CN104320032B - 一种交‑交变频空调控制方法及控制器 - Google Patents

一种交‑交变频空调控制方法及控制器 Download PDF

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CN104320032B CN201410520887.7A CN201410520887A CN104320032B CN 104320032 B CN104320032 B CN 104320032B CN 201410520887 A CN201410520887 A CN 201410520887A CN 104320032 B CN104320032 B CN 104320032B
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Abstract

本发明涉及变频空调器领域，更具体地，涉及一种交‑交变频空调控制方法及控制器。所述方法包括：获取压缩机目标转速，并检测三相交流电的三相电压值；根据三相电压值提取三相电压的相位、相序；根据三相电压的相位、相序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轴电流目标值与三相电源相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与三相交流电压同相变化。本发明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。

Description

一种交-交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，涉及一种交-交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，其工作原理为三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三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、高功率因素的交-交变频空调控制控制方法。
本发明还提供一种低成本、高功率因素的交-交变频空调控制器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种交-交变频空调控制方法，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，并检测三相交流电的三相电压值；
根据三相电压值提取三相电压的相位、相序；
根据三相电压的相位、相序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轴电流目标值与三相电源的相位相关，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与三相交流电压同相变化。
在本发明中，q轴电流目标值通过三相电压的相位、相序与压缩机目标转速来确定，使q轴电流目标值与三相电源相关联，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，该相为三相电源电流正向导通的相，三相整流时每两相电压之间是轮流导通的，其中三相正向导通也是轮流进行的。同理，也可以全部取为负向导通。寻找一补偿系数Mv，使得Mv的变化和三相电压的相位相关；当U1与U3相之间整流导通时，实现在90度相位附近进行补偿(60-120度相位)，提高在90度相位附近的电流值；根据正弦波的对称性，作为负向控制，实现在180相位附近进行补偿(150-210度)，提高在180度相位附近的电流值。同理，可得到U1与U2之间、U2与U3之间的电流补偿。
具体地，根据三相电压的相位、相序与压缩机目标转速确定q轴电流目标值的步骤具体为：
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，并根据三相电压的相位、相序，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，即为构建一个以三相电压的相位、相序与压缩机目标转速压幅值为自变量的函数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补偿系数，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。
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，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。
进一步的，Mv的调整过程为：
根据三相电源相位、相序信息，其中相位记为，三相电源电压的相序依次为
以相位为基准，将一个电源周期分为6个区间，分别是：[0，π/3)、[π/3，2π/3)、[2π/3，π)、[π，4π/3)、[4π/3，5π/3)、[5π/3，2π)；
在[0，π/3)区间，
在[π/3，2π/3)区间，
在[2π/3，π)区间，
在[π，4π/3)区间，
在[4π/3，5π/3)区间，
在[5π/3，2π)区间，
上式中的n为自然数或自然数的倒数。
进一步的，还包括获取电压幅值，还根据三相电压的电压幅值、相位、相序与压缩机目标转速确定q轴电流目标值。
进一步的，当出现三相电压幅值不平衡时，即U1、U2、U3其中的任意两个或三个数值不相等时，Mv的产生方法如下：
U1、U2、U3的相序记为以相位为基准，将一个电源周期分为6个区间，相位区间边界依次记为0、6个区间依次为 由下式确定：
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
上式中的n为自然数或自然数的倒数。
进一步的，对q轴电流进行补偿控制，其控制的方法是：
根据直流侧电压瞬时值Vp的大小设定idref，当实际压缩机驱动电流id满足下式时开始调整其控制目标值idref值：
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2＝(Vp－k)2/(3×ω2) (1)
