CN106712655B - 永磁同步电机的控制装置和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的控制装置和空调器，其中，控制装置包括：交直流转换模块、PFC升压模块、直流链部和直交流转换模块，直交流转换模块的输出端与永磁同步电机相连；用于采集永磁同步电机的相电流的电流采样模块；紧贴直交流转换模块设置的温度检测模块，用于检测直交流转换模块与温度检测模块接触位置的温度；分别与温度检测模块、电流采样模块、直流链部和直交流转换模块相连的控制器，用于根据温度和相电流控制直交流转换模块，以通过直交流转换模块控制永磁同步电机。该控制装置能够保证调速可靠性，且直交流转换模块的输出能力利用率高。

Description

永磁同步电机的控制装置和空调器

技术领域

本发明涉及变频控制领域，具体涉及一种永磁同步电机的控制装置和一种空调器。

背景技术

随着消费者对机电产品节能性要求的提升，效率更高的永磁同步电机得到了越来越广泛的应用。

常规无源PFC(Power Factor Correction)方案变频控制器和常规有源PFC方案变频控制器均通过直交流转换模块实现直流-三相交流逆变变换。直交流转换模块作为变频控制器的核心部件，其输出能力受自身结温限制，如图1所示，当直交流转换模块结温低于80摄氏度时，直交流转换模块允许输出电流峰值为20安培，当直交流转换模块结温大于80摄氏度小于140摄氏度时，直交流转换模块允许输出电流峰值线性减小，当直交流转换模块结温为140摄氏度时直交流转换模块允许输出的电流峰值为12安培。

变频控制器在使用过程中，直交流转换模块时实时变化的，温度也是实时变化的，如何实现输出能力自动智能控制是变频控制器核心技术之一。而目前的变频控制器大都是根据经验和实际测试情况，确定变频控制器的输出能力，其为了保证可靠性通常会降额使用，而没有充分利用直交流转换模块的输出能力。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种永磁同步电机的控制装置。该装置能够保证调速的可靠性，且能够充分利用直交流转换模块的输出能力。

本发明的第二个目的在于提出一种空调器。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种永磁同步电机的控制装置，包括：交直流转换模块、PFC升压模块、直流链部和直交流转换模块，其中，所述交直流转换模块的输入端与交流电源相连，所述交直流转换模块的输出端通过所述PFC升压模块与所述直流链部的电容器并联连接，并输出直流电压，所述直交流转换模块的输入端输入所述直流电压，所述直交流转换模块的输出端与永磁同步电机相连；电流采样模块，用于采集所述永磁同步电机的相电流；温度检测模块，所述温度检测模块紧贴所述直交流转换模块设置，并贴于所述直交流转换模块所在的电路板上，所述温度检测模块用于检测所述直交流转换模块与所述温度检测模块接触位置的温度；控制器，所述控制器分别与所述温度检测模块、所述电流采样模块、所述直流链部和所述直交流转换模块相连，所述控制器用于根据所述温度计算所述直交流转换模块允许输出的最大电流，并根据所述最大电流和所述相电流控制所述直交流转换模块，以通过所述直交流转换模块控制所述永磁同步电机。

本发明实施例的永磁同步电机的控制装置，通过温度检测模块检测直交流转换模块边上的温度，通过电流采集模块采集永磁同步电机的相电流，并通过控制器根据直交流转换模块边上的温度获取直交流转换模块允许的输出的最大电流，进而根据永磁同步电机的相电流、直交流转换模块允许的输出的最大电流控制直交流转换模块，以实现对永磁同步电机的控制，从而不仅能够保证调速的可靠性，而且提高了对直交流转换模块输出能力的利用率。

