。由于高频信号成份法是跟踪转子的空间凸极性，因此，高频信号成份法对电机参数的依赖性小，可以实现电机在低速甚至零速状态下的无位置传感器运行。

高频信号成份法的工作原理是利用电机转子的空间凸极效应估算转子的位置信号，但是，由于电机存在着磁饱和特性，即电机随着电流增大其空间凸极性会变弱，此时，高频信号成份法控制电机效果会变差甚至失效。基于这个原因，在电机控制中使用的高频信号成份法大都处于实验室理论研究阶段，基本没有应用到任何实际产品中。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种操作灵活、节能性好、舒适性好的直流变频空调压缩机的控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种直流变频空调压缩机的控制方法，其特征是包含两种位置估算法：位置估算法A和位置估算法B，该两种位置估算法的使用和切换方法如下：

在压缩机启动和升速过程中，压缩机启动时采用位置估算法A，启动后压缩机开始升速，当压缩机的转速≤V1时仍然采用位置估算法A，当压缩机的转速＞V1时则采用位置估算法B；

当压缩机在中速或高速运行一段时间后，系统制冷或制热需求开始减少，此时压缩机开始降速，在降速过程中，当压缩机的转速≥V2时，采用位置估算法B，当压缩机的转速＜V2，则采用位置估算法A；

其中，360rpm≤V1≤1200rpm；180rpm≤V2≤600rpm，rpm为转/分钟。

所述位置估算法A是高频信号成份法中的任意一种，位置估算法B是基波激磁估算法中的任意一种。

所述位置估算法A为高频信号成份法中的旋转高频信号注入法。

所述位置估算法B为基波激磁估算法中的反电势估算法。

目前，永磁同步电机的控制策略主要有矢量控制和直接转矩控制两种，其中，矢量控制相比直接转矩控制具备转矩脉动小、调速范围宽、启动和低速性能好等优点，被广泛应用到直流变频空调压缩机的控制中。矢量控制的基本思想源于对直流电机的模拟，通过电机磁场定向将定子电流分为励磁分量和转矩分量，分别加以控制，从而获得良好的解耦特性，图1所示为矢量控制框图。

矢量控制中最为核心的部分是转子的位置估算，转子的位置估算有基波激磁估算法和高频信号成份法两大类。基波激磁估算法包括反电势估算法、磁链估算法、模型参考自适应估算法、扩展卡尔曼滤波估算法以及状态观测器估算法；高频信号成份法包括旋转高频信号注入法、脉动高频信号注入法和逆变器载波频率成份法。

本发明的基础是矢量控制，创新之处在于位置估算环节包含两种位置信号的获取方法，分别为位置估算法A和位置估算法B。其中，位置估算法A是高频信号成份法中的任意一种，位置估算法B是基波激磁估算法中任意一种。

本发明给直流变频空调产品带来两大好处：第一个好处是使直流变频空调的压缩机实现真正的软启动，压缩机可以从零速逐渐启动起来，从而使得压缩机的启动噪声非常小，并且可以防止压缩机受到冲击，起到保护压缩机的目的；第二个好处是让直流变频空调压缩机在低速范围内稳定运行，最低转速可以无穷接近为零速，这一特点可以提高直流变频空调产品的温度控制精度和扩大低速运行在整个速度运行范围中的比重，从而提高变频空调产品的舒适性和节能性。

本发明具有操作灵活、节能性好、舒适性好的特点。

附图说明

图1为本发明中的矢量控制框图。

图2为本发明中的压缩机启动升速过程控制流程图。

图3为本发明中的压缩机降速过程控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，永磁同步电机在三相静止坐标系上的数学模型是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，要分析求解该坐标系下的方程往往非常困难。矢量变换控制技术利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，实现了定子电流中的励磁分量和转矩分量的解耦，从而使永磁同步电机能像直流电机那样分别对磁通和转矩进行独立控制。其中，静止坐标系为互成90度直角的α、β坐标系，旋转坐标系为互成90度直角的d、q坐标系。

