CN104218857B - 一种空调器及其室外风机起动控制方法和系统 - Google Patents

一种空调器及其室外风机起动控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于电机起动控制技术领域，提供了一种空调器及其室外风机起动控制方法和系统。在本发明中，对于空调器的室外风机的起动控制，是在对室外风机的电机驱动器中的自举电容进行充电的过程中，同时对电机的初始转动状态进行实时检测，并在自举电容完成充电后，根据所检测到的初始转动状态相应地控制电机起动，从而能够在自举电容完成充电后获得实时的起动初始工况，进而使电机能够顺利起动，提高电机起动的成功率，解决了现有技术所存在的室外风机的电机起动成功率低的问题。

Description

一种空调器及其室外风机起动控制方法和系统
技术领域
本发明属于电机起动控制技术领域，尤其涉及一种空调器及其室外风机起动控制方法和系统。
背景技术
目前，出于节能、降低工作噪音和成本的考虑，采用Sensorless FOC(SensorlessField Oriented Control,无位置传感器磁场定向控制)控制策略的永磁同步电机得以在空调器的室外风机中实现大量应用。由于空调器的室外风机的起动初始工况存在风动正向旋转(即在外界风力作用下正向旋转)、风动反向旋转(即在外界风力作用下反向旋转)及静止等情况，为了提高室外风机的电机的起动可靠性，因此需要电机具备一定的克服外界风力作用的起动能力。对于适用于Sensorless FOC控制策略的三相永磁同步电机，其反电势为正弦波形，且含有电机的转子位置信息，因此可以通过检测反电势获得转子位置角及转速信号，根据转速信号的正负以确定电机的起动初始工况是风动正向转动或风动反向转动，并以此确定不同的起动模式，电机起动的实现流程如图1所示，对于现有的电机起动控制技术而言，从图1可知，无论是按照何种工况(风动正向、静止、风动反向)起动电机，均需要在执行“对电机进行定位控制”、“以矢量控制方式控制电机加速转动”及“以矢量控制方式控制电机进入常规运行状态”等步骤之前完成对电机驱动器中的自举电容充电，具体原因详述如下：
典型的三相永磁同步电机(PMSM，Permanent Magnet Synchronous Motor)的驱动器的拓扑结构如图2所示，在实际应用中，图2中的6个开关管和6个续流二极管通常都被集成在IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)中。为了简化设计，在应用到空调器的室外风机时，IPM内部的驱动电路通常采用单一电源控制方案，而在使用单一电源供电方案时，需要保证控制电源能够可靠地为上桥臂开关管提供正确的门极偏置电压，且直流母线上的高电压不会窜到控制电源电路而烧毁元器件。在现有技术中，采样自举电路是实现上述单一电源供电方案的方法之一，如图3所示，采样自举电路包括自举电阻RBS、自举二极管DBS及自举电容CBS，当下桥臂开关管Kd导通时，使电源Vcc通过自举电阻RBS、自举二极管DBS给自举电容CBS充电，充电回路如图3中虚线回路所示，在充电过程中为了减轻控制电源Vcc的压力，下桥臂开关管Kd的导通并非是连续的，而是按照一定的占空比导通，且上桥臂开关管Ku是全程截止的；当上桥臂开关管Ku导通时，自举二极管DBS反向截止，进而将直流母线电压与电源Vcc相互隔离，防止直流母线电压窜进控制电源电路而烧毁元器件。
综上所述，由于需要在电机驱动器中的自举电容完成充电后再对电机执行相应的起动操作，此时电机的起动初始工况有可能与自举电容完成充电之前所检测到的工况存在差异，所以很容易导致电机起动失败，降低了电机起动的成功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调器室外风机起动控制方法，旨在解决现有技术所存在的室外风机的电机起动成功率低的问题。
本发明是这样实现的，一种空调器室外风机起动控制方法，室外风机的电机由驱动器进行驱动，所述空调器室外风机起动控制方法包括以下步骤：
在对所述驱动器中的自举电容进行充电时，对所述电机的初始转动状态进行实时检测；
在所述自举电容完成充电后，根据所检测到的初始转动状态相应地控制所述电机起动。