另外，根据本发明上述实施例的永磁同步电机的控制装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述电流采样模块包括：第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻和所述第二采样管电阻分别与所述直交流转换模块的两个下桥臂串联连接，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻在每个PWM载波周期T内分别采集所述永磁同步电机对应的两相电流I_u、I_v；其中，所述控制器用于根据所述两相电流I_u、I_v计算第三相电流I_w。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样模块包括：第三采样电阻，所述第三采样电阻的一端与所述直交流转换模块的负输入端相连，所述第三采样电阻的另一端接地，所述第三采样电阻在每个PWM载波周期T内分时采集所述永磁同步电机的三相电流I_u、I_v、I_w。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样模块包括：电流隔离传感器，所述电流隔离传感器与所述直交流转换模块的输出端相连，所述电流隔离传感器在每个PWM载波周期T内采集所述永磁同步电机的三相电流I_u、I_v、I_w。

根据本发明的一个实施例，所述升压模块包括：电容；第一电感，所述第一电感的一端与所述电容的一端相连，并形成第一节点；第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电感的另一端相连，所述第一二极管的阴极与所述电容的另一端相连，并形成第二节点；其中，所述第一节点与所述交直流转换模块的正输出端相连，所述第二节点与所述直交流转换模块的正输入端相连。

根据本发明的一个实施例，所述升压模块包括：第二电感，所述第二电感的一端与所述交直流转换模块的正输出端相连；第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二电感的另一端相连，所述第二二极管的阴极与所述直交流转换模块的正输入端相连；并联连接的开关管和第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述开关管的源极均接地，所述第三二极管的阴极与所述开关管的漏极均与所述第二二极管的阳极相连。

根据本发明的一个实施例，所述控制器根据所述温度T₀计算所述直交流转换模块允许输出的最大电流I_MAX时，所述控制器具体用于：通过如下公式计算所述直交流转换模块的结温T_j：

T_j＝T₀+4.5℃，

其中，T₀为所述直交流转换模块与所述温度检测模块接触位置的温度，T_j为所述直交流转换模块的结温；以及根据所述直交流转换模块的结温T_j和预设电流-温度关系计算所述直交流转换模块允许输出的所述最大电流I_MAX。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还用于：计算所述三相电流I_u、I_v和I_w的绝对值中的最大值I_max，并在计时时间达到所述PWM载波周期T时，判断I_max是否大于或等于所述最大电流I_MAX。

根据本发明的一个实施例，所述控制器用于：在I_max大于或等于所述最大电流I_MAX时，控制所述永磁同步电机的d轴、q轴的合成电流最大限值减小第一预设值，在I_max小于所述最大电流I_MAX时，控制所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值增加所述第一预设值；判断增大或减小后的所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值是否超出预设范围[Idqmin，Idqmax]；以及在增大或减小后的d轴、所述q轴的合成电流最大限值超出所述预设范围[Idqmin，Idqmax]时，控制所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值取边界值Idqmax或Idqmin。

根据本发明的一个实施例，所述控制器具体用于：根据所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值获取q轴给定电流I_qref和d轴给定电流I_dref，并根据所述q轴给定电流I_qref、所述d轴给定电流I_dref控制所述直交流转换模块，以通过所述直交流转换模块控制所述永磁同步电机，其中，在所述预设范围[Idqmin，Idqmax]内。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还用于：在I_max大于或等于所述最大电流I_MAX时，控制所述永磁同步电机的给定转速降低第二预设值。

根据本发明的一个实施例，所述控制器具体用于：根据降低所述第二预设值后的给定转速控制所述直交流转换模块，以通过所述直交流转换模块控制所述永磁同步电机。

其中，所述第二预设值为1Hz。

进一步地，本发明提出了一种空调器，其包括上述的永磁同步电机的控制装置。

本发明实施例的空调器，通过上述永磁同步电机的控制装置的温度检测模块检测直交流转换模块边上的温度，通过电流采集模块采集永磁同步电机的相电流，并通过控制器根据直交流转换模块边上的温度获取直交流转换模块允许的输出的最大电流，进而根据永磁同步电机的相电流、直交流转换模块允许的输出的最大电流控制直交流转换模块，以实现对永磁同步电机的控制，从而不仅能够保证调速的可靠性，而且提高了对直交流转换模块输出能力的利用率。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是直交流转换模块的温度与输出电流之间的关系示意图；

