CN107676263A - 压缩机控制系统、变频空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了压缩机控制系统、变频空调器，在压缩机处于低频运行状态时，根据低频运行状态下的转速值确定压缩机转速波动指标值，并根据压缩机转速波动指标值确定压缩机的最低运行频率值，最后根据压缩机最低运行频率值确定压缩机的目标运行频率值，以控制压缩机按照目标运行频率值运行。本发明实施的压缩机控制系统根据压缩机在低频运行状态下时转速的实际波动情况确定一个压缩机实际可运行的最低频率值，替代现有的固定的压缩机最低频率值，由于此最低频率值反应了根据压缩机的实际负载情况，因此确保压缩机在此最低频率值下可靠稳定的运行，同时又能使得当前压缩机处于最低的能耗状态，节能了压缩机的能耗。

Description

压缩机控制系统、变频空调器

技术领域

本发明涉及压缩机控制领域，尤其涉及压缩机控制系统、变频空调器。

背景技术

现有的两匹以下变频空调器大多采用单转子压缩机。而单转子压缩机在低速下存在振动大与速度波动大的问题，需要专门的转矩补偿控制方法才能使单转子压缩机实现平稳的低速运行。然而，在高温重负荷的条件下，即使增加了转矩补偿，也无法完全抑制振动与速度波动，因而同样无法实现平稳的低速运行。为避免速度波动过大而引起的失速或振动过大的现象，需对压缩机最低运行频率进行限制。然而，预设的固定频率限制将使压缩机无法运行于足够低的频率，从而影响了压缩机的节能效果。因此需要对限于的固定最低运行频率的做法进行改进。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种压缩机控制系统、变频空调器，目的在于解决现有压缩机驱动系统中由于固定最低频率的限制导致影响压缩机的节能效果问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种压缩机控制系统，包括整流器、滤波电路、逆变器、控制部及压缩机；

所述整流器对交流输入电压进行全波整流，所述整流器的两输出端连接直流母线；

所述滤波电路、逆变器依次与所述直流母线并联，所述交流输入电压通过所述整流器、滤波电路处理后转换为直流母线电压，以为所述逆变器提供电源；

所述逆变器输出端连接所述压缩机，所述控制部对所述逆变器进行控制以驱动所述压缩机运行；

所述控制部，还用于当所述压缩机处于低频运行状态时，根据所述低频运行状态下的转速值确定压缩机转速波动指标值，并根据所述压缩机转速波动指标值确定压缩机的最低运行频率值，最后根据所述压缩机最低运行频率值确定压缩机的目标运行频率值，以控制所述压缩机按照所述目标运行频率值运行。

优选的，所述控制部包括转速检测模块、转速波动指标检测模块、最低频率计算模块、频率限制模块以及运行控制模块，

所述转速检测模块用于根据当前压缩机的相电流信号值检测压缩机的运行转速；

所述转速波动指标检测模块用于根据压缩机处于低频运行状态时，在预设时间内获取压缩机的多个转速值，并根据所述压缩机的多个转速值确定压缩机转速波动指标值；

所述最低频率计算模块用于根据所述转速波动指标值确定压缩机最低运行频率值；

所述频率限制模块用于根据所述压缩机最低运行频率值和当前压缩机的运行频率值确定压缩机的目标运行频率值；

所述运行控制模块用于根据所述压缩机的目标运行频率值输出三相PWM控制信号到所述逆变模块以驱动所述压缩机运行。

优选的，所述转速波动指标检测模块包括：

第一低通滤波器，用于对所述压缩机的多个转速值通过第一低通滤波器进行低通滤波处理，去掉其中的直流信号值，获得转速波动分量；

第二低通滤波器，用于对所述转速分量通过第二低通滤波器进行低通滤波处理，对所述的转速波动分量进行积分并求平均值，获得所述缩机转速波动指标值。

优选的，所述第一低通滤波器基于以下公式获得所述转速波动分量：

ωr＝|ω-ω*1/(T1S+1)|

其中T1为滤波时间常数，ω为压缩机的转速值，ωr为压缩机转速波动分量。

优选的，所述第二低通滤波器基于以下公式获得所述缩机转速波动指标值：

Iω＝ωr*1/(T2S+1)

