CN104534631A - 一种变频空调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种变频空调控制方法,所述方法应用于变频空调控制器中,所述方法包括:对压缩机中的q轴电流进行补偿控制,补偿方式为:根据主回路母线电压Vp更新q轴电流指令值参与传统FOC矢量算法,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值。本发明通过补偿控制方式来控制变频空调控制器的输出功率,减轻储能电容的储能作用,可以有效减小对储能电容的需求,提高控制器的功率密度,缩小控制器的体积,降低电解电容的容量,进而降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及变频空调器领域,更具体地,涉及一种变频空调控制方法。
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。变频控制器通常为“交-直-交”电路结构的变频器,其工作原理为交流电通过整流电路得到直流电,再经电解电容滤波稳压,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。这类变频控制器一方面采用的电解电容容量较大,成本较高,同时由于需要较大的电解电容容量使得控制器的体积偏大。
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),提供一种低成本的变频空调控制方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种变频空调控制方法,所述方法应用于变频空调控制器中,所述控制器包括主控MCU、整流与PFC单元电路、三相逆变电路、与主控MCU连接的交流电压检测单元和主回路母线电压检测电路,主控MCU连接有压缩机相电流iU/iV检测信号,主控MCU通过逆变驱动电路驱动三相逆变电路工作以及通过PFC驱动电路驱动PFC单元工作,在整流与PFC单元电路和三相逆变电路之间连接有储能电容C;所述方法包括:
对压缩机中的q轴电流进行补偿控制,补偿方式为:根据主回路母线电压Vp更新q轴电流指令值并参与传统FOC矢量算法,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值。
在本发明中,主回路母线电压检测电路检测主回路母线电压Vp,然后根据 Vp对q轴电流的指令值进行更新,从而完成对q轴电流的补偿,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值,使Vp与q轴电流指令值相匹配,实现在半个工频周期内的电压较高时刻输出较高的电功率,电压较低时刻输出较低的电功率,从而显著降低对储能电容容量的需求,提高控制器的功率密度,缩小控制器的体积,进而降低成本。
进一步的方案中,所述补偿方式具体为:根据主回路母线电压Vp生成一个调制系数Mv,Mv与q轴电流指令值相乘作为新的q轴电流指令值参与传统FOC矢量算法。
根据主回路母线电压Vp生成一个调制系数Mv的具体方式为:
构造以Vp/V_p为自变量的函数f(Vp/V_p),令:调制系数Mv=f(Vp/V_p),V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值;可以构造的函数f(Vp/V_p)可以有多种形式。
其中实用价值较大的两种类型分列如下:
当进行较弱的补偿控制时,调制系数Mv=(Vp/V_p)1/N,其中,N=2或3,V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值;
当需要进行较强的补偿控制时,调制系数Mv=(Vp/V_p)N,其中,N=1或2,V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值。
本发明通过检测主回路母线直流电压Vp值,得到母线电压的瞬时电压值Vp,在一个周期T时间内对Vp进行平均,得到其平均值V_p,其中T是当前采用周期前的连续的T时间段,通过Vp/V_p的比值,可以得到母线直流电压的波动比,以这个电压波动比作为补偿参数,对iq电流进行补偿,在d_q旋转坐标系中,q轴电流用于做功,因此此种补偿可以在电压波动比高时,控制器输出较大的功率,波动比较小时,输出的功率变小。
进一步的方案中,所述方法还包括对压缩机进行弱磁控制,具体为:
根据主回路母线电压Vp设定idref,当iq、id满足下式时开始调整idref值,否则idref值按照非补偿方式进行控制:
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2=(Vp-k)2/(3×ω2)