图2是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的控制装置的结构框图；

图3是根据本发明一个示例的温度检测模块的安装示意图；

图4-图9是根据本发明多个示例的永磁同步电机的控制装置的电路图；

图10是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的控制流程图；

图11是根据本发明另一个实施例的永磁同步电机的控制流程图；

图12是根据本发明一个实施例的控制器的结构示意图。

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。

下面参考附图描述根据本发明实施例提出的永磁同步电机的控制装置和空调器。

图2是根据本发明一个实施例的永磁同步电机的控制装置的结构示意图。如图2所示，该控制装置包括：交直流转换模块10、PFC升压模块20、直流链部30、直交流转换模块40、电流采样模块50、温度检测模块60和控制器70。

其中，交直流转换模块10的输入端与交流电源AC相连，交直流转换模块10的输出端通过PFC升压模块20与直流链部30的电容器并联连接，并输出直流电压V_dc；直交流转换模块40的输入端输入直流电压V_dc，直交流转换模块40的输出端与永磁同步电机M相连；电流采样模块10用于采集永磁同步电机的相电流；如图3所示，温度检测模块60紧贴直交流转换模块40设置，并贴于直交流转换模块40所在的电路板上，温度检测模块60用于检测直交流转换模块40与温度检测模块60接触位置的温度T₀；控制器70分别与温度检测模块60、电流采样模块50、直流链部30和直交流转换模块40相连，控制器70用于根据温度T₀计算直交流转换模块40允许输出的最大电流I_MAX，并根据最大电流I_MAX和相电流控制直交流转换模块40，以通过直交流转换模块40控制永磁同步电机M。

可以理解，直交流转换模块40即为逆变电路，用于将直流电逆变成交流电，以通过交流电控制永磁同步电机。

可选地，温度检测模块60可以是温度传感器，便于安装。

其中，电容器Cp可以是电解电容，其能够使输出的直流电压V_dc平滑，即直流母线电压平滑。

具体地，整流电路(即交直流转换模块11)对输入的交流电源AC进行全波整流，与整流电路的输出侧并联电容器Cp，经电容器Cp后，输出平滑的直流电压V_dc(即直流母线电压)。逆变电路(即直交流转换模块40)利用开关管S1-S6将直流链部输出的平滑的直流电压V_dc转换为交流电；同时电流采集模块50采集永磁同步电机的相电流，温度传感器检测图3所示的逆变电路芯片边上的温度；控制器70根据温度传感器检测的温度计算得到逆变电路的结温，并根据该结温获取逆变电路允许输出的最大电流I_MAX，进而直流母线电压V_dc、最大电流I_MAX和采样的相电流控制逆变电路的开关管S1-S6，以通过开关管S1-S6控制永磁同步电机M。由此，能够保证电机调速的稳定性，且能够充分利用直交流转换模块的输出能力。

可以理解，该控制装置还包括电压采样模块(图中均未示出)，以采集直流母线电压V_dc。

在本发明的一个实施例中，如果PFC升压模块20为无源PFC，则如图4、图5、图6所示，PFC升压模块20包括电容C、第一电感L1和第一二极管D1。

其中，第一电感L1的一端与电容C的一端相连，并形成第一节点a1；第一二极管D1的阳极与第一电感L1的另一端相连，第一二极管D1的阴极与电容C的另一端相连，并形成第二节点a2。其中，第一节点a1与交直流转换模块11的正输出端相连，第二节点a2与直交流转换模块40的正输入端相连。

在本发明的另一个实施例中，如图7、图8、图9所示，如果PFC升压模块20为有源PFC，则PFC升压模块20包括第二电感L2、第二二极管D2，以及并联连接的开关管K和第三二极管D3。

