CN103501147A - 防止压缩机退磁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止压缩机退磁的方法，其包括以下步骤：S1，检测所述压缩机的定子电流和所述压缩机的转速，并根据所述定子电流获得所述压缩机的d轴电流；S2，根据所述定子电流、所述d轴电流、所述压缩机的转速以及预设的压缩机退磁电流计算所述压缩机的防退磁保护时间；以及S3，在所述防退磁保护时间内对所述压缩机的d轴电流和/或所述压缩机的转矩角进行限制以防止所述压缩机退磁。本发明的一种防止压缩机退磁的方法通过计算防退磁保护时间，并在防退磁保护时间内限制压缩机退磁，可以有效地保护压缩机不退磁以及提高压缩机的利用效率。

Description

防止压缩机退磁的方法

技术领域

本发明涉及变频压缩机控制技术领域，特别涉及一种防止压缩机退磁的方法。

背景技术

随着变频控制技术的快速发展和高效节能概念的推广，变频空调得到迅速的推广应用。其中，变频空调通过改变压缩机供电频率，调节压缩机转速以达到控制室温的目的，具有室温波动小、电能消耗少、舒适度高的优点。

目前，现有的高能效的变频空调均使用直流变频压缩机，其内部以永磁同步电机为动力核心。其中，永磁同步电机所使用的永磁体材料主要有两种：氧体永磁材料和钕铁硼永磁材料(含稀土元素)。永磁体在压缩机内部正常工作时是不会出现退磁现象的，但当压缩机因外部因素出现失步或堵转时会瞬间产生很大的电流，导致永磁体出现退磁，即所谓的压缩机退磁。

由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，这类材料易磁化也易退磁，并且退磁电流曲线随着温度上升而上升，低温时退磁电流最小，容易在压缩机低温启动瞬间退磁。

而为了使压缩机可以安全可靠地运行，一般保护电流设置在最低的退磁电流值之下，并留有相当的裕量，随着压缩机工作的温度条件改善后，退磁电流阈值提升以后，压缩机内电机带负载能力的提升却并不能得到利用，降低了电机的效率。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。

为此，针对压缩机运行过程中出现的失步、堵转而导致压缩机退磁的问题，本发明需要提出一种防止压缩机退磁的方法，通过计算防退磁保护时间，并在防退磁保护时间内限制压缩机退磁，可以有效地保护压缩机不退磁以及提高压缩机的利用效率。

为达到上述目的，本发明的实施例提出的一种防止压缩机退磁的方法，包括以下步骤：S1，检测所述压缩机的定子电流和所述压缩机的转速，并根据所述定子电流获得所述压缩机的d轴电流；S2，根据所述定子电流、所述d轴电流、所述压缩机的转速以及预设的压缩机退磁电流计算所述压缩机的防退磁保护时间；以及S3，在所述防退磁保护时间内对所述压缩机的d轴电流和/或所述压缩机的转矩角进行限制以防止所述压缩机退磁。

根据本发明实施例的防止压缩机退磁的方法，通过计算防退磁保护时间，并在防退磁保护时间内对压缩机的d轴电流和/或压缩机的转矩角进行限制以防止压缩机退磁，除了可以有效地防止压缩机退磁外，还可以使得压缩机在超出本身设计的退磁电流的条件下运行，大大提高了压缩机的效率。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2包括：根据所述定子电流、d轴电流以及所述预设的压缩机退磁电流计算所述压缩机正常运行时的转矩角和所述压缩机退磁时的转矩角；以及根据所述压缩机的转速、所述压缩机正常运行时的转矩角和所述压缩机退磁时的转矩角计算所述防退磁保护时间。

在本发明的一个实施例中，根据以下公式计算所述压缩机正常运行时的转矩角：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_1=\mathrm{\π}-\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}$

其中，θ′为所述压缩机正常运行时的转矩角，i_d1为所述压缩机正常运行时的d轴电流，i_s1为所述压缩机正常运行时的定子电流的空间矢量，θ₁为所述压缩机正常运行时i_d1与i_s1之间的夹角。

在本发明的一个实施例中，根据以下公式计算所述压缩机退磁时的转矩角：

${\mathrm{\θ}}^{\′\′}=\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{\π}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}$

