CN104315651A - 一种单相变频空调控制方法及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变频空调器领域，更具体地，涉及一种单相变频空调控制方法及控制器。所述方法采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法，其特征在于，所述方法包括：获取压缩机目标转速，并检测单相交流电的电压值；根据单相交流电的电压值提取交流电电压相位；根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值，参与FOC磁场定向矢量控制算法，其中，确定后的q轴电流目标值与单相交流电相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与单相交流电电压同相变化。本发明能够降低变频空调器的成本，提高电路功率因素。

Description

一种单相变频空调控制方法及控制器

技术领域

本发明涉及变频空调器领域，更具体地，涉及一种单相变频空调控制方法及控制器。

背景技术

变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。变频空调的主机是自动进行无级变速的，其可以根据室内情况自动提供所需的冷(热)量；当室内温度达到期望值后，空调主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。

在现有技术中，变频控制系统一般称为变频控制器。变频器通常为“交-直-交”电路结构的变频器，其工作原理为单相交流电通过整流电路得到直流电，再将电解电容滤波稳压，最后经逆变电路输出电压、频率可调的交流电驱动变频压缩机工作。这类变频器一方面采用的电解电容容量较大，成本较高，另一方面起整流的电路采用单相不控整流电路方案，功率因数较低且3次以上谐波电流占比较高，或者采用有源功率因数校正电路方案，虽然解决了上述问题但是损耗大、干扰大且成本高。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种低成本、高功率因素的单相变频空调控制器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种单相变频空调控制方法，所述方法采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法，所述方法包括：

获取压缩机目标转速，并检测单相交流电的电压值；

根据单相交流电的电压值提取交流电电压相位；

根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值，参与FOC磁场定向矢量控制算法，其中，确定后的q轴电流目标值与单相交流电相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与单相交流电电压同相变化。

在本发明中，q轴电流目标值通过单相电压的相位与压缩机目标转速来确定，使q轴电流目标值与单相电源相关联，由此确定的q轴电流目标值参与到FOC磁场定向矢量控制算法中，由于压缩机的输出功率与q轴电流iq成正比，进而通过确定q轴电流目标值来调整压缩机驱动器的输出功率，使其输出功率与交流输入电压同相变化，这使得交流输入电压最大时输出功率达到最大，从而提高功率因素，而且可以显著降低储能电容的电容量，并可以免除了有源PFC电路，提升了控制器的变换效率。

其中，FOC磁场定向矢量控制算法是常用三相电机控制算法，基本原理描述如下：

检测电机M的相电流iu、iv，并由下式求得iw：

iw＝-iu-iv

经过a-b-c静态三坐标变换到d-q旋转坐标，变换公式如下：

克拉克变换：Iα＝iu

            Iβ＝(3)^-0.5*(iu+iv)

帕克变换：  id＝Iα*cos(θe)+Iβ*sin(θe)

            iq＝-Iα*sin(θe)+Iβ*cos(θe)

其中θe为转子位置角，由速度/位置估算单元使用公知的估算算法得到，由此得到电机驱动电流在d-q旋转坐标中d轴的电流值id、q轴的电流值iq，两个电流都是直流分量，将交流电机控制变换为直流电机控制。

其中d轴代表励磁方向，对d轴电流的改变，可以改变永磁磁场的磁链大小，进而实现弱磁控制，对q轴电流的改变，代表可以影响电机的驱动功率，对于逆变器的输出功率P表示为：

P＝iq*Uq，其中Uq为q轴上的电压，可以通过下式得到：

Uq＝Rs*id+Lq*piq+ω*Ld*id+ω*ψ

其中：Rs是电机绕组电阻，Lq是电机q轴电感，piq是电流iq的微分，ω是电机转速，Ld是电机d轴电感，ψ是电机永磁体磁链。

为方便描述和计算，上述单相电压采用正弦表达方式，不是常见的余弦表达方式，基于正弦与余弦的变换关系，并不影响结果的正确性。

为了实现对电机的控制目的，设置了d轴电流id的目标控制电流值idref、q轴电流iq的目标控制电流值iqref，直接作为目标值参与运算。

通过上述的描述可知：调整q轴电流iq，就可以实现调整逆变器的输出功率P，若实现功率P的变化随着相电压而变化。寻找一调制系数Mv，使得Mv的变化和单相电压的相位相关；在市电半个工频周期内，在电压相位90度时输出功率最大，在0度、180度相位时输出功率最小。