其中，第二电感L2的一端与交直流转换模块11的正输出端相连；第二二极管D2的阳极与第二电感L2的另一端相连，第二二极管D2的阴极与直交流转换模块40的正输入端相连；第三二极管D3的阳极与开关管K的源极均接地，第三二极管D3的阴极与开关管K的漏极均与第二二极管D2的阳极相连。

需要说明的是，在本发明的实施例中，对于无源PFC模块和有源PFC模块的变频控制原理相同或相似。

在本发明的一个实施例中，控制器70根据温度T₀计算直交流转换模块40允许输出的最大电流I_MAX时，控制器70具体通过如下公式(1)计算直交流转换模块40的结温T_j：

T_j＝T₀+4.5℃ (1)

其中，T₀为直交流转换模块40与温度检测模块600接触位置的温度，T_j为直交流转换模块40的结温。

进一步地，控制器70根据直交流转换模块40的结温T_j和预设电流-温度关系计算直交流转换模块40允许输出的最大电流I_MAX。

例如，图1示出了预设电流-温度关系，如果T₀的取值为75℃，则T_j的取值为79.5℃，从图1可以看出，此时直交流转换模块40允许输出的最大电流I_MAX取值为20A。

在本发明的实施例中，在采样永磁同步电机M的相电流时，可以设置不同的电流采样方式，具体如下：

在本发明的第一个示例中，如图4、图7所示，电流采样模块50包括第一采样电阻Rs1和第二采样电阻Rs2。其中，第一采样电阻Rs1和第二采样电阻Rs2分别与直交流转换模块40的两个下桥臂串联连接，第一采样电阻Rs1和第二采样电阻Rs2在每个PWM载波周期T内分别采集永磁同步电机M对应的两相电流I_u、I_v。进而控制器可根据两相电流I_u、I_v计算第三相电流I_w，即I_w＝-(I_u+I_v)。

可以理解，第一采样电阻Rs1和第二采样电阻Rs2可以串联在直交流转换模块40的三个下桥臂中的任意两个，以采集永磁同步电机M对应的相电流，如I_u、I_v。

在本发明的第二个示例中，如图5、图8所示，电流采样模块50包括第三采样电阻Rs3，第三采样电阻Rs3的一端与直交流转换模块40的负输入端相连，第三采样电阻Rs3的另一端接地，第三采样电阻Rs3在每个PWM载波周期T内分时采集永磁同步电机M的三相电流I_u、I_v、I_w。

在本发明的第三个示例中，如图6、图9所示，电流采样模块50包括电流隔离传感器，电流隔离传感器与直交流转换模块40的输出端相连，电流隔离传感器在每个PWM载波周期T内采集永磁同步电机M的三相电流I_u、I_v、I_w。

需要说明的是，电流采样模块50在采样永磁同步电机M的相电流时，永磁同步电机M处于运行过程中。

进一步地，控制器70获取三相电流I_u、I_v和I_w的绝对值中的最大值I_max，在计时时间达到PWM载波周期T时，判断I_max是否大于或等于最大电流I_MAX。

在本发明的一个实施例中，在I_max大于或等于最大电流I_MAX时，控制器70控制永磁同步电机M的d轴、q轴的合成电流最大限值增大第一预设值(如5A)，在I_max小于所最大电流I_MAX时，控制d轴、q轴的合成电流最大限值减小第一预设值(如5A)；判断增大或减小后的d轴、q轴的合成电流最大限值是否超出预设范围[Idqmin，Idqmax]，以及在增大或减小后的d轴、q轴的合成电流最大限值超出预设范围[Idqmin，Idqmax]时，控制d轴、q轴的合成电流最大限值取边界值Idqmax或Idqmin。

可选地，Idqmin取值可以为12A，Idqmax的取值可以为20A。

举例而言，如果I_max取值为15A，小于所允许输出的最大电流I_MAX，如20A，则d轴、q轴的合成电流最大限值，如16A，增加第一预设值，如5A后，电流最大限值为21A，大于取值为20A的Idqmax，则控制d轴、q轴的合成电流最大限值取边界值20A。