一、矢量控制涉及到的变换方法有：

三相静止坐标系变换到二相静止坐标系的CLARKE变换，即图1中的iu、iv、iw变换到iα、iβ；

二相静止坐标系变换到三相静止坐标系的CLARKE逆变换，即图1中的Vα、Vβ变换到Vu、Vv、Vw；

二相静止坐标系变换到二相旋转坐标系PARK变换，即图1中的iα、iβ变换到id、iq；

二相旋转坐标系变换到二相静止坐标系PARK逆变换，即图1中的Vd、Vq变换到Vα、Vβ。

二、永磁同步电机的矢量控制除了上面提到的变换方法，其基本原理主要包括两个控制环路——速度控制环路和电流控制环路，图1中的第一控制环路为速度控制环路，第二控制环路为电流控制环路。

三、永磁同步电机的矢量控制除了上面提到内容之外，还有一个很重要的内容就是压缩机的电机转子的位置估算，即图1中的“位置估算”控制环节，本发明也主要是针对“位置估算”控制环节的一种创新设计。

参见图2-图3，本直流变频空调压缩机的控制方法，包含两种位置估算法：位置估算法A和位置估算法B，该两种位置估算法的使用和切换方法如下：

当直流变频空调接收到用户开机命令后，开始启动压缩机，此时采用位置估算法A获取压缩机的电机转子位置。启动后压缩机开始升速，升速过程中实时判断压缩机的转速，当压缩机的转速≤V1时仍然采用位置估算法A获取压缩机的电机转子位置，当压缩机的转速＞V1时则采用位置估算法B获取压缩机的电机转子位置，见图2.

当直流变频空调压缩机在中速或高速运行一段时间后，系统的制冷或制热需求开始减少，此时压缩机需要降速。在降速过程中，实时检测判断压缩机转速，当压缩机的转速≥V2时，采用位置估算法B获取压缩机的电机转子位置，当压缩机的转速＜V2时，则采用位置估算A获取压缩机的电机转子位置，见图3。

根据常见的直流变频空调系统，将压缩机的运行速度范围[0，1200rpm]定义为低速，运行速度范围(1200rpm，3600rpm]定义为中速，运行速度范围(3600rpm，9000rpm]定义为高速。

其中，根据直流变频空调的产品特性，360rpm≤V1≤1200rpm；180rpm≤V2≤600rpm，rpm为转/分钟。

所述位置估算法A是高频信号成份法中的任意一种，位置估算法B是基波激磁估算法中的任意一种。

在本实施例中，位置估算法A为高频信号成份法中的旋转高频信号注入法，位置估算法B为基波激磁估算法中的反电势估算法，本直流变频空调压缩机的控制方法已经在直流变频空调产品中成功实施。

Claims (4)

1.一种直流变频空调压缩机的控制方法，其特征是包含两种位置估算法：位置估算法A和位置估算法B，该两种位置估算法的使用和切换方法如下：

在压缩机启动和升速过程中，压缩机启动时采用位置估算法A，启动后压缩机开始升速，当压缩机的转速≤V1时仍然采用位置估算法A，当压缩机的转速＞V1时则采用位置估算法B；

当压缩机在中速或高速运行一段时间后，系统制冷或制热需求开始减少，此时压缩机开始降速，在降速过程中，当压缩机的转速≥V2时，采用位置估算法B，当压缩机的转速＜V2，则采用位置估算法A；

其中，360rpm≤V1≤1200rpm；180rpm≤V2≤600rpm，rpm为转/分钟。

2.根据权利要求1所述的直流变频空调压缩机的控制方法，其特征是所述位置估算法A是高频信号成份法中的任意一种，位置估算法B是基波激磁估算法中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的直流变频空调压缩机的控制方法，其特征是所述位置估算法A为高频信号成份法中的旋转高频信号注入法。

4.根据权利要求2所述的直流变频空调压缩机的控制方法，其特征是所述位置估算法B为基波激磁估算法中的反电势估算法。

Images