具体地，根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值的具体步骤为：

S1.FOC磁场定向矢量控制算法中，根据压缩机目标转速，确定q轴电流基础目标值iqref，并根据单相电压的相位生成q轴电流目标值的调制系数值Mv；

S2.利用S1中确定的q轴电流基础目标值iqref与调制系数Mv相乘，确定q轴电流目标值iqref。

Mv是基于交流电设置的，即为构建一个以单相电压的相位为自变量的函数Mv，具体是，本发明通过实时检测输入交流电源的电压值与相位，并由此估算出电源电压的相位，进而通过设定一个与电源电压相位关联的调制系数，由此系数去补偿FOC磁场定向矢量控制算法中q轴电流iq的目标值，由于压缩机的输出功率与q轴电流iq成正比，进而实现调整压缩机驱动器的输出功率，使其输出功率与交流输入电压同相变化，在提高功率因数的同时，可以显著降低储能电容的电容量，并可以免除了有源PFC电路，提升了控制器的变换效率。

进一步的，根据单相电压的相位生成q轴电流目标值的调制系数值Mv的具体步骤为：

设置调制系数函数为构建的函数，为交流电电源电压相位；

构建的函数满足以下条件：实现对逆变器输出功率调制，使输出功率随着相位而变化，在市电半个工频周期内，在电压相位90度时输出功率最大，在0度、180度相位时输出功率最小。

进一步的，函数a+b＝1、a≥0、b≥0、N为自然数，为交流电电源电压相位。

进一步的，还包含弱磁控制，其方法是：

根据直流侧电压瞬时值Vp的大小设定i_dref，当实际压缩机驱动电流i_d满足下式时开始调整其控制目标值i_dref值：

(L_q×i_q)²+(L_d×i_d+ψ)²＝(Vp－k)²/(3×ω²)，其中k为大于零且小于Vp的常数，Ld为压缩机的d轴电感、Lq为q轴电感、ω为压缩机转速，ψ为压缩机转子磁链，i_d为压缩机的d轴电流，i_q为压缩机的q轴电流；

且i_dref值的调整使iq、id、Vp、ω值满足以下条件：

(L_q×i_q)²+(L_d×i_d+ψ)²≤(Vp－k)²/(3×ω²)；

从而进行并实现实时弱磁控制。

进一步的，所述方法还检测主回路电流值对Mv进行修正。

进一步的，检测主回路电流值对Mv进行修正的具体步骤为：

产生修正系数值M：设主回路实际工作电流I的额定值为I₀，预设电流值I₁、I₂，其中I₀﹥I₁﹥I₂﹥0；

修正Mv值，其中q轴电流目标值修正前的调制系数值为Mv1：

当I﹥I₀时：      Mv＝(1+m/100)×Mv1，m为大于1的自然数，

当I₁≥I﹥I₂时：  Mv＝1，

当I₂≥I时：      Mv＝1-(1-n/100)×Mv1，n为大于1的自然数。

一种单相变频空调控制器，包括主控MCU、整流桥堆、三相逆变电路、LC无源滤波电路、与主控MCU连接的交流实时电压检测单元，外部压缩机的相电流检测信号输入主控MCU，主控MCU连接有主回路电流检测电路，主控MCU通过逆变驱动电路驱动三相逆变电路工作，主控MCU采用上述所述的控制方法进行控制，单相交流电源与整流桥堆连接，LC无源滤波电路连接在整流桥堆与单相逆变电路中，或者交流电源与LC无源滤波电路连接，LC无源滤波电路与三相逆变电路连接，且整流桥堆连接在LC无源滤波电路中；

LC无源滤波电路中电容量的总和小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，电感量低于15mH。

本发明的主回路电流检测电路、压缩机相电流iU/iV检测信号分别与主控MCU相连，主控MC通过逆变驱动电路驱动逆变电路工作，此工作方式为FOC磁场定性矢量控制算法对应的电路连接方式，但不同在于：本发明基于电流型控制的需要，电容与电感均采用较小的值，LC无源滤波环节电容量的总和小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，同时没有有源PFC功率因数校正环节。针对电流型控制方案，由于电解电容是储能元件，不利于电流型控制，故电容量的数值越小越好，但电容量过小，变频逆变器的负载端对电网的干扰越大，电容量值需要进行折中，在本发明中将LC无源滤波电路中电容量的总和设置为小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，既利于电流型的控制，又能够最大化减少变频逆变器的负载端对电网的干扰，而且电容量的减少还能够减少电路的成本。其次，电感量越大电流型控制效果越好，但成本会增大且电感上的工频压降越大，影响有效输出电压，电感量值同样需要进行设计折中，本发明将LC无源滤波电路中的电感量设置为低于15mH，达到折中要求。