其中，θ″为所述压缩机退磁时的转矩角，i_t为所述预设的压缩机退磁电流，i_s2为所述压缩机退磁时的定子电流的空间矢量，θ₂为所述压缩机退磁时d轴电流i_d2与i_s2之间的夹角，其中，i_d2=i_t。

由此，在本发明的一个实施例中，可以根据以下公式计算所述防退磁保护时间：

$T=\frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}-{\mathrm{\θ}}^{\′\′}}{{\mathrm{\ω}}_1}=\frac{\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}}{{\mathrm{\ω}}_1}$

其中，ω₁为所述压缩机退磁时的转速，T为所述防退磁保护时间。

根据本发明的一个实施例，所述防退磁保护时间与所述压缩机正常运行时的定子电流的空间矢量和所述预设的压缩机退磁电流之间的比值相关。

根据本发明的一个实施例，所述预设的压缩机退磁电流与所述压缩机的磁铁、绕组和温度相关。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，在所述防退磁保护时间内对不同压缩机负载和频率下的所述压缩机的d轴电流和/或所述压缩机的转矩角进行限制以防止所述压缩机退磁。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的防止压缩机退磁的方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的在防退磁保护时间内限制压缩机的直轴电流i_d的曲线图；

图3为根据本发明一个实施例的在防退磁保护时间内限制压缩机的转矩角变化Δθ的曲线图；

图4为根据本发明一个实施例的压缩机的d/q轴矢量坐标图；以及

图5为根据本发明一个实施例的压缩机的空间矢量坐标图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例的防止压缩机退磁的方法。

图1为根据本发明实施例的防止压缩机退磁的方法的流程图。如图1所示，该防止压缩机退磁的方法包括以下步骤：

S1，检测压缩机的定子电流和压缩机的转速，并根据定子电流获得压缩机的d轴电流。

其中，对定子电流进行坐标转换可以得到压缩机的d轴电流。

S2，根据定子电流、d轴电流、压缩机的转速以及预设的压缩机退磁电流计算压缩机的防退磁保护时间。

在本发明的一个实施例中，步骤S2包括：根据定子电流、d轴电流以及预设的压缩机退磁电流计算压缩机正常运行时的转矩角和压缩机退磁时的转矩角；以及根据压缩机的转速、压缩机正常运行时的转矩角和压缩机退磁时的转矩角计算防退磁保护时间。也就是说，在压缩机正常运行状态时可以计算出转矩角π-θ₁，当d轴电流达到预设的压缩机退磁电流i_t即压缩机失步时，可以计算出转矩角为π-θ₂，角度差Δθ=θ₁-θ₂，从而可以计算出防退磁保护时间

即根据转矩角的变化计算出可以利用的避免压缩机退磁的保护时间，其中，ω₁为压缩机失步即退磁时的转速。

其中，预设的压缩机退磁电流i_t与压缩机中电机的磁铁、绕组和温度相关，例如预设的压缩机退磁电流i_t可以在电机设计时确定。

S3，在防退磁保护时间内对压缩机的d轴电流和/或压缩机的转矩角进行限制以防止压缩机退磁。

也就是说，在防退磁保护时间T内，针对压缩机运行条件设置不同频率下的d轴电流i_d和Δθ的限制值，得到不同运行条件下i_d和Δθ的限制曲线如图2和图3所示，并在压缩机运行过程中实时监控d轴电流和转矩角变化。因此，在步骤S3中，在防退磁保护时间T内对不同压缩机负载和频率下的压缩机的d轴电流和/或压缩机的转矩角进行限制以防止压缩机退磁，即言，将d轴电流限制在压缩机的电机退磁范围内，即可有效防止压缩机退磁情况出现。

其中，根据防退磁保护时间计算公式

如图2和图3所示，压缩机高频运行失步时的d轴电流很快达到退磁电流，防退磁保护时间很短，低频时防退磁保护时间较长。

本发明的实施例中，压缩机工作在不同速度和负载下，d轴电流的变化情况不同，在高频重负载下失步d轴电流迅速增大，低频时d轴电流增大速度较慢。通过计算防退磁保护时间，并在防退磁保护时间内对压缩机的d轴电流和/或压缩机的转矩角进行限制以防止压缩机退磁，除了可以有效地防止压缩机退磁外，还可以使得压缩机在超出本身设计的退磁电流的条件下运行，大大提高了压缩机的效率。