本发明的另一目的还在于提供一种空调器室外风机起动控制系统，室外风机的电机由驱动器进行驱动，所述空调器室外风机起动控制系统包括：
充电与转动检测模块，用于在对所述驱动器中的自举电容进行充电时，对所述电机的初始转动状态进行实时检测；
电机起动控制模块，用于在所述自举电容完成充电后，根据所述转动状态检测模块检测到的初始转动状态相应地控制所述电机起动。
本发明的又一目的还在于提供一种包括上述空调器室外风机起动控制系统的空调器。
在本发明中，对于空调器的室外风机的起动控制，是在对室外风机的电机驱动器中的自举电容进行充电的过程中，同时对电机的初始转动状态进行实时检测，并在自举电容完成充电后，根据所检测到的初始转动状态相应地控制电机起动，从而能够在自举电容完成充电后获得实时的起动初始工况，进而使电机能够顺利起动，提高电机起动的成功率，解决了现有技术所存在的室外风机的电机起动成功率低的问题。
附图说明
图1是背景技术所涉及的现有的电机起动控制技术的实现流程图；
图2是背景技术所涉及的三相永磁同步电机的驱动器的拓扑结构图；
图3是背景技术所涉及的电机驱动器中的采样自举电路的电路示意图；
图4是本发明实施例提供的空调器室外风机起动控制方法的实现流程图；
图5是图4所示空调器室外风机起动控制方法所涉及的电机驱动器中智能功率模块的上下桥臂开关管的脉宽调制信号波形图；
图6是图4所示的空调器室外风机起动控制方法中的细化流程图；
图7是本发明实施例提供的空调器室外风机起动控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在现有的空调器中，室外风机的电机由驱动器进行驱动，该驱动器包括智能功率模块和自举电路，自举电路中包含有自举电容，在自举电容处于充电状态时，智能功率模块中的下桥臂开关管根据所接收到的脉宽调制信号实现相应占空比的导通，下桥臂开关管在脉宽调制信号的高电平部分导通，且在脉宽调制信号的低电平部分截止，而上桥臂开关管则一直保持截止状态。由此可知，自举电容的充电并不是持续进行的，而是根据下桥臂开关管的开关动作实现断续充电，所以自举电容的充电模式可以视为断续充电模式。
图4示出了本发明实施例提供的空调器室外风机起动控制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在步骤S1中，在对电机的驱动器中的自举电容进行充电时，对电机的初始转动状态进行实时检测。
具体的，步骤S1包括以下步骤：
当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管导通时，对自举电容进行充电；
当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管截止时，检测电机的相反电势并根据该相反电势确定电机的初始转动状态。
其中，需要说明的是，选择在下桥臂开关管截止时对电机的相反电势进行检测的原因是：上下桥臂开关管的开关动作会引入高频杂波，而高频杂波会严重影响相反电势的检测效果，所以在本发明实施例中，鉴于上桥臂开关管在自举电容充电的过程中是一直保持截止状态(控制上桥臂开关管的脉宽调制信号Su一直保持低电平，如图5所示)的，如果想要准确地检测电机的相反电势，则需要在下桥臂开关管截止(即在控制下桥臂开关管的脉宽调制信号Sd的低电平部分，如图5所示)时进行检测，进而能够根据反电势准确地确定电机的初始转动状态。依据背景技术所提及的内容，上述检测电机的反电势并根据该反电势确定电机的初始转动状态的步骤具体包括以下步骤：
对电机的相反电势进行检测；
根据相反电势获取电机的转速；
根据转速的正负性确定电机的初始转动状态。
其中，转速为正时，表明电机的初始转动状态为风动正向转动；转速为负时，表明电机的初始转动状态为风动逆向转动；转速为零，则表明电机的初始转动状态为静止。
在步骤S2中，在自举电容完成充电后，根据所检测到的初始转动状态相应地控制电机起动。
具体地，如图6所示，步骤S2中根据所检测到的初始转动状态相应地控制电机起动的步骤具体包括以下步骤：
S21.当电机的初始转动状态为风动正向转动时，根据电机转速判断电机观测器是否收敛，是，则执行步骤S25，否，则执行步骤S24；