进一步的，LC无源滤波电路中串联有一个阻尼电阻。为了提高整个滤波部分与逆变部分的稳定性，在LC无源滤波环节串联一个阻尼电阻，用于减低直至消除由电感与电容构成的电路之间的电压振荡幅度，即降低单相逆变电路供电电源的电压波动，通过阻尼的方式可以显著改善滤波电路的振荡特性，显著降低振荡幅度，同时结合后级逆变驱动控制算法的配合，可以进一步减低甚至消除电压振荡幅度。

进一步的，所述阻尼电阻的阻值大于0.08欧姆。

进一步的，所述LC无源滤波电路采用π型LC滤波电路。采用π型LC滤波电路的滤波效果更好。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)本发明的方法通过对单相交流电源的电压进行实时检测，并实时根据检测到的电压数据获取单相电压的相位，以单相电压的相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值，参与至FOC磁场定向矢量控制算法中，通过调整q轴电流目标值调整压缩机的输出功率，使输出功率随电压相位变化。在此过程中由于FOC磁场定向矢量控制算法中的q轴电流指令值与电源电压相位关联，进而调整压缩机驱动器的输出功率，使其输出功率与交流输入电压同相变化，进而提高控制装置的功率因素，同时整个控制装置中可以免设置PFC电路，可有效提高功率因数，降低谐波电流含量。

(2)在传统技术中，电感量、电容量较低时功率因素也较低，而在本发明的控制方法中，由于q轴电流指令值可以调节进而可以提高功率因素，此时可以适当降低LC无源滤波电路中的电容量和电感量，使功率因素和电容量、电感量之间达到一个相对平衡的值，从而能够在保证高功率因素的同时降低产品的成本。

(3)本发明的控制器中，主回路电流检测电路、压缩机相电流iU/iV检测信号分别与主控MCU相连，主控MC通过逆变驱动电路驱动逆变电路工作，此工作方式为FOC磁场定性矢量控制算法对应的电路连接方式，但不同在于：本发明基于电流型控制的需要，电容与电感均采用较小的值，LC无源滤波环节电容量的总和小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，同时没有有源PFC功率因数校正环节。针对电流型控制方案，由于电解电容是储能元件，不利于电流型控制，故电容量的数值越小越好，但电容量过小，变频逆变器的负载端对电网的干扰越大，电容量值需要进行折中，在本发明中将LC无源滤波电路中电容量的总和设置为小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，既利于电流型的控制，又能够最大化减少变频逆变器的负载端对电网的干扰，而且电容量的减少还能够减少电路的成本。其次，电感量越大电流型控制效果越好，但成本会增大且电感上的工频压降越大，影响有效输出电压，电感量值同样需要进行设计折中，本发明将LC无源滤波电路中的电感量设置为低于15mH，达到折中要求。

(4)本发明的控制器在LC无源滤波电路中串联一个阻尼电阻，减低直至消除由电感与电容构成的电路之间的电压振荡幅度。

(3)本发明的控制器中，LC无源滤波电路可以采用π型LC滤波电路，π型LC滤波电路的滤波效果更好，可以提高整个电路的控制质量。

附图说明

图1为一种单相变频空调控制器原理示意图。

图2为一种带阻尼的单相变频空调控制器原理示意图。

图3为一种变形的带阻尼单相变频空调控制器原理示意图。

图4为一种单相变频空调控制器中信号走向原理图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为一种单相变频空调控制器和压缩机连接方式的架构图。参见图1，一种单相变频空调控制器其包括主控MCU6、整流桥堆2、三相逆变电路6、LC无源滤波电路、与主控MCU6连接的交流电压检测单元1，压缩机相电流检测信号iu/iv输入主控MCU6，主控MCU6连接有电流检测电路3，主控MCU6通过逆变驱动电路5驱动三相逆变电路6工作，主控MCU6中采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法，LC无源滤波电路通常起滤波作用，兼起部分储能作用，适当缓冲电源突变对于后级逆变部分的冲击。

