CN104836462B - 空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法和具有其的检测装置，所述检测方法包括以下步骤：S1，每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值；S2，对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号；S3，根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号；S4，对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值，并对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值。该检测方法能够精确获取输入交流电的频率与相位。

Description

空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法、装置

技术领域

本发明涉及空调系统技术领域，特别涉及一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法以及一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置。

背景技术

通常，在很多由市电供电的电机控制系统中，如家用空调系统等，来自电网的单相交流电经过不可控全桥整流电路和PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路后输出直流电，以给大容量电解电容和负载如空调系统内部开关电源和压缩机等提供电能。典型地，Boost型PFC电路不仅可以达到较高的功率因数，而且可以升压并输出稳定的直流电压，从而给负载提供稳定的直流电源。

Boost型PFC电路包括电感、二极管和功率开关管，该电路只具有升压功能，其输入电压(经整流电路整流后输入到PFC电路的电压)为波动的直流低压，输出电压为稳定的直流高压。当采用单周期PFC算法时，只需检测输入电流和输出直流母线电压即可实现功率因数校正和升压输出。

根据输入电压和输入电流，可将系统运行过程分为四种状态：(1)系统上电，电解电容充电；(2)电解电容充电完成后，负载处于待机，无功率输出；(3)负载启动，有功率输出，PFC电路未开启；(4)负载开启，有功率输出，PFC电路已开启。

当输入直流电压侧有耦合电容时，状态(4)有正弦电压和基波为正弦的电流，为了能够快速并准确地获取电网电压的异常情况，如停电、频率波动等，此时需要精确获取输入电压的频率和相位，相关技术中，可以根据输入电流波形来检测输入电压频率和相位，但是检测精度受电流采样频率和输入电流波形对称性的影响，满足不了实际要求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能够精确获取输入交流电的频率与相位的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法。

本发明的另一个目的在于提出一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法，所述输入交流电经过整流电路整流后输入到PFC电路，所述检测方法包括以下步骤：S1，每个检测周期检测所述PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值；S2，对所述输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号；S3，根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号；以及S4，对所述误差信号进行比例积分控制以获得所述输入交流电的频率估计值，并对所述频率估计值进行积分以获得当前检测周期的所述输入交流电的相位估计值。

根据本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法，在每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值，并对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号，根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号，并对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值，并对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值，从而使得空调系统能够在PFC电路开启后，根据输入电压或输入电流信号精确地获取输入交流电的频率与相位，从而快速并准确地检测出输入交流电如电网电压的异常状况，如停电、频率波动等。

根据本发明的一个实施例，在步骤S1中，所述输入信号为正弦波形的电压信号或正弦波形的电流信号。

根据本发明的一个实施例，步骤S3具体包括：对所述上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值；通过低通滤波器对所述第一正弦值与所述校正信号的乘积进行低通滤波处理以获得所述误差信号。

其中，所述低通滤波器的截止频率大于所述检测周期对应的频率与所述输入交流电的实际频率之差，且远小于所述实际频率。

优选地，在步骤S4中，进行比例积分控制的初始频率与所述输入交流电的实际频率之差小于所述实际频率的五分之一。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置，所述输入交流电经过整流电路整流后输入到PFC电路，所述检测装置包括：检测模块，所述检测模块用于在每个检测周期检测所述PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值；预校正模块，所述预校正模块对所述输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号；误差信号计算模块，所述误差信号计算模块根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号；比例积分模块，所述比例积分模块对所述误差信号进行比例积分控制以获得所述输入交流电的频率估计值；以及相位积分模块，所述相位积分模块对所述频率估计值进行积分以获得当前检测周期的所述输入交流电的相位估计值。

根据本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置，检测模块在每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值，预校正模块对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号，误差信号计算模块根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号，比例积分模块对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值，相位积分模块对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值，从而使得空调系统能够在PFC电路开启后，根据输入电压或输入电流信号精确地获取输入交流电的频率与相位，从而快速并准确地检测出输入交流电如电网电压的异常状况，如停电、频率波动等。

根据本发明的一个实施例，所述输入信号为正弦波形的电压信号或正弦波形的电流信号。

根据本发明的一个实施例，所述误差信号计算模块包括：三角运算单元，所述三角运算单元用于对所述上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值；误差提取单元，所述误差提取单元通过低通滤波器对所述第一正弦值与所述校正信号的乘积进行低通滤波处理以获得所述误差信号。

其中，所述低通滤波器的截止频率大于所述检测周期对应的频率与所述输入交流电的实际频率之差，且远小于所述实际频率。

优选地，所述比例积分模块的初始频率与所述输入交流电的实际频率之差小于所述实际频率的五分之一。

附图说明

图1为根据本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的带功率因数校正的单相交流输入系统的电路拓扑结构；