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为压缩机的q轴电感，iq为压缩机的q轴电流，id为压缩机的d轴电流，ω为压缩机转速，ψ为压缩机转子磁链；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idref值的调整使得iq、id、Vp、ω值满足以下条件：
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2≤(Vp－k)2/(3×ω2) (2)
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，利用主回路电流值对Mv进行修正的具体方式为：
设修正系数M＝(1-n(I0-I)/I0/100)，其中n为自然数，I0为主回路的额定电流，I为实时运行电流，将调制系数值Mv与修正系数值M相乘得到修正后的调制系数值Mv；
或者，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，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。
一种交-交变频空调控制器，其包括三相整流桥堆、三相逆变电路、主控单元、连接在三相整流桥堆和三相逆变电路之间的LC无源滤波电路、连接在主控单元和三相逆变电路之间的逆变驱动电路，外部压缩机的相电流检测信号输入主控单元，主控单元产生六路PWM信号输出到逆变驱动电路，逆变驱动电路驱动三相逆变电路工作，主控单元中采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法主控单元，主控单元采用上述所述的控制方法进行控制，所述控制器还包括用于检测三相交流电电压的电压检测电路，电压检测电路的输出端连接主控单元，电压检测电路检测到的三相电压值输入主控单元中，LC无源滤波电路中电容量的总和小于0.15μF/W与最高允许输出功率的积，电感量低于15mH。
在本发明的交-交变频空调控制器中，由于主控单元中采用了本发明的交-交变频空调控制方法进行控制，实现逆变器输出功率P的变化随着相电压而变化，在提高功率因数的同时，可以显著降低储能电容的电容量。而且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，即降低三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或者等于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三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三相电压的相位、相序，以三相电压的相位、相序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和控制器中，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。
附图说明
图1为本发明一种交-交变频空调控制器具体实施例的电路原理框图。
图2为本发明一种交-交变频空调控制方法具体实施例的控制原理框图。
图3为三相电压及整流电流波形图。
图4为利用本发明一种交-交变频空调控制方法实施Mv调制后的电流波形示意图。
图5为本发明一种交-交变频空调控制器中带阻尼电阻的实施例原理框图.
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，为一种交-交变频空调控制器和压缩机连接方式的架构图，其中参见图1，一种交-交变频空调控制器其包括三相整流桥堆3、三相逆变电路4、主控单元6、连接在三相整流桥堆3和三相逆变电路4之间的LC无源滤波电路、连接在主控单元6和三相逆变电路4之间的逆变驱动电路5，外部压缩机的相电流检测信号输入主控单元6，主控单元6产生六路PWM信号输出到逆变驱动电路5，逆变驱动电路5驱动三相逆变电路4工作，主控单元6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，本发明的一种交-交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：
一种交-交变频空调控制方法具体实施例的具体步骤包括：
S101.获取压缩机目标转速，并检测三相交流电的三相电压值；其中，该三相电压值可以在图1所示的控制器中设置一电压检测电路1，利用该电压检测电路1来检测三相电压值。
S102.根据三相电压值提取三相电压的相位和相序；
S103.根据三相电压的相位、相序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轴电流目标值与三相电源相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与三相交流电压同相变化。
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，FOC磁场定向矢量控制算法是常用三相电机控制算法，如图2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，并根据三相电压的相位、相序，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，即为构建一个以三相电压的相位、相序与压缩机目标转速压幅值为自变量的函数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补偿系数，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；
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U、V、W三相电压的PWM占空比。