具体地，在本发明的一个实施例中，可以根据以下公式计算压缩机正常运行时的转矩角：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_1=\mathrm{\π}-\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}$

其中，θ′为压缩机正常运行时的转矩角，i_d1为压缩机正常运行时的d轴电流，i_s1为压缩机正常运行时的定子电流的空间矢量，θ₁为压缩机正常运行时i_d1与i_s1之间的夹角。

并且，根据以下公式计算压缩机退磁时的转矩角：

${\mathrm{\θ}}^{\′\′}=\mathrm{\π}-{\mathrm{\θ}}_2=\mathrm{\π}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}$

其中，θ″为压缩机退磁时的转矩角，i_t为预设的压缩机退磁电流，i_s2为压缩机退磁时的定子电流的空间矢量，θ₂为压缩机退磁时d轴电流i_d2与i_s2之间的夹角，其中，i_d2=i_t。

也就是说，设定压缩机退磁电流为i_t安培，定子电流i_s=ki_t。如图4所示，定子电流的空间矢量i_s1与直轴电流i_d1夹角为θ₁时代表压缩机正常运转状态，定子电流的空间矢量i_s2与直轴电流i_d2夹角为θ₂时为预估压缩机失步状态，且此时直轴电流i_d2达到压缩机退磁电流i_t。i_d2=i_t时的转矩角的角度变化Δθ是所能允许的最大角度，必须控制在Δθ范围内，才能保证压缩机不退磁。

由图4中的压缩机的d/q轴矢量坐标系，可进行如下计算：

压缩机正常运行时：i_d1=i_s1cosθ₁，从而，

预估压缩机失步导致压缩机退磁时的状态：i_d2=i_s2cosθ₂≥i_t，按照失步时压缩机的转速ω₁推算压缩机失步导致退磁，即计算i_d2≥i_t时的角度θ₂：

故

其中，i_d2=i_t临界状态时的转矩角变化： $\mathrm{\Δ\θ}={\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2=\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}.$

因此，在本发明的实施例中，可以根据以下公式计算防退磁保护时间：

$T=\frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}-{\mathrm{\θ}}^{\′\′}}{{\mathrm{\ω}}_1}=\frac{\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}}{{\mathrm{\ω}}_1}$

其中，ω₁为压缩机退磁时的转速，T为防退磁保护时间。

在本发明的一个实施例中，防退磁保护时间T与压缩机正常运行时的定子电流的空间矢量和预设的压缩机退磁电流之间的比值相关。即言，定子相电流的空间矢量i_s=ki_t与预设的压缩机退磁电流i_t的比值越大，即k越大，防退磁保护时间越短。

具体而言，如图5所示，i_t为预设的压缩机退磁电流，ω为压缩机正常运行状态某一时刻的角速度即转速，θ为压缩机正常运行状态某一时刻，定子相电流的空间矢量与d轴电流的夹角，θ₁为I_s1=k₁i_t且达到退磁电流时，定子相电流的空间矢量与d轴电流的夹角，θ₂为I_s2=k₂i_t且达到退磁电流时，定子相电流的空间矢量与d轴电流的夹角，β为转矩角。

${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{i_t}{I_{s1}}$

又，I_s1=k₁i_t

由图可得， ${\mathrm{\θ}}_1=\arccos \frac{i_t}{k_1{i}_t}=\arccos \frac{1}{k_1}.$

同理， ${\mathrm{\θ}}_2=\arccos \frac{i_t}{k_2{i}_t}=\arccos \frac{1}{k_2}.$

当k₁>k₂时，I_s1>I_s2,得出θ₁>θ₂，故压缩机从正常运行状态到退磁状态的角度变化Δθ=θ-θ₁<θ-θ₂。

通过上述的防退磁保护时间计算公式可知

从而可得：

I_s1=k₁i_t时的防退磁保护时间：

I_s2=k₂i_t时的保护时间： $T_2=\frac{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}{\mathrm{\&omega;}}=\frac{\mathrm{\&theta;}-{\mathrm{\&theta;}}_2}{\mathrm{\&omega;}}.$

