CN104728090B - 一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统及方法，控制系统包括电流矢量控制部和恒力矩控制部，恒力矩控制部输出电流脉动降低用的电流指令，将电流脉动降低用的电流指令与电流矢量控制部的输入信号相加作为电流矢量控制部的输入，电流矢量控制部输出电压控制指令控制压缩机。本发明改进的恒力矩补偿控制方法，能够应用于压缩机的全频域，恒力矩控制部通过补偿电流至电流矢量控制部的输入端，压缩机在高频段运行过程中，电流更加稳定，每个周期的波峰值均匀分布，压缩机运行平稳，电流不容易达到功率模块的保护值以及压缩机的退磁电流，不会导致压缩机停机，并且可以降低压缩机的功耗以及产生的谐波，提高了变频压缩机的可靠性。

Description

一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统及方法
技术领域
本发明属于空调压缩机变频驱动控制技术领域，具体地说，是涉及一种空调变频压缩机在全频域的恒力矩控制方法。
背景技术
空调已经成为全球性产品，然而，空调在家用电器的耗能占比达到23%，节能技术一直是空调企业重点研究的课题。
目前直流变频压缩机高效率化方法有：
1）采用高性能磁铁增加磁通量；
2）在线圈的缠绕方法上改进，提高狭缝占有率，使用粗的铜线，增加缠绕圈数等；
3）减少电感，提高电机电压利用率；
以上提高变频压缩机效率的方式增加了材料成本，压缩机企业为节省成本，把压缩机的惯量减小，但压缩机惯量减小，导致压缩机在高频运行过程中，压缩机电流每个周期的波峰和波峰值波动差异大，在高负荷下，容易导致压缩机电流达到压缩机退磁或功率模块的电流保护值而停机。如图1所示，为高频无力矩补偿控制的马达电流波形图，可以看出压缩机电流每个周期的波峰和波峰值波动差异很大。
现有恒力矩控制方法只能够应用于低频领域，用于抑制低频振动。如图2所示，恒力矩控制部通过检测一旋转中的电机电流IM的脉动成分，通过脉动电流计算单元计算出脉动电流ΔIM，与0值的差通过电压补偿指令声场单元进行积分，计算出降低电流脉动的电压指令ΔVM*。根据电机电流IM计算出让速度变恒定的电流控制指令IM*，电流矢量控制部对(IM*-IM)进行比例积分后得到电压指令VM*，将VM*与ΔVM*作和形成的VM**作为电压控制指令控制压缩机。而恒力矩控制方法不能够应用于高频领域，原因是，控制压缩机的电压指令VM**是由VM*与ΔVM*作和形成的，而，VM*是由让速度变恒定作成电流指令IM*而变动的电压指令，而力矩控制系统是为了恒定电流而变动的电压指令ΔVM*。控制压缩机的电压指令VM**的两个要因中，其中一个是为了变动电流，另外一个是为了恒定电流，因而，两个要因互相干涉，控制系统不安定，在速度变高时就不能控制了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制方法，解决了现有空调压缩机在高频运行过程中，电流每个周期的波峰和波峰值波动差异大，在高负荷下，导致压缩机电流达到压缩机退磁或功率模块的电流保护值而停机的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统，包括电流矢量控制部和恒力矩控制部，恒力矩控制部输出电流脉动降低用的电流指令，将电流脉动降低用的电流指令与电流矢量控制部的输入信号相加作为电流矢量控制部的输入，电流矢量控制部输出电压控制指令控制压缩机。
其中，恒力矩控制部包括脉动电流计算单元和电流补偿指令生成单元，脉动电流计算单元根据电机电流计算脉动电流，将0与脉动电流的差通过电流补偿指令生成单元后形成电流脉动降低用的电流指令。
电流矢量控制部的输入信号为根据电机电流计算的使电机速度变恒定的电流控制指令。
电流矢量控制部包括比例积分器，电流矢量控制部的输入与电机电流的差通过比例积分器后输出电压控制指令。
控制系统包括电流采样部，电流采样部对压缩机母线电流进行采样，电机电流包括通过母线电流与电机参数计算得到的力矩电流和励磁电流。
基于上述空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统的设计，本发明还提出了一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制方法，对电机母线电流进行采样，并根据电机母线电流和电机参数计算电机电流；根据电机电流计算脉动电流，将0与脉动电流的差通过电流补偿指令生成单元后形成电流脉动降低用的电流指令；根据电机电流计算使电机速度变恒定的电流控制指令，电流控制指令加电流脉动降低用电流指令作为电流矢量控制部的输入，经过电流矢量控制部输出的电压控制指令控制压缩机。
优选的，电流矢量控制部的输入与采样电流的差通过比例积分器后输出电压控制指令。
其中，电机电流包括通过母线电流与电机参数计算得到的力矩电流和励磁电流。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明改进的恒力矩补偿控制方法，能够应用于压缩机的全频域，恒力矩控制部通过补偿电流至电流矢量控制部的输入端，压缩机在高频段运行过程中，电流更加稳定，每个周期的波峰值均匀分布，压缩机运行平稳，电流不容易达到功率模块的保护值以及压缩机的退磁电流，不会导致压缩机停机，并且可以降低压缩机的功耗以及产生的谐波，提高了变频压缩机的可靠性。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为压缩机高频无力矩补偿控制的电机电流波形图。
图2为现有低频恒力矩控制系统的原理框图。
图3为本发明具体实施例的原理框图。
图4为本发明具体实施例的控制流程图。
图5为本发明具体实施例高频控制电机电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