图3为根据本发明一个实施例的输入交流电的频率与相位的检测示意图；

图4为根据本发明一个实施例的空调系统的输入电压与相位估计值的波形图；以及

图5为根据本发明一个实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法以及空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置。

图1为根据本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法的流程图，其中，输入交流电经过整流电路整流后输入到PFC电路。如图1所示，该空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法包括以下步骤：

S1，每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值。

根据本发明的一个实施例，在该步骤中，输入信号为正弦波形的电压信号或正弦波形的电流信号。

具体地，由于PFC电路开启后，输入电压和输入电流的波形为正弦波，因此，能够保证输入信号为正弦波形，即输入信号为正弦波形的电压信号或者正弦波形的电流信号。

如图2所示，可以通过电阻分压方法检测PFC电路的输入电压，通过电阻采样方法检测PFC电路的输入电流，并根据检测的输入电压或者输入电流获取输入信号的瞬时幅值Vin。

S2，对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号。

S3，根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号。

根据本发明的一个实施例，该步骤具体包括：对上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值；通过低通滤波器对第一正弦值与校正信号的乘积进行低通滤波处理以获得误差信号。

其中，低通滤波器的截止频率大于检测周期对应的频率与输入交流电的实际频率之差，且远小于实际频率。

S4，对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值，并对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值。

根据本发明的一个实施例，在该步骤中，进行比例积分控制的初始频率与输入交流电的实际频率之差小于实际频率的五分之一。

具体地，如图3所示，在成功获取输入信号的瞬时幅值Vin后，首先预校正模块对输入信号的瞬时幅值Vin作平方运算，得到校正信号Vin2，同时，三角运算单元对上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值Sin2Theta。

然后，误差提取单元通过低通滤波器对第一正弦值Sin2Theta与校正信号Vin2的乘积进行低通滤波处理，得到直流分量即为误差信号Error，其中，低通滤波器的截止频率必须高于上一周期获得的频率估计值与输入交流电的实际频率之差，并且，该截止频率远小于输入交流电的实际频率。

比例积分模块对误差信号Error进行比例积分控制，得到输入交流电的频率估计值Omega_est，其中，比例积分模块进行比例积分控制的初始频率必须接近输入交流电的实际频率，并且初始频率与实际频率之差远小于实际频率，例如，初始频率与实际频率之差远小于实际频率的五分之一。

最后，相位积分模块对输入交流电的频率估计值Omega_est进行积分，得到相位估计值Theta_est。

下面通过实验来验证本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法所具有的效果。

在该实验中，输入交流电的实际频率为45Hz，比例积分模块的初始频率设置为50Hz,低通滤波器的截止频率为8Hz。通过实验获得的空调系统的输入电压的波形与相位估计值的波形如图4所示，其中，曲线1为输入电压的波形，曲线2为相位估计值的波形，曲线3为空调系统中压缩机的电机的相电流。

从图4可以看出，在PFC电路开启后，输入电压的波形为正弦波，相位估计值与输入电压的频率完全相同，同时，相位估计值完全跟随输入电压的相位，从而实现了输入交流电的频率与相位的精确检测，进而能够快速并准确地检测到输入交流电如电网电压是否存在异常，如停电、频率波动等，满足实际要求。

综上所述，根据本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法，在每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值，并对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号，根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号，并对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值，并对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值，从而使得空调系统能够在PFC电路开启后，根据输入电压或输入电流信号精确地获取输入交流电的频率与相位，从而快速并准确地检测出输入交流电如电网电压的异常状况，如停电、频率波动等。

图5为根据本发明一个实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置的方框示意图，其中，输入交流电经过整流电路整流后输入到功率因素校正PFC电路。如图5所示，该空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置包括检测模块10、预校正模块20、误差信号计算模块30、比例积分模块40和相位积分模块50。

其中，检测模块10用于在每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值。预校正模块20对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号。误差信号计算模块30根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号。比例积分模块40对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值。相位积分模块50对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值。

根据本发明的一个实施例，输入信号为正弦波形的电压信号或正弦波形的电流信号。

具体地，由于PFC电路开启后，输入电压和输入电流的波形为正弦波，因此，能够保证输入信号为正弦波形，即输入信号为正弦波形的电压信号或者正弦波形的电流信号。

如图2所示，检测模块10可以通过电阻分压方法检测PFC电路的输入电压，也可以通过电阻采样方法检测PFC电路的输入电流，并根据检测的输入电压或者输入电流获取输入信号的瞬时幅值Vin。

根据本发明的一个实施例，误差信号计算模块30包括三角运算单元31和误差提取单元32，其中，三角运算单元31用于对上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值，误差提取单元32通过低通滤波器对第一正弦值与校正信号的乘积进行低通滤波处理以获得误差信号。