其中T2为滤波时间常数，ωr为转速波动分量，Iω为压缩机转速波动指标值。

优选的，所述最低频率计算模块基于以下公式获得所述压缩机最低运行频率值：

其中fmin1为转速波动指标值等于Iω1时的最低可运行频率，fmin2为转速波动指标值等于Iω2时的最低可运行频率。

优选的，所述运频率限制模块根据所述压缩机最低运行频率值和当前压缩机的运行频率值确定压缩机的目标运行频率值具体包括：

所述运行控制模块根据所述当前压缩机的运行频率值和所述压缩机最低运行频率值选择其中的最小值做为所述压缩机的目标运行频率值。

优选的，所述运行控制模块根据所述压缩机的目标运行频率值输出三相PWM控制信号到所述逆变模块具体包括：

所述运行控制模块根据输入的直流母线电压值、所述压缩机的目标运行频率值和所述压缩机的相电流信号值计算驱动所述压缩机运行的三相PWM控制信号。

优选的，还包括PFC电路，所述与所述直流母线并联，输入端连接所述整流器，输出端连接所述滤波电路，以对所述整流器输出脉动直流电进行功率因素校正。

为实现上述目的，本发明还提供一种变变频空调器，包括所述的空调器压缩机控制系统。

本发明提供的压缩机控制系统，在压缩机处于低频运行状态时，根据低频运行状态下的转速值确定压缩机转速波动指标值，并根据压缩机转速波动指标值确定压缩机的最低运行频率值，最后根据压缩机最低运行频率值确定压缩机的目标运行频率值，以控制压缩机按照目标运行频率值运行。本发明实施的压缩机控制系统根据压缩机在低频运行状态下时转速的实际波动情况确定一个压缩机实际可运行的最低频率值，替代现有的固定的压缩机最低频率值，由于此最低频率值反应了根据压缩机的实际负载情况，因此确保压缩机在此最低频率值下可靠稳定的运行，同时又能使得当前压缩机处于最低的能耗状态，节能了压缩机的能耗。

附图说明

图1为本发明压缩机控制系统第一实施例的电路结构示意图；

图2为基于图1中的控制部的功能模块示意图；

图3为基于图2中的转速波动指标检测模块的功能模块示意图；

图4为基于图2中的最低频率计算模块计算转速波动指标的函数曲线图；

图5为基于图2中的频率限制模块功能模块示意图。

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。

参照图1，图1为本发明第一实施例提供的压缩机控制系统电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

压缩机7控制系统包括整流器2、滤波电路6、逆变器4、控制部5及压缩机7；

整流器2对交流电源1的交流输入电压进行全波整流，整流器2的两输出端连接直流母线，这里整流器2可以由整流桥堆构成，其内部为D1-D4四个整流二极管构成全桥整流电路；

滤波电路6、逆变器4依次与直流母线并联，交流输入电压通过整流器2、滤波电路6处理后转换为直流母线电压，以为逆变器4提供电源，滤波电路主要由电容C3构成，对整流器输出的脉动直流电进行滤波；

逆变器4输出端连接压缩机7，控制部5对逆变器4进行控制以驱动压缩机7运行，逆变器4由驱动电路以及六个自带续流二极管的开关管S1-S6构成，控制部5输出三相PWM控制信号到驱动电路，驱动电动根据三相PWM控制信号驱动六个开关管S1-S6工作，输出三相电流驱动电机6运行，这里逆变器4可由IPM模块(智能功率模块)构成；

控制部5，还用于当压缩机7处于低频运行状态时，根据低频运行状态下的转速值确定压缩机7转速波动指标值Iω，并根据压缩机7转速波动指标值Iω确定压缩机7的最低运行频率值f_min，最后根据压缩机7最低运行频率值确定压缩机7的目标运行频率值f_ref，以控制压缩机7按照目标运行频率值f_ref运行。