如图3所示：本实施例空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统包括：电流矢量控制部和恒力矩控制部。
恒力矩控制部包括脉动电流计算单元和电流补偿指令生成单元，脉动电流计算单元根据电机电流计算脉动电流，将0与脉动电流的差通过电流补偿指令生成单元后形成电流脉动降低用的电流指令。
其中，电机电流为电流采样部通过采样电路对压缩机母线电流进行采样，并根据母线电流与电机参数计算得到的。
电流矢量控制部包括比例积分器，将电流矢量控制部的输入与电机电流的差通过比例积分器后输出电压控制指令。
其中，电流矢量控制部的输入为电流脉动降低用的电流指令与电流矢量控制部的输入信号相加形成的，电流矢量控制部的输入信号为根据电机电流计算的使电机速度变恒定的电流控制指令。
在本实施例中，电机电流包括通过母线电流与电机参数计算得到的力矩电流Iq和励磁电流Id。分别对力矩电流Iq和励磁电流Id通过本系统进行处理后得到q轴的电压控制指令和d轴的电压控制指令，对压缩机的变频器进行控制。
本实施例还提出了一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制方法，下面对控制方法进行说明：
电机电流包括力矩电流Iq和励磁电流Id，电流采样部通过采样电路对压缩机母线电流进行采样得到母线电流Im，根据母线电流IM与电机参数计算得到力矩电流Iq和励磁电流Id。
Im = Id 2 + Iq 2
I d = - k E 2 ( L d - L q ) - ( k E 2 ( L d - L q ) ) 2 + I q 2 ,
其中，KE为压缩机发电常数,Ld为d轴电感，Lq为q轴电感。
如图3所示，针对力矩电流Iq，力矩电流Iq一方面通过恒力矩控制部形成电流脉动降低用的电流指令ΔIq*，具体为：力矩电流Iq通过脉动电流计算单元进行傅里叶级数展开，对展开的傅里叶级数进行一次谐波分量的提取，对一次谐波分量通过拉普拉斯变换，与0做差后积分，再通过傅里叶级数展开，抽出一次谐波分量，形成电流脉动降低用的电流指令ΔIq*，将ΔIq*补偿至Iq*。
另一方面，根据力矩电流Iq计算出使电机速度变恒定的电流控制指令Iq*，此部分为现有技术，本实施例不再详细说明。
将电流脉动降低用的电流指令ΔIq*与使电机速度变恒定的电流控制指令Iq*作和后作为电流矢量控制部的输入。电流矢量控制部将电流矢量控制部的输入减去力矩电流Iq后通过比例积分器进行积分得到q轴电压控制指令。
针对励磁电流Id，励磁电流Id一方面通过恒力矩控制部形成电流脉动降低用的电流指令ΔId*，具体为：励磁电流Id通过脉动电流计算单元进行傅里叶级数展开，对展开的傅里叶级数进行一次谐波分量的提取，对一次谐波分量通过拉普拉斯变换，与0做差后积分，再通过傅里叶级数展开，抽出一次谐波分量，形成电流脉动降低用的电流指令ΔId*，将ΔId*补偿至Id*。
另一方面，根据励磁电流Id计算出使电机速度变恒定的电流控制指令Id*，此部分为现有技术，本实施例不再详细说明。
将电流脉动降低用的电流指令ΔId*与使电机速度变恒定的电流控制指令Id*作和后作为电流矢量控制部的输入。电流矢量控制部将电流矢量控制部的输入减去力矩电流Id后通过比例积分器进行积分得到d轴电压控制指令。
如图5所示，通过压缩机在高频状态下检测的电机电流波形图可以看出，本实施例能够降低压缩机在高频中的电流脉动，实现压缩机电流的稳定运行。可有效地改善压缩机在高负荷下的电流稳定性，避免压缩机电流脉动大，导致压缩机电流峰值达到功率模块的保护值或防止压缩机退磁的电流保护值而停机。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统，包括电流矢量控制部和恒力矩控制部，其特征在于：所述恒力矩控制部输出电流脉动降低用的电流指令，将电流脉动降低用的电流指令与电流矢量控制部的输入信号相加作为电流矢量控制部的输入，电流矢量控制部输出电压控制指令控制压缩机；所述恒力矩控制部包括脉动电流计算单元和电流补偿指令生成单元，脉动电流计算单元根据电机电流计算脉动电流，将0与脉动电流的差通过电流补偿指令生成单元后形成电流脉动降低用的电流指令。
2.根据权利要求1所述的空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统，其特征在于：所述电流矢量控制部的输入信号为根据电机电流计算的使电机速度变恒定的电流控制指令。
3.根据权利要求1所述的空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统，其特征在于：所述电流矢量控制部包括比例积分器，电流矢量控制部的输入与电机电流的差通过比例积分器后输出电压控制指令。
4.根据权利要求1或2或3所述的空调变频压缩机全频域恒力矩控制系统，其特征在于：所述系统包括电流采样部，所述电流采样部对压缩机母线电流进行采样，所述电机电流包括通过母线电流与电机参数计算得到的力矩电流和励磁电流。
5.一种空调变频压缩机全频域恒力矩控制方法，其特征在于：所述方法为：对电机母线电流进行采样，并根据电机母线电流和电机参数计算电机电流；根据电机电流计算脉动电流，将0与脉动电流的差通过电流补偿指令生成单元后形成电流脉动降低用的电流指令；根据电机电流计算使电机速度变恒定的电流控制指令，电流控制指令加电流脉动降低用电流指令作为电流矢量控制部的输入，经过电流矢量控制部输出的电压控制指令控制压缩机。
6.根据权利要求5所述的空调变频压缩机全频域恒力矩控制方法，其特征在于：
电流矢量控制部的输入与采样电流的差通过比例积分器后输出电压控制指令。
7.根据权利要求5或6所述的空调变频压缩机全频域恒力矩控制方法，其特征在于：所述电机电流包括通过母线电流与电机参数计算得到的力矩电流和励磁电流。
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