其中，低通滤波器的截止频率大于检测周期对应的频率与输入交流电的实际频率之差，且远小于实际频率。

优选地，比例积分模块的初始频率与输入交流电的实际频率之差小于实际频率的五分之一。

具体地，如图5所示，在检测模块10成功获取输入信号的瞬时幅值Vin后，预校正模块20首先对输入信号的瞬时幅值Vin作平方运算，得到校正信号Vin2，同时，三角运算单元31对上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值Sin2Theta。

然后，误差提取单元32通过低通滤波器对三角运算单元31获得的第一正弦值Sin2Theta与预校正模块20获得的校正信号Vin2的乘积进行低通滤波处理，得到直流分量即为误差信号Error，其中，低通滤波器的截止频率必须高于上一周期获得的频率估计值与输入交流电的实际频率之差，并且，该截止频率远小于输入交流电的实际频率。

比例积分模块40对误差信号Error进行比例积分控制，得到输入交流电的频率估计值Omega_est，其中，比例积分模块40进行比例积分控制的初始频率必须接近输入交流电的实际频率，并且初始频率与实际频率之差远小于实际频率，例如，初始频率与实际频率之差远小于实际频率的五分之一。

最后，相位积分模块50对输入交流电的频率估计值Omega_est进行积分，得到相位估计值Theta_est。

下面通过实验来验证本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置所具有的效果。

在该实验中，输入交流电的实际频率为45Hz，比例积分模块40的初始频率设置为50Hz,低通滤波器的截止频率为8Hz。通过实验获得的空调系统的输入电压的波形与相位估计值的波形如图4所示，其中，曲线1为输入电压的波形，曲线2为相位估计值的波形，曲线3为空调系统中压缩机的电机的相电流。

从图4可以看出，在PFC电路开启后，输入电压的波形为正弦波，相位估计值与输入电压的频率完全相同，同时，相位估计值完全跟随输入电压的相位，从而实现了输入交流电的频率与相位的精确检测，进而能够快速并准确地检测到输入交流电如电网电压是否存在异常，如停电、频率波动等，满足实际要求。

根据本发明实施例的空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置，检测模块在每个检测周期检测PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值，预校正模块对输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号，误差信号计算模块根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号，比例积分模块对误差信号进行比例积分控制以获得输入交流电的频率估计值，相位积分模块对频率估计值进行积分以获得当前检测周期的输入交流电的相位估计值，从而使得空调系统能够在PFC电路开启后，根据输入电压或输入电流信号精确地获取输入交流电的频率与相位，从而快速并准确地检测出输入交流电如电网电压的异常状况，如停电、频率波动等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测方法，其特征在于，所述输入交流电经过整流电路整流后输入到功率因素校正PFC电路，所述检测方法包括以下步骤：

S1，每个检测周期检测所述PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值；

S2，对所述输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号；

S3，根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号，其中，步骤S3具体包括：对所述上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值；通过低通滤波器对所述第一正弦值与所述校正信号的乘积进行低通滤波处理以获得所述误差信号；以及

S4，对所述误差信号进行比例积分控制以获得所述输入交流电的频率估计值，并对所述频率估计值进行积分以获得当前检测周期的所述输入交流电的相位估计值。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在步骤S1中，所述输入信号为正弦波形的电压信号或正弦波形的电流信号。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述低通滤波器的截止频率大于所述检测周期对应的频率与所述输入交流电的实际频率之差，且远小于所述实际频率。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在步骤S4中，进行比例积分控制的初始频率与所述输入交流电的实际频率之差小于所述实际频率的五分之一。

5.一种空调系统的输入交流电的频率与相位的检测装置，其特征在于，所述输入交流电经过整流电路整流后输入到功率因素校正PFC电路，所述检测装置包括：

检测模块，所述检测模块用于在每个检测周期检测所述PFC电路的输入电流或输入电压以获取输入信号的瞬时幅值；

预校正模块，所述预校正模块对所述输入信号的瞬时幅值进行平方运算以获得校正信号；

误差信号计算模块，所述误差信号计算模块根据当前检测周期获得的校正信号和上一检测周期获得的相位估计值获取误差信号，所述误差信号计算模块包括：三角运算单元，所述三角运算单元用于对所述上一检测周期获得的相位估计值的两倍进行正弦运算以获得第一正弦值；误差提取单元，所述误差提取单元通过低通滤波器对所述第一正弦值与所述校正信号的乘积进行低通滤波处理以获得所述误差信号；

比例积分模块，所述比例积分模块对所述误差信号进行比例积分控制以获得所述输入交流电的频率估计值；以及

相位积分模块，所述相位积分模块对所述频率估计值进行积分以获得当前检测周期的所述输入交流电的相位估计值。

6.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述输入信号为正弦波形的电压信号或正弦波形的电流信号。

7.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述低通滤波器的截止频率大于所述检测周期对应的频率与所述输入交流电的实际频率之差，且远小于所述实际频率。

8.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述比例积分模块的初始频率与所述输入交流电的实际频率之差小于所述实际频率的五分之一。