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，该相为三相电源电流正向导通的相，分析图3可以知道，三相整流时每两相电压之间是轮流导通的，其中三相正向导通也是轮流进行的。同理，也可以全部取为负向导通。寻找一补偿系数Mv，使得Mv的变化和三相电压的相位相关；当U1与U3相之间整流导通时，实现在90度相位附近进行补偿(60-120度相位)，提高在90度相位附近的电流值；根据正弦波的对称性，作为负向控制，实现在180相位附近进行补偿(150-210度)，提高在180度相位附近的电流值。同理，可得到U1与U2之间、U2与U3之间的电流补偿，实施Mv调制后的电流波形如图4所示。
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2，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；
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U、V、W三相电压的PWM占空比。
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90度相位时输出功率最大，在0度相位是输出功率最小，且随着相位的增加输出功率逐渐增大，在180度相位时输出功率与0度相位时的输出功率相等，且从90度相位开始，随着相位的增加输出功率逐渐减小，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。
在空调领域，最常见的电机就是压缩机，故下面的描述结合压缩机进行。
通过补偿系数Mv的调整，实现提高功率因数，具体如下：
根据三相电源相位、相序信息，其中三相电源电压幅值记为U1、U2、U3，相位记为三相电源电压的相序依次为三相电源电压
以相位为基准，将一个电源周期分为6个区间，分别是：[0，π/3)、[π/3，2π/3)、[2π/3，π)、[π，4π/3)、[4π/3，5π/3)、[5π/3，2π)；
在[0，π/3)区间，
在[π/3，2π/3)区间，
在[2π/3，π)区间，
在[π，4π/3)区间，
在[4π/3，5π/3)区间，
在[5π/3，2π)区间，
上式中的n为自然数或自然数的倒数。
具体实施过程中，本发明的方法中还包括获取电压幅值，还根据三相电压的电压幅值、相位、相序与压缩机目标转速确定q轴电流目标值。
具体地，当出现三相电压幅值不平衡时，即U1、U2、U3其中的任意两个或三个数值不相等时，Mv的产生方法如下：
U1、U2、U3的相序记为以相位为基准，将一个电源周期分为6个区间，相位区间边界依次记为0、6个区间依次为 由下式确定：
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
上式中的n为自然数或自然数的倒数。
其中Mv的值通过前述方式获得，使得Mv与三相电源的相位相关。对比附图4可知，在每个相位区间的中间相位上实现的补偿最大。
Mv与q轴目标值相乘作为新的q轴目标值，参与传统FOC矢量算法。
其次，对q轴电流进行补偿控制，其控制的方法是：
根据直流侧电压瞬时值Vp的大小设定idref，当实际压缩机驱动电流id满足下式时开始调整其控制目标值idref值：
(Lq×Iq)2+(Ld×id+ψ)2＝(Vp－k)2/(3×ω2) (1)
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为压缩机的q轴电感，iq为压缩机的q轴电流，id为压缩机的d轴电流，ω为压缩机转速，ψ为压缩机转子磁链；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idref值的调整使得iq、id、Vp、ω值满足以下条件：
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2≤(Vp－k)2/(3×ω2) (2)
其中，直流侧电压瞬时值Vp可以通过一直流电压检测单元7来获取，具体如图1所示，直流电压检测单元7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7可以检测到直流侧电压瞬时值Vp。
在具体实施过程中，为了提升变频控制器在不同输出功率段的补偿效果，利用主回路电流值参与对调制系数Mv进行二次修正，具体的修正方式有两种，具体如下：
第一种，设修正系数M＝(1-n(I0-I)/I0/100)，其中n为自然数，I0为主回路的额定电流，I为实时运行电流，将调制系数值Mv与修正系数值M相乘得到修正后的调制系数值Mv；
第二种，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，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。
为了得到更好的补偿效果，主回路电流值参与修正Mv调制系数，根据实际需要还可以对电流I进行更多类似的分档修正，分成3档、4档、……、N档，N为大于等于3的自然数。
其中，如图1所示，可以在控制器的电路架构下设置电流检测电路2，电流检测电路2的输入端与LC无源滤波电路连接，其输出端与主控单元6连接，利用电流检测电路2检测到的主回路电流值修正调制系数值Mv。
上述方案表明，随着逆变器输出的功率增大，输入的相电流Is会对应变大，从而实现对于输入电流的波形补偿，提高功率因数，减低谐波电流
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还提供一种交-交变频空调控制器，具体如图1所示，其包括三相整流桥堆3、三相逆变电路4、主控单元6、连接在三相整流桥堆3和三相逆变电路4之间的LC无源滤波电路、连接在主控单元6和三相逆变电路4之间的逆变驱动电路5，主控单元6还连接有压缩机相电流检测信号iu/iv，主控单元6产生六路PWM信号并通过逆变驱动电路5驱动三相逆变电路4工作，三相逆变电路4中采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法，主控单元6采用实施例1所述的控制方法进行控制，所述控制器还包括用于检测三相交流电电压的电压检测电路1，电压检测电路1的输出端连接主控单元6，电压检测电路1检测到的三相电压值输入主控单元6中，LC无源滤波电路中电容量的总和小于0.15μF/W与最高允许输出功率的积，电感量低于15mH。