具体的，如图2所示，控制部5包括转速检测模块51、转速波动指标检测模块52、最低频率计算模块53、频率限制模块54以及运算控制模块55，

转速检测模块51用于根据当前压缩机的相电流信号值检测压缩机的运行转速；

转速波动指标检测模块52用于根据压缩机处于低频运行状态时，在预设时间内获取压缩机的多个转速值ω，并根据压缩机的多个转速值确定压缩机转速波动指标值Iω；

最低频率计算模块53用于根据转速波动指标值确定压缩机最低运行频率值f_min；

频率限制模块54用于根据压缩机最低运行频率值fmin和当前压缩机的运行频率值f_ref0确定压缩机的目标运行频率值f_ref；

运算控制模块55用于根据压缩机的目标运行频率值f_ref输出三相PWM控制信号到逆变模块以驱动压缩机运行。

其中转速检测模块51通过对逆变器4输出的Iu、Iv、Iw三相电流信号进行采集，通过Clark变换，得到电机在两相静止坐标系α和β轴方向上的电流I_α和I_β，并进一步通过压缩机电机转子位置估算方法确定压缩机转子位置的转子角度估计值θ_est进行Park变换得到两相旋转坐标系下的d轴和q轴的实际电流值I_q、I_d，并进一步根据d轴和q轴的实际电流值I_q、I_d可计算得到Q轴给定电压值Vq和D轴给定电压值Vd，进一步根据压缩机转子角度估计值θ_est对Vq和Vd进行Park逆变换，得到固定坐标系上的电压值Vα和Vβ，最后根据电压V_α、V_β和电流I_α、I_β计算得到压缩机电机的实际转速值ω，上述的坐标系Clark变换和Park变换、Park逆变换以及中间涉及的计算公式均为现有技术，在此不再赘述。值得说明的是压缩机电机的转速和运行频率可进行转换，如当前压缩机电机转速为1200rpm(转/分钟)对应转换成运行频率(即每秒转速)为20Hz。

转速波动指标检测模块52根据压缩机处于低频运行状态时对压缩机的转速值进行获取，这里的低频运行状态是值压缩机所在的机器已经处于低频温度的运行状态，如针对空调器而言，其空调器运行时已经达到设定温度值，此时空调器的压缩机处于低频的运行状态以维持当前空调器所在的房间设定温度值，此时空调器的压缩机可进一步处于预设的最低频率运行状态，只要能使得空调器维持当前的设定温度值即可，这里的预设最低频率是空调器控制器预设设定压缩机可运行的最低频率参数值。

具体的，如图3所示，转速波动指标检测模块52最终确定压缩机转速波动指标值Iω具体包括：

第一低通滤波器521，用于对压缩机的多个转速值通过第一低通滤波器521进行低通滤波处理，去掉其中的直流信号值，获得转速波动分量ω_r的绝对值。这里第一低通滤波器521即1/(T1S+1)用于消除速度值ω的直流分量，从而速度波动分量ωr，由于波动分量存在负数或者正数两种情况，因此需要对其取绝对值即|ωr|。

第二低通滤波器522，用于对转速分量通过第二低通滤波器522进行低通滤波处理，对的转速波动分量ωr的绝对值|ωr|进行积分并求平均值，获得缩机转速波动指标值Iω。这里第二低通滤波器522即1/(T2S+1)用于计算速度波动幅值的积分平均值最后得到转速波动指标值Iω。

具体的，第一低通滤波器521基于以下公式进行计算：

ωr＝|ω-ω*1/(T1S+1)|

其中T1为滤波时间常数，可取值为0.1-1s。

这里1/(T1S+1)为现有的低通滤波器算法公式。

第二低通滤波器522基于以下公式进行计算：

Iω＝|ωr|*1/(T2S+1)

其中T2为滤波时间常数，可取值为1-2s。

最低频率计算模块53根据转速波动指标值确定压缩机最低运行频率值具体可基于下面的转速波动指标值Iω与压缩机最低运行频率值fmin的分段函数关系得到：

其中，fmin1为转速波动指标值等于Iω1时的最低可运行频率，fmin2为转速波动指标值等于Iω2时的最低可运行频率。上述的方式关系式对应于图4的fmin与Iω之间的函数曲线图。由于压缩机在实际运行时，其转速的波动时不确定的，如以压缩机对应的空调器在实际运行过程中，由于工作室外环境温度和室内环境温度不同，其在处于低频运行状态时，压缩机的转速波动不相同，如其转速波动可能在正负1Hz之间波动，或者在正负2Hz之间波动，因此压缩机在实际运行过程中，其确定的转速波动指标值Iω也是变化的，因此在会存在多个值的变化情况，根据上述的分段函数关系式，只需要在前期实验确定两个转速波动指标值Iω及其对应的两个最低频率值fmin即可，其中具体这些参数值的确定根据不同的压缩机型号会有差异，需要通过实际实验过程中调速确定，判断上升参数值是否合理的依据是在指定的转速波动指标值Iω时，其压缩机运行与对应的频率fmin或者以上频率时，能确保其系统运行稳定。这里fmin1为实验确定的Iω1对应的相对小的频率值，fmin2为实验确定的Iω2对应的相对大的频率值，其他最低运行频率fmin值根据上述函数关系式即可确定。

上述基于转速波动指标值Iω与压缩机最低运行频率值fmin的分段函数关系确定的fmin值只需要确定两个转速波动指标值Iω对应的最低运行频率值fmin，可以简化实验数据，当然如果需要进一步根据准确的确定fmin值，可以在前期实验测试确定多个转速波动指标值Iω对应的压缩机最低运行频率值fmin，如10个，当根据压缩机运行时实际确定的转速波动指标值Iω可通过查表确定其对应的压缩机最低运行频率值fmin，如果查表不能直接确定，则可以通过查表确定与当前Iω值小和大的两个表格数据中的Iω值对应的fmin值，然后再通过差值计算得到实际确定的fmin值，差值计算方法属于现有技术，在此不再赘述。