S22.当电机的初始转动状态为静止时，对电机进行定位控制，并执行步骤S24；
S23.当电机的初始转动状态为风动反向转动时，按照恒定减速度控制电机停止转动，并执行步骤S24；
S24.以矢量控制方式控制电机加速转动；
S25.以矢量控制方式控制电机进入常规运行状态。
需要说明的是，步骤S21中根据电机转速判断电机观测器是否收敛、步骤S22中对电机进行定位控制、步骤S23中按照恒定减速度控制电机停止转动、步骤S24及步骤S25均与背景技术中所提及的相同，是属于三相永磁同步电机(适用Sensorless FOC控制策略)的常规起动模式中的常用步骤，因此不再赘述。
综上所述，对于空调器的室外风机的起动控制，是在对室外风机的电机驱动器中的自举电容进行充电的过程中，同时对电机的初始转动状态进行实时检测，并在自举电容完成充电后，根据所检测到的初始转动状态相应地控制电机起动，从而能够在自举电容完成充电后获得实时的起动初始工况，进而使电机能够顺利起动，提高电机起动的成功率。此外，由于对电机的初始转动状态进行实时检测的过程是与自举电容的充电过程同时进行的，所以从开始对电机的初始转动状态进行检测到电机起动之间所需要的时间得以缩短，进而能够达到有效地缩短整个电机起动进程所需时间的效果。
基于上述的空调器室外风机起动控制方法，本发明实施例还提供了一种空调器室外风机起动控制系统，而在现有的空调器中，室外风机的电机由驱动器进行驱动的，如图7所示，空调器室外风机起动控制系统包括：
充电与转动检测模块100，用于在对驱动器中的自举电容进行充电时，对电机的初始转动状态进行实时检测；
电机起动控制模块200，用于在自举电容完成充电后，根据转动状态检测模块100检测到的初始转动状态相应地控制所述电机起动。
进一步地，充电与转动检测模块100包括：
充电单元101，用于当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管导通时，对自举电容进行充电；
转动状态检测单元102，用于当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管截止时，检测电机的相反电势并根据该相反电势确定电机的初始转动状态。
对于转动状态检测单元102，其包括：
反电势检测子单元1021，用于对电机的相反电势进行检测；
转速获取子单元1022，用于根据相反电势获取电机的转速；
转动状态确定子单元1023，用于根据转速的正负性确定电机的初始转动状态。
进一步地，电机起动控制模块200包括：
观测器判断单元201、定位控制单元202、电机减速控制单元203、电机加速控制单元204及电机常规控制单元205；
观测器判断单元201用于当电机的初始转动状态为风动正向转动时，根据电机转速判断电机观测器是否收敛，在判断结果为是时，驱动电机常规控制单元205工作，在判断结果为否时，驱动电机加速控制单元204工作；
定位控制单元202用于当电机的初始转动状态为静止时，对电机进行定位控制，并驱动电机加速控制单元204工作；
电机减速控制单元203用于当电机的初始转动状态为风动反向转动时，按照恒定减速度控制电机停止转动，并驱动电机加速控制单元204工作；
电机加速控制单元204用于以矢量控制方式控制电机加速转动；
电机常规控制单元205用于以矢量控制方式控制电机进入常规运行状态。
由于电机减速控制单元203、电机加速控制单元204及电机常规控制单元205都是控制电机运转的，所以在实际应用中，这三者是可以合并为一个电机驱动电路以实现对电机的运转控制的。
综上所述，对于空调器的室外风机的起动控制，是由充电与转动检测模块100在对室外风机的电机驱动器中的自举电容进行充电的过程中，同时对电机的初始转动状态进行实时检测，并在自举电容完成充电后，由电机起动控制模块200根据所检测到的初始转动状态相应地控制电机起动，从而能够在自举电容完成充电后获得实时的起动初始工况，进而使电机能够顺利起动，提高电机起动的成功率。此外，由于对电机的初始转动状态进行实时检测的过程是与自举电容的充电过程同时进行的，所以从开始对电机的初始转动状态进行检测到电机起动之间所需要的时间得以缩短，进而能够达到有效地缩短整个电机起动进程所需时间的效果。