以上述的控制器为例，本发明的一种单相变频空调控制方法通过一种补偿方法调节变频控制器的输出功率，使其输出功率跟随输入电源的相位进行同步调整，达到提高功率因数的目的。方法具体如下：

S101.获取压缩机目标转速，并检测单相交流电的电压值；

S102.根据单相交流电的电压值提取交流电电压相位；

S103.根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值，参与FOC磁场定向矢量控制算法，其中，确定后的q轴电流目标值与单相交流电相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与单相交流电电压同相变化。

其中，压缩机目标转速在实际应用中可以是设定为恒定值也可以为变化值，当其为恒定值时，q轴电流目标值进行确定可以直接应用压缩机目标转速，而每次确定时无需重新获取压缩机目标转速。

其中，可以在控制器中引入交流电源检测单元1，如图1所示，交流电源检测单元1的输入端连接交流电源，其输出端连接主控MCU6，利用交流电压检测单元1可以检测到交流电源电压，然后根据交流电源电压即可提取交流电电源电压相位

其中，FOC磁场定向矢量控制算法是常用三相电机控制算法，如图4所示，基本原理描述如下：

检测电机M的相电流iu、iv，并由下式求得iw：

iw＝-iu-iv

经过a-b-c静态三坐标变换到d-q旋转坐标，变换公式如下：

克拉克变换：Iα＝iu

            Iβ＝(3)^-0.5*(iu+iv)

帕克变换：  id＝Iα*cos(θe)+Iβ*sin(θe)

            iq＝-Iα*sin(θe)+Iβ*cos(θe)

其中θe为转子位置角，根据检测到的压缩机相电流iu、iv、iw，及压缩机的参数d轴电感Ld、q轴电感Lq、反电势常数以及d轴电压、q轴电压等已知参数，由速度/位置估算单元使用公知的估算算法得到。

由此得到电机驱动电流在d-q旋转坐标中d轴的电流值d、q轴的电流值q，两个电流都是直流分量，将交流电机控制变换为直流电机控制。

其中d轴代表励磁方向，对d轴电流的改变，可以改变永磁磁场的磁链大小，进而实现弱磁控制，对q轴电流的改变，代表可以影响电机的驱动功率，对于逆变电路4的输出功率P表示为：

P＝iq*Uq，其中Uq为q轴上的电压，可以通过下式得到：

Uq＝Rs*id+Lq*piq+ω*Ld*id+ω*ψ

其中：Rs是电机绕组电阻，Lq是电机q轴电感，

piq是电流iq的微分，ω是电机转速，是转子位置角θe的微分值，Ld是电机d轴电感，ψ是电机永磁体磁链。

在具体实施过程中，S103中对q轴电流目标值的确定可以具体采用如下方式：S1031.FOC磁场定向矢量控制算法中，根据压缩机目标转速，确定q轴电流基础目标值iqref，并根据单相电压的相位生成q轴电流目标值的调制系数值Mv；

S1032.利用S1031中确定的q轴电流基础目标值iqref与调制系数Mv相乘，确定q轴电流目标值iqref。

Mv是基于交流电设置的，即为构建一个以单相电压的相位为自变量的函数Mv，具体是，本发明通过实时检测输入交流电源的电压值与相位，并由此估算出电源电压的相位，进而通过设定一个与电源电压相位关联的调制系数，由此系数去补偿FOC磁场定向矢量控制算法中q轴电流iq的目标值，由于压缩机的输出功率与q轴电流iq成正比，进而实现调整压缩机驱动器的输出功率，使其输出功率与交流输入电压同相变化，在提高功率因数的同时，可以显著降低储能电容的电容量，并可以免除了有源PFC电路，提升了控制器的变换效率。

FOC磁场定向矢量控制算法是一个磁场定向的空间矢量算法的统称，基于该算法下有数十种变换算法应用。一种具体应用算法为：设置d轴电流id的目标控制电流值idref、q轴电流iq的目标控制电流值iqref，直接作为目标值参与运算，步骤如下：