其中k为大于零且小于Vp的常数;
且idref值调整时iq、id必须满足以下条件:
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2≤(Vp-k)2/(3×ω2)
其中,Ld为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,id为压缩机的d轴电流,iq为压缩机的q轴电流,idref为压缩机的d轴电流指令值。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。
本发明通过弱磁控制可以避免在母线直流电压的谷底时出现电压饱和。
进一步的方案中,主回路母线电流io也参与q轴电流的补偿控制,具体为获取主回路母线电流io,将调制系数Mv进一步变换为Mv′,其中调制系数Mv′=(Mv-1)×(iorms/I)+1,其中I为常数,iorms是主回路母线电流io的有效值。本发明进行补偿控制时在控制器低频率运行时,输出的功率较小,此时电解电容的储能效果相对较好,因此此时可以适当减低补偿量,改善在低频运行时的压缩机噪音问题,因此通过对Mv值的变换可以降低补偿量,改善在低频运行时的压缩机噪音问题。
进一步的方案中,储能电容C的电容量小于0.5μF/W与变频空调控制器最高允许输出功率的积。通过采用q轴电流进行补偿控制,同时采用较小的储能电容,一方面可以显著减低控制器的有效体积,降低控制器的成本,提升控制器的功率密度,更重要的是可以和补偿控制相配合,使得在储能电容容量降低的情况下,储能电容上的母线纹波电压并没有明显上升,降低母线纹波电压的上升幅度。
进一步的方案中,整流与PFC单元电路的PFC单元电路中的电感支路串联有一个阻尼电阻。由于PFC电路中存在电感,同时压缩机又是具有感性特征的负载,与储能电容结合后会形成不稳定的振荡电路结构,通过设置阻尼电路,可以有效降低震荡幅度,提供控制器的稳定性。
进一步的方案中,阻尼电阻的阻值大于或等于0.1欧姆。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
在本发明中,主回路母线电压检测电路检测主回路母线电压Vp,然后根据Vp对q轴电流的指令值进行更新,从而完成对q轴电流的补偿,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值,使Vp与q轴电流指令值相匹配,实现在半个工频周期内的电压较高时刻输出较高的电功率,电压较低时刻输出较低的电功率,从而显著降低对储能电容容量的需求,提高控制器的功率密度,缩小控制器的体积,进而降低成本。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明的算法控制原理框图。
图3为具有交错式PFC的电路原理框图。
1、整流与PFC单元电路;2、交流电压监测单元;3、主回路母线电流检测电路;4、主回路母线电压检测电路;5、逆变驱动电路;6、三相逆变电路;7、PFC驱动电路;8、主控MCU。
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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“”、“”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此,限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介间接连接,可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
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
一种变频空调控制方法,所述方法应用于变频空调控制器中,额定输入电压220Vac、50Hz,额定母线工作电流8A,如图1所示,所述控制器包括主控MCU8、整流与PFC单元电路1、三相逆变电路6、与主控MCU8连接的交流电压检测单元2和主回路母线直流电压检测电路4,主控MCU8连接有压缩机相电流iU/iV检 测信号,主控MCU通过逆变驱动电路5驱动三相逆变电路工作以及通过PFC驱动电路7驱动PFC单元工作,在整流与PFC单元电路1和三相逆变电路6之间连接有储能电容C2;所述方法包括:
对压缩机中的q轴电流进行补偿控制,补偿方式为:根据主回路母线电压Vp更新q轴电流指令值并参与传统FOC矢量算法,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值。。