进一步地，控制器70根据d轴、q轴的合成电流最大限值调节永磁同步电机的d轴初始给定电流I_dref0和q轴初始给定电流I_qref0，以获得d轴给定电流I_dref和q轴给定电流I_qref，并通过d轴给定电流I_dref和q轴给定电流I_qref控制直交流转换模块40，以通过直交流转换模块40控制永磁同步电机M。

具体而言，如图10所示，永磁同步电机的控制装置的控制过程如下：

S101，判断永磁同步电机是否处于运转过程中，运行中则转步骤S102，停止中则转步骤S111结束。

S102，控制器控制温度传感器检测直交流转换模块边上的温度T₀。

S103，控制器根据直交流转换模块边上的温度T₀推测直交流转换模块的结温值T_j。其中，T_j＝T₀+4.5℃。

S104，根据直交流转换模块的结温T_j，以及图1所示的直交流转换模块的结温与允许输出的电流关系，计算直交流转换模块最大允许电流I_MAX。

S105，通过电流采样模块采样永磁同步电机的相电流I_u、I_v、I_w。

S106，计算I_u、I_v、I_w三相实际电流绝对值中的最大值I_max。

S107，控制器判断每个计算周期计时时间是否到时间T，如果到，执行步骤S108。

其中，T的取值可以是1秒、2秒等。

可以理解，如果每个计算周期计时时间未到时间T，则控制器70根据给定转速和d、q轴初始给定电流控制永磁同步电机。

S108，控制器判断三相实际电流绝对值的最大值I_max是否大于或等于直交流转换模块最大允许电流值I_MAX，如果是，执行步骤S109b；如果否，执行步骤S109a。

S109a，d、q轴合成电流最大限制阈值提高第一预设值，并判断是否超出[Idqmin,Idqmax]，如果超出则取边界值。

S109b，d、q轴合成电流最大限制阈值降低第一预设值，并判断是否超出[Idqmin,Idqmax]，如果超出则取边界值。

其中，Idqmin可以为12A，Idqmax可以为20A。

S110，根据d轴、q轴的合成电流最大限值获取q轴给定电流I_qref和d轴给定电流I_dref，并根据q轴给定电流I_qref、d轴给定电流I_dref和给定转速控制所述直交流转换模块，以实现对永磁同步电机的控制。