频率限制模块54根据压缩机最低运行频率值fmin和当前压缩机的运行频率值f_ref0确定压缩机的目标运行频率值f_ref时可根据图5所示的计算模型确定，即对当前压缩机的运行频率值f_ref0和压缩机最低运行频率值fmin取二者的最小值确定为压缩机的目标运行频率值f_ref，当压缩机在初次进入低频运行时，这里的f_ref0这里的是值压缩机运行的系统预设最低频率值，而在压缩机执行本发明实施例的压缩机控制方法后，其实际运行的最低频率值会发生变化，因此在压缩机低频运行过程中，其当前运行的最低频率值即为f_ref0。然后再通过频率限制模块54根据前压缩机的运行频率值f_ref0和上述计算得到fmin的确定出压缩机应当运行的最低运行频率即目标运行频率值f_ref，由于压缩机运行过程中实际的负载情况是变化的，因此通过上最后确定的压缩机运行最低运行频率即目标运行频率值f_ref也是对应变化的。

运算控制模块55根据压缩机的目标运行频率值f_ref输出三相PWM控制信号到逆变模块以驱动压缩机运行时，其再根据采集的直流母线电压值Vdc和Iu、Iv、Iw三相电流信号，通过压缩机电机转子位置估算方法和矢量控制法可计算出驱动压缩机运行需要的三相PWM控制信号参数值，包括三相电压值和PWM信号的占空比值。如在上述转速检测模块51确定压缩机电机的实际转速值ω时得到的固定坐标系上的电压值Vα和Vβ，并根据压缩机电机转子位置估算方法得到的压缩机转子角度估计值θest，进行Clark逆变换，得到三相电压Vu、Vv和Vw，具体变换公式如下：

V_u＝V_α

然后占空比计算单元可根据直流母线电压和三相电压进行占空比计算，得到占空比控制信号，即三相占空比值Du、Dv和Dw，具体计算公式如下：

D_u＝(V_u+0.5V_dc)/V_dc

D_v＝(V_v+0.5V_dc)/V_dc

D_w＝(V_w+0.5V_dc)/V_dc

其中，Vdc为直流母线电压值。

最后，根据三相占空比D_u、D_v、D_w对逆变器4的开关管进行控制，以实现对压缩机电机的驱动运行。

本发明实施例提供的压缩机控制系统，在压缩机处于低频运行状态时，根据低频运行状态下的转速值确定压缩机转速波动指标值，并根据压缩机转速波动指标值确定压缩机的最低运行频率值，最后根据压缩机最低运行频率值确定压缩机的目标运行频率值，以控制压缩机按照目标运行频率值运行。本发明实施的压缩机控制系统根据压缩机在低频运行状态下时转速的实际波动情况确定一个压缩机实际可运行的最低频率值，替代现有的固定的压缩机最低频率值，由于此最低频率值反应了根据压缩机的实际负载情况，因此确保压缩机在此最低频率值下可靠稳定的运行，如当压缩机实际运行时由于负载较大时，其确定的最低频率值上升，当压缩机实际运行时由于负载较小时，其确定的最低频率值下降，以此确定最低频率值准确的贴合了当前压缩机的实际负载情况，因此能保证压缩机在此最低频率值下可靠稳定的运行，同时又能使得当前压缩机处于最低的能耗状态，节能了压缩机的能耗。

进一步的，做为本发明提供的压缩机控制系统的第二实施例，基于本发明的压缩机控制系统的第一实施例，还包括PFC电路3，与直流母线并联，输入端连接整流器2，输出端连接滤波电路6，以对整流器2输出脉动直流电进行功率因素校正。如图1所述，PFC电路3包括与整流器输2出端串联的电抗器L，还可以包括第一电容C1、二极管D5和开关管S7，电抗器L的第一端连接整流器的正极输出端，电抗器L第二端连接二极管D5阳极，第一电容C1并联于电抗器L第一端和二极管阴极端，开关管S7的集电极连接二极管D5的阳极，开关管S7的发射极接直流母线地线端，开关管S7的控制部5连接，控制部5输出控制信号控制开关管S7的开关状态，以控制PFC电路3工作，实现对整流器2输出脉动直流电进行功率因素校正。