本发明算法的控制原理如图2所示,在本发明中,主回路母线电压检测电路检测主回路母线电压Vp,然后根据Vp对q轴电流的指令值进行更新,从而完成对q轴电流的补偿,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值,使Vp与q轴电流指令值相匹配,实现在半个工频周期内的电压较高时刻输出较高的电功率,电压较低时刻输出较低的电功率,从而显著降低对储能电容容量的需求,提高控制器的功率密度,缩小控制器的体积,进而降低成本。
在具体实施过程中,所述补偿方式具体为:根据主回路母线电压Vp生成一个调制系数Mv,Mv与q轴电流指令值相乘作为新的q轴电流指令值参与传统FOC矢量算法。
根据主回路母线电压Vp生成一个调制系数Mv的具体方式为:
构造以Vp/V_p为自变量的函数f(Vp/V_p),令:调制系数Mv=f(Vp/V_p),V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值;可以构造的函数f(Vp/V_p)可以有多种形式。
其中实用价值较大的两种类型分列如下:
当进行较弱的补偿控制时,调制系数Mv=(Vp/V_p)1/N,其中,N=2或3,V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值;
当需要进行较强的补偿控制时,调制系数Mv=(Vp/V_p)N,其中,N=1或2,V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值。
本实施例进行较强的补偿控制,取N=1,即Mv=Vp/V_p,对主回路母线直流电压Vp的采样间隔为1mS,0.2秒钟内包含200个采样周期,包含200个Vp采样值,对最近的200个Vp采样值求平均,得到V_p值。
本发明通过检测主回路母线直流电压Vp值,得到母线电压的瞬时电压值Vp,在一个周期T时间内对Vp进行平均,得到其平均值V_p,其中T是当前采用周期前的连续的T时间段,通过Vp/V_p的比值,可以得到母线直流电压的波动比, 以这个电压波动比作为补偿参数,对iq电流进行补偿,在d_q旋转坐标系中,q轴电流用于做功,因此此种补偿可以在电压波动比高时,控制器输出较大的功率,波动比较小时,输出的功率变小。
在具体实施过程中,所述方法还包括对压缩机进行弱磁控制,具体为:
根据主回路母线电压Vp调整idref,当iq、id满足下式时开始调整idref值,否则idref值按照非补偿方式进行控制:
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2=(Vp-k)2/(3×ω2)
其中k是一个预留偏差电压值,为大于零且小于Vp最小值的常数,本实施例取k=10;
且idref值调整时iq、id必须满足以下条件:
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2≤(Vp-k)2/(3×ω2)
其中,Ld为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,id为压缩机的d轴电流,iq为压缩机的q轴电流,idref为压缩机的d轴电流指令值。本实施例优选的取预留偏差电压值k=10,由于k值的引入,在计算时Vp值的转化为Vp-k,避免了因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。
本发明通过弱磁控制可以避免在母线直流电压的谷底时出现电压饱和。
在具体实施过程中,本实施例储能电容C2的电容量在满足小于0.5μF/W与变频空调控制器最高允许输出功率的积的情况下,取尽可能小的值,考虑到常规电容的电容量,本实施例优选的取C2的值为470μF,并且并联一个3μF的薄膜电容,该电容值比目前通用技术使用的电解电容的电容值要小得多。通过采用q轴电流进行补偿控制,同时采用较小的储能电容,一方面可以显著减低控制器的有效体积,降低控制器的成本,提升控制器的功率密度,更重要的是可以和补偿控制相配合,使得在储能电容容量降低的情况下,储能电容上的母线纹波电压并没有明显上升,降低母线纹波电压的上升幅度。
优选的,在具体实施过程中,整流与PFC单元电路1的PFC单元电路中的电感支路串联有一个阻尼电阻R1。由于PFC电路中存在电感,同时压缩机又是具有感性特征的负载,与储能电容结合后会形成不稳定的振荡电路结构,通过设置阻尼电路,可以有效降低震荡幅度,提供控制器的稳定性。
在具体实施过程中,阻尼电阻R1的阻值大于或等于0.1欧姆,本实施例为 了方便生产,将该阻值一并集成到电抗器L1中,取R1的阻值为0.2Ω。