1)令idref＝0，iqref根据估算出的速度值ωe值与压缩机转速目标值ωref值之间的差值经过PI环节确定。

2)将iqref与经过克拉克变换、帕克变换得到的压缩机的q轴电流值iq相减，并经过一个PI环节，得到新的iqref值；将idref与经过克拉克变换、帕克变换得到的压缩机的d轴电流值id相减，并经过一个PI环节，得到新的idref值；

3)将新的iqref、idref带入电压方程：计算d轴与q轴电压控制目标值Ud、Uq：

Ud＝Rs*id+Ld*pid-ωe*Lq*iq

Uq＝Rs*id+Lq*piq+ωe*Ld*id+ωe*ψ

其中：Rs是电机绕组电阻，Ld、Lq是电机d轴、q轴电感，pid、piq是电流id、iq的微分，ωe是电机转速，是转子位置角θe的微分值，ψ是电机永磁体磁链。

4)将d轴与q轴的控制电压目标值Ud值、Uq值、转子位置角θe带入下式，计算出压缩机驱动三相电压的目标值；

$\hat{U}u+\hat{U}v+\hat{U}w=0$

其中代表压缩机U、V、W三相的电压矢量

根据空间矢量技术根据上述电压矢量值得到单相电压的PWM占空比。

为方便描述和计算，上述三相电压采用正弦表达方式，不是常见的余弦表达方式，基于正弦与余弦的变换关系，并不影响结果的正确性。

基于前述具体应用算法的实例，参见图4，下面详细介绍S1031和S1032步骤：

(1)令FOC磁场定向矢量控制算法中的d轴电流目标值idref＝0，q轴电流目标值iqref利用估算出的速度值ωe值与压缩机转速目标值ωref值之间的差值经过PI环节确定；

(2)将(1)中确定的iqref与Mv相乘作为新的q轴电流目标值iqref，将新的q轴电流目标值iqref与经过克拉克变换、帕克变换得到的压缩机的q轴电流值Iq相减，并经过一个PI环节，得到新的iqref值；将idref与经过克拉克变换、帕克变换得到的压缩机的d轴电流值Id相减，并经过一个PI环节，得到新的idref值；

(3)将(2)中新的iqref、idref代入电压方程，计算d轴与q轴电压控制目标值Ud、Uq：

Ud＝Rs*id+Ld*pid-ωe*Lq*iq

Uq＝Rs*id+Lq*piq+ωe*Ld*id+ωe*ψ

其中：Rs是电机绕组电阻，Ld、Lq是电机d轴、q轴电感，pid、piq是电流id、iq的微分，ωe是电机转速，ψ是电机永磁体磁链；

(4)将d轴与q轴的控制电压目标值Ud值、Uq值、转子位置角θe代入下式，计算出压缩机驱动三相电压的目标值；

$\hat{U}u+\hat{U}v+\hat{U}w=0$

其中代表压缩机U、V、W三相的电压矢量；

利用空间矢量技术根据上述电压矢量值得到单电压的PWM占空比。

在具体实施过程中，调制系数值Mv的生成具体可以采用如下方式：

设置调制系数函数为构建的函数，为交流电电源电压相位；

构建的函数满足以下条件：实现对逆变器输出功率调制，使输出功率随着相位而变化，在市电半个工频周期内，在电压相位90度时输出功率最大，在0度、180度相位时输出功率最小。

在实际应用中，函数优先采用如下公式：

函数a+b＝1、a≥0、b≥0、N为自然数，为交流电电源电压相位。

基于上述方案，本发明中通过使用q轴电流的调制系数Mv来调整q轴电流iq的目标值，并且与电源相位关联，使得输出功率随相位变化：在市电半个工频周期内，在电压相位90度时输出功率最大，在0度、180度相位时输出功率最小，从而提高了功率因素，适当降低LC无源滤波电路中的电容量和电感量，使功率因素和电容量、电感量之间达到一个相对合理的值，从而能够在保证提高功率因素的同时降低产品的成本。

其次，本具体实施例中还包含弱磁控制，其方法是：

根据直流侧电压瞬时值Vp的大小设定i_dref，当实际压缩机驱动电流i_d满足下式时开始调整其控制目标值i_dref值：

(L_q×i_q)²+(L_d×i_d+ψ)²＝(Vp－k)²/(3×ω²)，其中k为大于零且小于Vp的常数，Ld为压缩机的d轴电感、Lq为q轴电感、ω为压缩机转速，ψ为压缩机转子磁链，i_d为压缩机的d轴电流，i_q为压缩机的q轴电流；k值的采用，是为了避免因Vp值的检测误差，使得控制器应该进入弱磁控制而没有进入弱磁控制的情况发生，k值是一个预留偏差电压值；