本发明还提供一种变频空调器，变频空调器包括室内机部分和室外机部分，其中室外机控制器包括本发明第一实施例所述的压缩机控制系统，当空调器压缩处于低频运行状态时，通过上述的压缩机控制系统的控制，使得压缩机稳定运行于当前压缩机负载贴合的最低运行频率，此最低运行频率谁压缩机实际运行负载的不同而不同，并使得空调器处于最低的节能状态。

其中压缩机控制系统同本发明的压缩机控制系统的上述第一实施例，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置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、方法、装置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。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压缩机控制系统，其特征在于，包括整流器、滤波电路、逆变器、控制部及压缩机；

所述整流器对交流输入电压进行全波整流，所述整流器的两输出端连接直流母线；

所述滤波电路、逆变器依次与所述直流母线并联，所述交流输入电压通过所述整流器、滤波电路处理后转换为直流母线电压，以为所述逆变器提供电源；

所述逆变器输出端连接所述压缩机，所述控制部对所述逆变器进行控制以驱动所述压缩机运行；

所述控制部，还用于当所述压缩机处于低频运行状态时，根据所述低频运行状态下的转速值确定压缩机转速波动指标值，并根据所述压缩机转速波动指标值确定压缩机的最低运行频率值，最后根据所述压缩机最低运行频率值确定压缩机的目标运行频率值，以控制所述压缩机按照所述目标运行频率值运行。

2.如权利要求1所述的压缩机控制系统，其特征在于，所述控制部包括转速检测模块、转速波动指标检测模块、最低频率计算模块、频率限制模块以及运算控制模块，

所述转速检测模块用于根据当前压缩机的相电流信号值检测压缩机的运行转速；

所述转速波动指标检测模块用于根据压缩机处于低频运行状态时，在预设时间内获取压缩机的多个转速值，并根据所述压缩机的多个转速值确定压缩机转速波动指标值；

所述最低频率计算模块用于根据所述转速波动指标值确定压缩机最低运行频率值；

所述频率限制模块用于根据所述压缩机最低运行频率值和当前压缩机的运行频率值确定压缩机的目标运行频率值；

所述运算控制模块用于根据所述压缩机的目标运行频率值输出三相PWM控制信号到所述逆变模块以驱动所述压缩机运行。

3.如权利要求2所述的压缩机控制系统，其特征在于：所述转速波动指标检测模块包括：

第一低通滤波器，用于对所述压缩机的多个转速值通过第一低通滤波器进行低通滤波处理，去掉其中的直流信号值，获得转速波动分量；

第二低通滤波器，用于对所述转速分量通过第二低通滤波器进行低通滤波处理，对所述的转速波动分量进行积分并求平均值，获得所述缩机转速波动指标值。

4.如权利要求3所述的压缩机控制系统，其特征在于，所述第一低通滤波器基于以下公式获得所述转速波动分量：

ωr＝|ω-ω*1/(T1S+1)|

其中T1为滤波时间常数，ω为压缩机的转速值，ωr为压缩机转速波动分量。

5.如权利要求3所述的压缩机控制系统，其特征在于，所述第二低通滤波器基于以下公式获得所述压缩机转速波动指标值：

Iω＝ωr*1/(T2S+1)

其中T2为滤波时间常数，ωr为转速波动分量，Iω为压缩机转速波动指标值。

6.如权利要求2所述的压缩机控制系统，其特征在于：所述最低频率计算模块基于以下公式获得所述压缩机最低运行频率值：

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其中fmin1为转速波动指标值等于Iω1时的最低可运行频率，fmin2为转速波动指标值等于Iω2时的最低可运行频率。

7.如权利要求2所述的压缩机控制系统，其特征在于，所述运频率限制模块根据所述压缩机最低运行频率值和当前压缩机的运行频率值确定压缩机的目标运行频率值具体包括：

所述运行控制模块根据所述当前压缩机的运行频率值和所述压缩机最低运行频率值选择其中的最小值做为所述压缩机的目标运行频率值。

8.如权利要求2所述的压缩机控制系统，其特征在于，所述运行控制模块根据所述压缩机的目标运行频率值输出三相PWM控制信号到所述逆变模块具体包括：

所述运行控制模块根据输入的直流母线电压值、所述压缩机的目标运行频率值和所述压缩机的相电流信号值计算驱动所述压缩机运行的三相PWM控制信号。

9.如权利要求1至8任一项所述的压缩机控制系统，其特征在于，还包括PFC电路，所述PFC电路与所述直流母线并联，输入端连接所述整流器，输出端连接所述滤波电路，以对所述整流器输出脉动直流电进行功率因素校正。

10.一种变频空调器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的空调器压缩机控制系统。