S111，结束。在本发明的另一个实施例中，在I_max大于或等于最大电流I_MAX时，控制器70控制永磁同步电机M的给定转速w^*降低第二预设值。

进一步地，控制器70根据降低第二预设值后的给定转速(w^*-第二预设值)控制直交流转换模块40，以通过直交流转换模块40控制永磁同步电机M。

具体而言，如图11所示，永磁同步电机的控制装置的控制过程如下：

S201，判断永磁同步电机是否处于运转过程中，运行中则转步骤S202，停止中则转步骤S211结束。

S202，控制器控制温度传感器检测直交流转换模块边上的温度T₀。

S203，控制器根据直交流转换模块边上的温度T₀推测直交流转换模块的结温值T_j。其中，T_j＝T₀+4.5℃。

S204，根据直交流转换模块的结温T_j，以及图1所示的直交流转换模块的结温与允许输出的电流关系，计算直交流转换模块最大允许电流I_MAX。

S205，通过电流采样模块采样永磁同步电机的相电流I_u、I_v、I_w。

S206，计算I_u、I_v、I_w三相实际电流绝对值中的最大值I_max。

S207，控制器判断计算周期计时时间是否到时间T，如果到，执行步骤S208。

其中，T的取值可以是1秒、2秒等。

可以理解，如果每个计算周期计时时间未到时间T，控制器70则根据给定转速和d、q轴初始给定电流控制永磁同步电机。

S208，控制器判断三相实际电流绝对值的最大值I_max是否大于或等于直交流转换模块最大允许电流值I_MAX，如果是，执行步骤S209。

在本发明的实施例中，如果最大值I_max是小于直交流转换模块最大允许电流值I_MAX，控制器70则根据给定转速和d、q轴初始给定电流控制永磁同步电机控制。

S209，控制给定转速降低第二预设值。

其中，第二预设值可以是1Hz。

S210，根据q轴初始给定电流I_qref0、d轴初始给定电流I_dref0和降低第二预设值后的给定转速控制直交流转换模块，以实现对永磁同步电机的控制。

S211，结束。

在本发明的实施例中，为方便理解控制器70对永磁同步电机M的双闭环控制过程，以电流调节为例进行说明：

首先，对永磁同步电机M的转子位置进行估计，以获得永磁同步电机M的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est。

具体地，可以通过磁链观测法获得上述转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est。具体而言，可根据两相静止坐标系上的电压V_α、V_β和电流I_α、I_β计算永磁同步电机在两相静止坐标系α、β轴方向上有效磁通的估计值，具体计算公式如下式(2)：

其中，和分别为永磁同步电机在α和β轴方向上有效磁通的估计值，R为定子电阻，L_q为电机的q轴磁链。

进一步地，通过如下公式(3)计算永磁同步电机的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est：

其中，K_{p_pll}和K_{i_pll}分别为比例积分参数，θ_err为偏差角度估计值，ω_f为速度低通滤波器的带宽。

具体地，如图12所示，控制器70包括速度环控制单元71、弱磁控制单元72、限幅单元73、坐标转换单元74、电流控制单元75和PWM控制单元76。

其中，速度环控制单元71根据给定转子转速转子速度估计值ω_est、输入交流电压的形状和相位估计值θ_ge计算永磁同步电机的q轴初始给定电流I_qref0。

弱磁控制单元72根据直交流转换模块40的最大输出电压V_max和直交流转换模块40的输出电压幅值V₁计算永磁同步电机的d轴初始给定电流I_qref0。

具体地，对逆变电路(即直交流转换模块40)的最大输出电压V_max与逆变电路的输出电压幅值V₁之差进行弱磁控制以获得d轴初始电流I_d0；对d轴初始电流I_d0进行处理以获得d轴初始给定电流I_qref0。

具体而言，可通过下述公式(4)计算d轴初始电流I_d0：

其中，K_i为积分控制系数，V_d和V_q分别为永磁同步电机M的d轴实际电压和q轴实际电压，V_dc为永磁同步电机M的直流母线电压。

进一步地，通过下述公式(5)计算d轴初始给定电流I_dref0：

其中，I_demag为永磁同步电机M退磁电流限制值。

进一步地，限幅单元73先计算永磁同步电机M的三相电流I_u、I_v和I_w的绝对值中的最大值I_max，并在每个计算周期内计时时间达到PWM载波周期T时，判断I_max是否大于或等于最大电流I_MAX；以及在I_max大于或等于最大电流I_MAX时，控制减小第一预设值I₀，在I_max小于所述最大电流I_MAX时，控制增加第一预设值I₀，判断是或否在预设范围[Idqmin，Idqmax]内，如果是，则对应调整q轴初始给定电流I_qref0和d轴初给定电流I_dref0，以获得q轴给定电流I_qref和d轴给定电流I_dref；如果否，则根据Idqmin或Idqmax调节I_qref0和I_dref0。

例如，I_qref0取值为8A，I_dref0取值为6A，则为10A。如果此时存在I_max小于最大电流I_MAX，且第一预设值为5A，则d轴、q轴的合成电流最大限值变,15A，大于取值为12A的Idqmin。此时，可以按比例调节I_qref0和I_dref0，即I_qref＝1.5*I_qref0＝12A和I_dref＝1.5*I_dref0＝9A。