本发明通过补偿控制方式来控制变频空调控制器的输出功率,减轻储能电容的储能作用,可以有效减小对储能电容的需求,提高控制器的功率密度,缩小控制器的体积,降低电解电容的容量,进而降低成本。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进行改进,如图2所示,主控MCU8通过主回路母线电流检测电路3检测主回路母线电流,主回路母线电流io也参与q轴电流的补偿控制,具体为将调制系数Mv进一步变换为Mv′,其中调制系数Mv′=(Mv-1)×(iorms/I)+1,其中I为常数,本实施例中取I为主回路母线额定工作电流有效值,即I=8,所以Mv′=(Mv-1)×(iorms/8)+1,iorms是主回路母线电流io的有效值。
本实施例进行补偿控制时在控制器低频率运行时,输出的功率较小,此时电解电容的储能效果相对较好,因此此时可以适当减低补偿量,此时主回路母线电流io的有效值小于主回路母线额定工作电流有效值,iorms/8<1,q轴电流的补偿降低,使q轴电流与较低的运行频率相匹配,能够有效改善在低频运行时的压缩机噪音问题,因此通过对Mv值的变换可以降低补偿量,改善在低频运行时的压缩机噪音问题。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上进行改进,如图3所示,为了提高PFC的调整性能,使用了双路PFC,两路PFC的驱动信号相差180度相位,电路参数完全相同,电感L1与L2的直流电阻Rs≥0.5Ω。
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)
1.一种变频空调控制方法,所述方法应用于变频空调控制器中,所述控制器包括主控MCU、整流与PFC单元电路、三相逆变电路、与主控MCU连接的交流电压检测单元和主回路母线电压检测电路,主控MCU连接有压缩机相电流iU/iV检测信号,主控MCU通过逆变驱动电路驱动三相逆变电路工作以及通过PFC驱动电路驱动PFC单元工作,在整流与PFC单元电路和三相逆变电路之间连接有储能电容C;其特征在于,所述方法包括:
对压缩机中的q轴电流进行补偿控制,补偿方式为:根据主回路母线电压Vp更新q轴电流指令值参与传统FOC矢量算法,Vp上升时调高q轴电流指令值,Vp下降时调低q轴电流指令值。
2.根据权利要求书1所述的变频空调控制方法,其特征在于,所述补偿方式具体为:根据主回路母线电压Vp生成一个调制系数Mv,Mv与q轴电流指令值相乘作为新的q轴电流指令值并参与传统FOC矢量算法。
3.根据权利要求书2所述的变频空调控制方法,其特征在于,根据主回路母线电压Vp生成一个调制系数Mv的具体方式为:
构造以Vp/V_p为自变量的函数f(Vp/V_p),令:调制系数Mv=f(Vp/V_p),V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值。
4.根据权利要求书3所述的变频空调控制方法,其特征在于:当采用弱补偿时,调制系数Mv=(Vp/V_p)1/N,其中,N=2或3,V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值;
当采用强补偿时,调制系数Mv=(Vp/V_p)N,其中,N=1或2,V_p为主回路母线电压Vp在一个长周期T时间内的平均值。
5.根据权利要求书1-4任一项所述的变频空调控制方法,其特征在于,所述方法还包括对压缩机进行弱磁控制,具体为:
根据主回路母线电压Vp设定idref,当iq、id满足下式时开始调整idref值,否则idref值按照非补偿方式进行控制:
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2=(Vp-k)2/(3×ω2)
其中k为大于零且小于Vp的常数;
且idref值调整时iq、id必须满足以下条件:
(Lq×iq)2+(Ld×id+ψ)2≤(Vp-k)2/(3×ω2)
其中,Ld为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,id为压缩机的d轴电流,iq为压缩机的q轴电流,idref为压缩机的d轴电流指令值。
6.根据权利要求书1-4任一项所述的变频空调控制器,其特征在于,所述方法还包括:获取主回路母线电流io,利用主回路母线电流io参与q轴电流的补偿控制,具体为将调制系数Mv进一步变换为Mv′,其中调制系数Mv′=(Mv-1)×(iorms/I)+1,其中I为常数,iorms是主回路母线电流io的有效值。
7.根据权利要求1所述的变频空调控制方法,其特征在于,储能电容C的电容量小于0.5μF/W与变频空调控制器最高允许输出功率的积。
8.根据权利要求书1所述的变频空调控制方法,其特征在于,整流与PFC单元电路的PFC单元电路中的电感支路串联有一个阻尼电阻。
9.根据权利要求书8所述的变频空调控制方法,其特征在于,阻尼电阻的阻值大于或等于0.1欧姆。
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