由此，以上可以得出T₁<T₂。

因此说，定子相电流的空间矢量i_s与退磁电流i_t的比值越大，可以利用的防退磁保护时间就越小。

在本发明的实施例中，压缩机工作在不同转速和负载下时，d轴电流的变化情况不同，压缩机在高频重负载下失步d轴电流迅速增大，低频时d轴电流增大速度较慢。因此本发明的防止压缩机退磁的方法根据转矩角的变化可以计算出正常运行到失步退磁状态所需要的时间，即防退磁保护时间，在防退磁保护时间内对不同负载和频率下的d轴电流和转矩角进行限制，可以将d轴电流限制在压缩机的电机退磁范围内，即可有效防止压缩机退磁情况出现。并且，该防止压缩机退磁的方法可以应用到所有变频压缩机的控制方案中。另外，本发明的防止压缩机退磁的方法通过对d轴电流进行有效控制，可以让压缩机运行在更重负载更大电流的条件下，即使相电流超过压缩机退磁电流，也可以保证压缩机不退磁，大大提高了压缩机的效率，并压缩机低频轻负载工作时，d轴电流小于零控制，调整转矩角β，降低定子电流i_S，可降低压缩机的电机铜损。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种防止压缩机退磁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，检测所述压缩机的定子电流和所述压缩机的转速，并根据所述定子电流获得所述压缩机的d轴电流；

S2，根据所述定子电流、所述d轴电流、所述压缩机的转速以及预设的压缩机退磁电流计算所述压缩机的防退磁保护时间；以及

S3，在所述防退磁保护时间内对所述压缩机的d轴电流和/或所述压缩机的转矩角进行限制以防止所述压缩机退磁。

2.如权利要求1所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

根据所述定子电流、d轴电流以及所述预设的压缩机退磁电流计算所述压缩机正常运行时的转矩角和所述压缩机退磁时的转矩角；以及

根据所述压缩机的转速、所述压缩机正常运行时的转矩角和所述压缩机退磁时的转矩角计算所述防退磁保护时间。

3.如权利要求2所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述压缩机正常运行时的转矩角：

${\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}=\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}}_1=\mathrm{\&pi;}-\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}$

其中，θ′为所述压缩机正常运行时的转矩角，i_d1为所述压缩机正常运行时的d轴电流，i_s1为所述压缩机正常运行时的定子电流的空间矢量，θ₁为所述压缩机正常运行时i_d1与i_s1之间的夹角。

4.如权利要求3所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述压缩机退磁时的转矩角：

${\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;\&prime;}=\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}}_2=\mathrm{\&pi;}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}$

其中，θ″为所述压缩机退磁时的转矩角，i_t为所述预设的压缩机退磁电流，i_s2为所述压缩机退磁时的定子电流的空间矢量，θ₂为所述压缩机退磁时d轴电流i_d2与i_s2之间的夹角，其中，i_d2=i_t。

5.如权利要求4所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述防退磁保护时间：

$T=\frac{{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;}-{\mathrm{\&theta;}}^{\&prime;\&prime;}}{{\mathrm{\&omega;}}_1}=\frac{\arccos \frac{i_{d1}}{i_{s1}}-\arccos \frac{i_t}{i_{s2}}}{{\mathrm{\&omega;}}_1}$

其中，ω₁为所述压缩机退磁时的转速，T为所述防退磁保护时间。

6.如权利要求5所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，所述防退磁保护时间与所述压缩机正常运行时的定子电流的空间矢量和所述预设的压缩机退磁电流之间的比值相关。

7.如权利要求1所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，所述预设的压缩机退磁电流与所述压缩机的磁铁、绕组和温度相关。

8.如权利要求1所述的防止压缩机退磁的方法，其特征在于，在步骤S3中，在所述防退磁保护时间内对不同压缩机负载和频率下的所述压缩机的d轴电流和/或所述压缩机的转矩角进行限制以防止所述压缩机退磁。

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