在本发明的交-交变频空调控制器中，由于主控单元6中采用了本发明的交-交变频空调控制方法进行控制，在提高功率因数的同时，可以显著降低储能电容的电容量。而且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5所示。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，即降低三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。一种优选的实施方式中，所述阻尼电阻的阻值大于或者等于0.08欧姆。
在具体实施过程中，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较好。
实施例3
与实施例2不同，三相整流桥堆3串接在LC无源滤波环节中间，置于电容C1和电感L1之后，电容C2和阻尼电阻R1之前。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，三相整流桥堆2可以串接在LC无源滤波环节中间。
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 (9)

1.一种交-交变频空调控制方法，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，并检测三相交流电的三相电压值和三相电压幅值；
根据三相电压值提取三相电压的相位、相序；
根据三相电压的电压幅值、相位、相序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轴电流目标值与三相电源相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与三相交流电压同相变化。
2.根据权利要求1所述的交-交变频空调控制方法，其特征在于，根据三相电压的电压幅值、相位、相序与压缩机目标转速确定q轴电流目标值的步骤具体为：
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，并根据三相电压的相位、相序，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所述的交-交变频空调控制方法，其特征在于，Mv的调整过程为：
根据三相电压相位、相序信息，其中相位记为三相电压的相序依次为
以相位为基准，将一个电源周期分为6个区间，分别是：[0，π/3)、[π/3，2π/3)、[2π/3，π)、[π，4π/3)、[4π/3，5π/3)、[5π/3，2π)；
在[0，π/3)区间，
在[π/3，2π/3)区间，
在[2π/3，π)区间，
在[π，4π/3)区间，
在[4π/3，5π/3)区间，
在[5π/3，2π)区间，
上式中的n为自然数或自然数的倒数。
4.根据权利要求书2所述的交-交变频空调控制方法，其特征在于：当出现三相电压幅值不平衡时，即U1、U2、U3其中的任意两个或三个数值不相等时，Mv的产生方法如下：
U1、U2、U3的相序记为以相位为基准，将一个电源周期分为6个区间，相位区间边界依次记为0、6个区间依次为 由下式确定：
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
在区间，
上式中的n为自然数或自然数的倒数。
5.根据权利要求书1所述的交-交变频空调控制方法，对q轴电流进行补偿控制，其控制的方法是：
根据直流侧电压瞬时值Vp的大小设定idref，当实际压缩机驱动电流id满足下式时开始调整其控制目标值idref值：
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2＝(Vp－k)2/(3×ω2) (1)
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为压缩机的q轴电感，iq为压缩机的q轴电流，id为压缩机的d轴电流，ω为压缩机转速，ψ为压缩机转子磁链；
且idref值的调整使得iq、id、Vp、ω值满足以下条件：
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2≤(Vp－k)2/(3×ω2) (2)
从而进行并实现实时弱磁控制。
6.根据权利要求2所述的交-交变频空调控制方法，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所述的交-交变频空调控制方法，其特征在于，利用主回路电流值对Mv进行修正的具体方式为：
设修正系数M＝1-n(I0-I)/(I0/100)，其中n为自然数，I0为主回路的额定电流，I为实时运行电流，将调制系数值Mv与修正系数值M相乘得到修正后的调制系数值Mv；
或者，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，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。
8.一种交-交变频空调控制器，其包括三相整流桥堆、三相逆变电路、主控单元、连接在三相整流桥堆和三相逆变电路之间的LC无源滤波电路、连接在主控单元和三相逆变电路之间的逆变驱动电路，外部压缩机的相电流检测信号输入主控单元，主控单元产生六路PWM信号输出到逆变驱动电路，逆变驱动电路驱动三相逆变电路工作，主控单元中采用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，主控单元采用权利要求1-7任一项所述的控制方法进行控制，所述控制器还包括用于检测三相交流电电压的电压检测电路，电压检测电路的输出端连接主控单元，电压检测电路检测到的三相电压值输入主控单元中，LC无源滤波电路中电容量的总和小于0.15μF/W与最高允许输出功率的积，电感量低于15mH；LC无源滤波电路中串联有一个阻尼电阻。
9.根据权利要求8所述的交-交变频空调控制器，其特征在于，所述阻尼电阻的阻值大于或者等于0.08欧姆。
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