坐标转换单元74通过如下公式(6)计算α轴电流I_α和β轴电流I_β，通过如下公式(7)计算d轴实际电流、q轴实际电流：

其中，I_u、I_v和I_w分别是永磁同步电机的三相电流。

进一步地，电流控制单元75根据q轴给定电流I_qref、d轴给定电流I_dref、q轴实际电流I_q和d轴实际电流I_d获取永磁同步电机的q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref，并根据q轴给定电压V_qref、d轴给定电压V_dref、转子角度估计值θ_est生成控制信号，以及根据控制信号通过逆变电路对永磁同步电机M进行控制。

具体地，可以通过下述公式(8)计算q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref：

其中，K_pd和K_id分别为d轴电流控制比例增益与积分增益，K_pq和K_iq分别为q轴电流控制比例增益与积分增益，ω为电机的转速，K_e为电机的反电势系数，L_d和L_q分别为d轴电感和q轴电感，表示x(τ)在时间上的积分。

在获取到q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref后，坐标转换单元74可根据转子角度估计值θ_est对q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref进行Park逆变换，得到两相静止坐标系上的电压V_α、V_β，具体变换公式如下：

进一步地，对两相静止坐标系上的电压V_α、V_β进行Clark逆变换，得到三相电压指令V_u、V_v、V_w，具体变换公式如下：

PWM控制单元76可根据直流母线电压V_dc和三相电压指令V_u、V_v、V_w计算三相占空比，得到占空比控制信号，即三相占空比D_u、D_v、D_w，具体计算公式如下：

最后，控制器70根据三相占空比D_u、D_v、D_w对逆变电路的开关管进行控制，以实现对永磁同步电机的控制。由此，通过直交流转换模块的结温合理调节q轴给定电流和d轴给定电流，使得永磁同步电机的输入电流波形能够满足谐波要求，保证调速的稳定性。

综上，本发明实施例的永磁同步电机的控制装置，通过温度检测模块检测直交流转换模块边上的温度，通过电流采集模块采集永磁同步电机的相电流，并通过控制器根据直交流转换模块边上的温度获取直交流转换模块允许的输出的最大电流，进而根据永磁同步电机的相电流、直交流转换模块允许的输出的最大电流控制直交流转换模块，以实现对永磁同步电机的控制，从而不仅能够保证调速的可靠性，而且提高了对直交流转换模块输出能力的利用率。

基于上述实施例，本发明还提出了一种空调器，其包括上述的永磁同步电机的控制装置。

本发明实施例的空调器，通过上述永磁同步电机的控制装置的温度检测模块检测直交流转换模块边上的温度，通过电流采集模块采集永磁同步电机的相电流，并通过控制器根据直交流转换模块边上的温度获取直交流转换模块允许的输出的最大电流，进而根据永磁同步电机的相电流、直交流转换模块允许的输出的最大电流控制直交流转换模块，以实现对永磁同步电机的控制，从而不仅能够保证调速的可靠性，而且提高了对直交流转换模块输出能力的利用率。

另外，根据本发明实施例的空调器的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

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 (12)

1.一种永磁同步电机的控制装置，其特征在于，包括：

交直流转换模块、PFC升压模块、直流链部和直交流转换模块，其中，所述交直流转换模块的输入端与交流电源相连，所述交直流转换模块的输出端通过所述PFC升压模块与所述直流链部的电容器并联连接，并输出直流电压，所述直交流转换模块的输入端输入所述直流电压，所述直交流转换模块的输出端与永磁同步电机相连；

电流采样模块，用于采集所述永磁同步电机的相电流；

温度检测模块，所述温度检测模块紧贴所述直交流转换模块设置，并贴于所述直交流转换模块所在的电路板上，所述温度检测模块用于检测所述直交流转换模块与所述温度检测模块接触位置的温度；