且i_dref值的调整使iq、id、Vp、ω值满足以下条件：

(L_q×i_q)²+(L_d×i_d+ψ)²≤(Vp－k)²/(3×ω²)；

从而进行并实现实时弱磁控制。

其中，直流侧电压瞬时值Vp可以通过一直流电压检测单元4来获取，具体如图1所示，直流电压检测单元4的输入端与LC无源滤波电路连接，其输出端连接主控MCU6，通过直流电压检测单元4可以检测到直流侧电压瞬时值Vp。

在具体实施过程中，为了提升控制器在不同输出功率段的补偿效果，所述方法还检测主回路电流值对Mv进行修正。

具体的修正方式如下：

产生修正系数值M：设主回路实际工作电流I的额定值为I₀，预设电流值I₁、I₂，其中I₀﹥I₁﹥I₂﹥0；

修正Mv值，其中q轴电流目标值修正前的调制系数值为Mv1：

当I﹥I₀时：      Mv＝(1+m/100)×Mv1，m为大于1的自然数，

当I₁≥I﹥I₂时：  Mv＝1，

当I₂≥I时：      Mv＝1-(1-n/100)×Mv1，n为大于1的自然数。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供一种单相变频空调控制器。参见图1，本具体实施例一种单相变频空调控制器中包括主控MCU6、整流桥堆2、三相逆变电路6、LC无源滤波电路、与主控MCU6连接的交流电压检测单元1，外部压缩机的相电流检测信号iu/iv输入主控MCU6，主控MCU6连接有电流检测电路3，主控MCU6通过逆变驱动电路5驱动三相逆变电路6工作，单相交流电源与整流桥堆2连接，LC无源滤波电路连接在整流桥堆2与三相逆变电路6中，LC无源滤波电路中电容量的总和小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，电感量低于15mH。

其中电流检测电路3与主控MCU6相连，压缩机相电流iu/iv检测信号输入主控MCU6中，主控MCU6通过逆变驱动电路5驱动三相逆变电路6工作，此工作方式是一种与典型的传统FOC磁场定性矢量控制算法对应的电路连接方式。但不同在于：本发明基于电流型控制的需要，电容与电感均采用较小的值，LC无源滤波环节电容量的总和小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，同时没有有源PFC功率因数校正环节。针对电流型控制方案，由于电解电容是储能元件，不利于电流型控制，故电容量的数值越小越好，但电容量过小，变频逆变器的负载端对电网的干扰越大，电容量值需要进行折中，在本发明中将LC无源滤波电路中电容量的总和设置为小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，既利于电流型的控制，又能够最大化减少变频逆变器的负载端对电网的干扰，而且电容量的减少还能够减少电路的成本。其次，电感量越大电流型控制效果越好，但成本会增大且电感上的工频压降越大，影响有效输出电压，电感量值同样需要进行设计折中，本发明将LC无源滤波电路中的电感量设置为低于15mH，达到折中要求。

为了提高整个滤波部分与逆变部分的稳定性，LC无源滤波电路中串联有一个阻尼电阻。如图2所示，在LC无源滤波环节串联一个阻尼电阻R1，用于减低直至消除由电感与电容构成的电路之间的电压振荡幅度，即降低单相逆变电路供电电源的电压波动，通过阻尼的方式可以显著改善滤波电路的振荡特性，显著降低振荡幅度，同时结合后级逆变驱动控制算法的配合，可以进一步减低甚至消除电压振荡幅度。

进一步的，所述阻尼电阻的阻值大于0.08欧姆。

进一步的，所述LC无源滤波电路采用π型LC滤波电路。采用π型LC滤波电路的滤波效果更好。

实施例3

与实施例2不同的是，本实施例将整流桥堆串接在LC无源滤波环节中间，即交流电源与LC无源滤波电路连接，LC无源滤波电路与三相逆变电路连接，且整流桥堆连接在LC无源滤波电路中。根据串联电路的工作原理，串联电路中的各串联单元可以调换串联连接顺序，不会影响串联支路的整体等效电路功能，因此整流桥堆2可以串接在LC无源滤波环节中间。