基于上述空调器室外风机起动控制系统对空调器的室外风机的电机所实现的起动控制作用，本发明实施例还提供了一种包括上述空调器室外风机起动控制系统的空调器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空调器室外风机起动控制方法，室外风机的电机由驱动器进行驱动，其特征在于，所述空调器室外风机起动控制方法包括以下步骤：
在对所述驱动器中的自举电容进行充电时，对所述电机的初始转动状态进行实时检测；
在所述自举电容完成充电后，根据所检测到的初始转动状态相应地控制所述电机起动；
所述在对所述驱动器中的自举电容进行充电时，对所述电机的初始转动状态进行实时检测的步骤包括以下步骤：
当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管导通时，对自举电容进行充电；
当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管截止时，检测电机的相反电势并根据所述相反电势确定电机的初始转动状态。
2.如权利要求1所述的空调器室外风机起动控制方法，其特征在于，所述检测电机的反电势并根据该反电势确定电机的初始转动状态的步骤包括以下步骤：
对电机的相反电势进行检测；
根据所述相反电势获取电机的转速；
根据所述转速的正负性确定电机的初始转动状态。
3.如权利要求1所述的空调器室外风机起动控制方法，其特征在于，所述根据所检测到的初始转动状态相应地控制所述电机起动的步骤包括以下步骤：
a.当电机的初始转动状态为风动正向转动时，根据电机转速判断电机观测器是否收敛，是，则执行步骤e，否，则执行步骤d；
b.当电机的初始转动状态为静止时，对电机进行定位控制，并执行步骤d；
c.当电机的初始转动状态为风动反向转动时，按照恒定减速度控制电机停止转动，并执行步骤d；
d.以矢量控制方式控制电机加速转动；
e.以矢量控制方式控制电机进入常规运行状态。
4.一种空调器室外风机起动控制系统，室外风机的电机由驱动器进行驱动，其特征在于，所述空调器室外风机起动控制系统包括：
充电与转动检测模块，用于在对所述驱动器中的自举电容进行充电时，对所述电机的初始转动状态进行实时检测；
电机起动控制模块，用于在所述自举电容完成充电后，根据所述转动状态检测模块检测到的初始转动状态相应地控制所述电机起动；
所述充电与转动检测模块包括：
充电单元，用于当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管导通时，对自举电容进行充电；
转动状态检测单元，用于当驱动器中的智能功率模块的下桥臂开关管截止时，检测电机的反电势并根据所述反电势确定电机的初始转动状态。
5.如权利要求4所述的空调器室外风机起动控制系统，其特征在于，所述转动状态检测单元包括：
反电势检测子单元，用于对电机的反电势进行检测；
转速获取子单元，用于根据所述反电势获取电机的转速；
转动状态确定子单元，用于根据所述转速的正负性确定电机的初始转动状态。
6.如权利要求4所述的空调器室外风机起动控制系统，其特征在于，所述电机起动控制模块包括：
观测器判断单元、定位控制单元、电机减速控制单元、电机加速控制单元及电机常规控制单元；
所述观测器判断单元用于当电机的初始转动状态为风动正向转动时，根据电机转速判断电机观测器是否收敛，在判断结果为是时，驱动所述电机常规控制单元工作，在判断结果为否时，驱动所述电机加速控制单元工作；
所述定位控制单元用于当电机的初始转动状态为静止时，对电机进行定位控制，并驱动所述电机加速控制单元工作；
所述电机减速控制单元用于当电机的初始转动状态为风动反向转动时，按照恒定减速度控制电机停止转动，并驱动所述电机加速控制单元工作；
所述电机加速控制单元用于以矢量控制方式控制电机加速转动；
所述电机常规控制单元用于以矢量控制方式控制电机进入常规运行状态。
7.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求4至6任一项所述的空调器室外风机起动控制系统。
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