控制器，所述控制器分别与所述温度检测模块、所述电流采样模块、所述直流链部和所述直交流转换模块相连，所述控制器用于根据所述温度计算所述直交流转换模块允许输出的最大电流，并根据所述最大电流和所述相电流控制所述直交流转换模块，以通过所述直交流转换模块控制所述永磁同步电机，其中，所述相电流包括三相电流I_u、I_v和I_w；

其中，所述控制器具体用于：

计算所述三相电流I_u、I_v和I_w的绝对值中的最大值I_max，并在计时时间达到PWM载波周期T时，判断I_max是否大于或等于最大电流I_MAX；

在I_max大于或等于所述最大电流I_MAX时，控制所述永磁同步电机的d轴、q轴的合成电流最大限值减小第一预设值，在I_max小于所述最大电流I_MAX时，控制所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值增加所述第一预设值；

判断增大或减小后的所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值是否超出预设范围[Idqmin，Idqmax]；以及

在增大或减小后的所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值超出所述预设范围[Idqmin，Idqmax]时，控制所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值取边界值Idqmax或Idqmin。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述电流采样模块包括：

第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻分别与所述直交流转换模块的两个下桥臂串联连接，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻在每个PWM载波周期T内分别采集所述永磁同步电机对应的两相电流I_u、I_v；

其中，所述控制器用于根据所述两相电流I_u、I_v计算第三相电流I_w。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述电流采样模块包括：

第三采样电阻，所述第三采样电阻的一端与所述直交流转换模块的负输入端相连，所述第三采样电阻的另一端接地，所述第三采样电阻在每个PWM载波周期T内分时采集所述永磁同步电机的三相电流I_u、I_v、I_w。

4.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述电流采样模块包括：

电流隔离传感器，所述电流隔离传感器与所述直交流转换模块的输出端相连，所述电流隔离传感器在每个PWM载波周期T内采集所述永磁同步电机的三相电流I_u、I_v、I_w。

5.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述升压模块包括：

电容；

第一电感，所述第一电感的一端与所述电容的一端相连，并形成第一节点；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电感的另一端相连，所述第一二极管的阴极与所述电容的另一端相连，并形成第二节点；

其中，所述第一节点与所述交直流转换模块的正输出端相连，所述第二节点与所述直交流转换模块的正输入端相连。

6.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述升压模块包括：

第二电感，所述第二电感的一端与所述交直流转换模块的正输出端相连；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二电感的另一端相连，所述第二二极管的阴极与所述直交流转换模块的正输入端相连；

并联连接的开关管和第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述开关管的源极均接地，所述第三二极管的阴极与所述开关管的漏极均与所述第二二极管的阳极相连。

7.如权利要求2-4中任一项所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述控制器根据所述温度T₀计算所述直交流转换模块允许输出的最大电流I_MAX时，所述控制器具体用于：

通过如下公式计算所述直交流转换模块的结温T_j：

T_j＝T₀+4.5℃，

其中，T₀为所述直交流转换模块与所述温度检测模块接触位置的温度，T_j为所述直交流转换模块的结温；以及

根据所述直交流转换模块的结温T_j和预设电流-温度关系计算所述直交流转换模块允许输出的所述最大电流I_MAX。

8.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据所述d轴、所述q轴的合成电流最大限值获取q轴给定电流I_qref和d轴给定电流I_dref，并根据所述q轴给定电流I_qref、所述d轴给定电流I_dref控制所述直交流转换模块，以通过所述直交流转换模块控制所述永磁同步电机，其中，在所述预设范围[Idqmin，Idqmax]内。

9.如权利要求1所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述控制器还用于：

在I_max大于或等于所述最大电流I_MAX时，控制所述永磁同步电机的给定转速降低第二预设值。

10.如权利要求9所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据降低所述第二预设值后的给定转速控制所述直交流转换模块，以通过所述直交流转换模块控制所述永磁同步电机。

11.如权利要求10所述的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，所述第二预设值为1Hz。

12.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的永磁同步电机的控制装置。