例如，在实施例2的基础上改变整流桥堆的连接方式如图3所示，整流桥堆2串接在LC无源滤波环节中间，即置于电容C1和电感L1之后，电容C2和阻尼电阻R1之前。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单相变频空调控制方法，所述方法采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法，其特征在于，所述方法包括：

获取压缩机目标转速，并检测单相交流电的电压值；

根据单相交流电的电压值提取交流电电压相位；

根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值，参与FOC磁场定向矢量控制算法，其中，确定后的q轴电流目标值与单相交流电相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与单相交流电电压同相变化。

2.根据权利要求1所述的单相变频空调控制方法，其特征在于，根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值的具体步骤为：

S1.FOC磁场定向矢量控制算法中，根据压缩机目标转速，确定q轴电流基础目标值iqref，并根据单相电压的相位生成q轴电流目标值的调制系数值Mv；

S2.利用S1中确定的q轴电流基础目标值iqref与调制系数Mv相乘，确定q轴电流目标值iqref。

3.根据权利要求2所述的单相变频空调控制方法，其特征在于，根据单相电压的相位生成q轴电流目标值的调制系数值Mv的具体步骤为：

设置调制系数函数为构建的函数，为交流电电源电压相位；

构建的函数满足以下条件：实现对逆变器输出功率调制，使输出功率随着相位而变化，在市电半个工频周期内，在电压相位90度时输出功率最大，在0度、180度相位时输出功率最小。

4.根据权利要求3所述的单相变频空调控制方法，其特征在于，函数 a+b＝1、a≥0、b≥0、N为自然数，为交流电电源电压相位。

5.根据权利要求1所述的单相变频空调控制方法，其特征在于，还包含弱磁控制，其方法是：

根据直流侧电压瞬时值Vp的大小设定i_dref，当实际压缩机驱动电流i_d满足下式时开始调整其控制目标值i_dref值：

(L_q×i_q)²+(L_d×i_d+ψ)²＝(Vp－k)²/(3×ω²)，其中k为大于零且小于Vp的常数，Ld为压缩机的d轴电感、Lq为q轴电感、ω为压缩机转速，ψ为压缩机转子磁链，i_d为压缩机的d轴电流，i_q为压缩机的q轴电流；

且i_dref值的调整使iq、id、Vp、ω值满足以下条件：

(L_q×i_q)²+(L_d×i_d+ψ)²≤(Vp－k)²/(3×ω²)；

从而进行并实现实时弱磁控制。

6.根据权利要求2所述的单相变频空调控制方法，其特征在于，所述方法还检测主回路电流值对Mv进行修正。

7.根据权利要求6所述的单相变频空调控制方法，其特征在于，检测主回路电流值对Mv进行修正的具体步骤为：

产生修正系数值M：设主回路实际工作电流I的额定值为I0，预设电流值I₁、I₂，其中I₀﹥I₁﹥I₂﹥0；

修正Mv值，其中q轴电流目标值修正前的调制系数值为Mv1：

当I﹥I₀时：Mv＝(1+m/100)×Mv1，m为大于1的自然数，

当I₁≥I﹥I₂时：Mv＝1，

当I₂≥I时：Mv＝1-(1-n/100)×Mv1，n为大于1的自然数。

8.一种单相变频空调控制器，包括主控MCU、整流桥堆、三相逆变电路、LC无源滤波电路、与主控MCU连接的交流实时电压检测单元，外部压缩机的相电流检测信号输入主控MCU，主控MCU连接有主回路电流检测电路，主控MCU通过逆变驱动电路驱动三相逆变电路工作，其特征在于，主控MCU采用权利要求1-7任一项所述的控制方法进行控制，单相交流电源与整流桥堆连接，LC无源滤波电路连接在整流桥堆与单相逆变电路中，或者交流电源与LC无源滤波电路连接，LC无源滤波电路与三相逆变电路连接，且整流桥堆连接在LC无源滤波电路中；

LC无源滤波电路中电容量的总和小于0.5μF/W与最高允许输出功率的积，电感量低于15mH。

9.根据权利要求8所述的单相变频空调控制器，其特征在于，LC无源滤波电路中串联有一个阻尼电阻。

10.根据权利要求2所述的单相变频空调控制器，其特征在于，所述阻尼电阻的阻值大于0.08欧姆。