CN107702294B - 变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器 - Google Patents

变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器，本发明检测所述外风机初始转速，判断外风机旋转方向，是静止、是正向转动、还是反向转动；根据外风机旋转方向的不同采用相应的正常启动模式、正向调速模式、刹车模式进行启动控制；本发明增强了逆风启动的可靠性，避免逆风启动时经常发生的失步，过电流，过电压等故障；兼有电路简单、造价低廉的优点，具有很强的实用性和通用性。

Description

变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器
技术领域
本发明涉及变频电机控制，尤其涉及变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器。
背景技术
在变频空调领域，空调外风机的驱动目前有带位置传感器和无位置传感器两类。后者在面临逆风启动时负荷巨大，目前还没有一种方案能可靠处理。一般的做法是安装刹车电路，优点是可快速止动，缺点是增加了额外的开关管，而且未必能彻底制动。目前大多变频电机的控制由于成本和可行性原因，均不再安装霍尔传感器等位置检测装置，采用无传感器控制算法处理。但该算法一般必须先知道电机的相关信息才可作用，比如电机静止就很容易处理。实际应用中逆风问题一直存在。特别是沿海地区更是明显，此时该算法就有些无能为力。
因此，如何设计一种性能可靠、启动轻松的变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的启动困难、性能不可靠的缺陷，本发明提出一种变频空调外风机的逆风启动控制方法、电路、及其空调器。
本发明采用的技术方案是设计一种变频空调外风机的逆风启动控制方法,其包括下列步骤：检测所述外风机初始转速，判断外风机旋转方向；根据外风机旋转方向确定外风机启动模式。
所述外风机旋转方向具有静止、正向转动、反向转动；所述启动模式包括刹车模式、正常启动模式、正向调速模式；其中检测到外风机处于静止时，控制外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式(所述预定转速Fd为预先设置在主控电路中的转速)；检测到外风机处于正向转动时，控制外风机进入正向调速模式；检测到外风机处于反向转动时，控制外风机进入刹车模式，待外风机刹车到静止后控制外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式；检测到外风机进入正向调速模式后启动过程结束。
所述检测所述外风机初始转速的具体步骤是：分别检测外风机三相端子上的U相、V相、W相的线电压，将U相和V相的线电压经过运算放大器输出UV线电压Uuv，将U相和W相的线电压经过运算放大器输出UW线电压Uuw；
将所述UV相电压Uuv和UW相电压Uuw带入以下公式计算，得出在矢量空间反电动势矢量Edq的位置，
Figure BDA0001456642570000021
Figure BDA0001456642570000022
Figure BDA0001456642570000023
Figure BDA0001456642570000024
再通过公式
Figure BDA0001456642570000025
得到外风机的转速ω；所述转速ω是0时外风机为静止，所述转速ω是正数时外风机为正转，所述转速ω是负数时外风机为反转。
一种变频空调外风机的逆风启动控制电路，其包括：初始转速检测电路，用于检测所述外风机三相端子上的电压；主控电路，用于根据初始转速检测电路所测电压计算外风机初始转速，判断外风机旋转方向，进而输出外风机启动模式；变频调速电路，根据主控电路输出的启动模式驱动外风机转动；刹车装置，根据主控电路输出的启动模式驱动外风机刹车。
所述初始转速检测电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，其中所述第一运算放大器的同相输入端接第五电阻和第一电容的一端、并通过串联的第二电阻和第一电阻耦合连接外风机三相端子上的 U相，第五电阻和第一电容的另一端接偏置电压，第一运算放大器的反相输入端接第三电容和第二电容的一端、并通过串联的第四电阻和第三电阻耦合连接外风机三相端子上的V相，第三电容和第二电容的另一端接地，第一运算放大器的反相输入端与其输出端之间并联第六电阻和第4电容，第一运算放大器的输出端输出UV线电压Uuv；所述第二运算放大器的同相输入端接第十一电阻和第五电容的一端、并通过串联的第八电阻和第七电阻耦合连接外风机三相端子上的U相，第十一电阻和第五电容的另一端接偏置电压，第二运算放大器的反相输入端接第七电容和第六电容的一端、并通过串联的第十电阻和第九电阻耦合连接外风机三相端子上的W相，第七电容和第六电容的另一端接地，第二运算放大器的反相输入端与其输出端之间并联第十二电阻和第八电容，第二运算放大器的输出端输出UW线电压Uuw。
所述主控电路将所述UV相电压Uuv和UW相电压Uuw带入以下公式中计算，得出在矢量空间反电动势矢量Edq的位置，
Figure BDA0001456642570000031
Figure BDA0001456642570000032
Figure BDA0001456642570000033
Figure BDA0001456642570000034
再通过公式
Figure BDA0001456642570000035
得到外风机的初始转速ω；主控电路根据初始转速ω判断外风机旋转方向，所述转速ω是0时外风机为静止，所述转速ω是正数时外风机为正转，所述转速ω是负数时外风机为反转。
所述主控电路判断外风机是静止时，控制变频调速电路驱动外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式；所述主控电路判断所述外风机旋转方向是正转时，控制变频调速电路驱动外风机进入正向调速模式；所述主控电路判断所述外风机旋转方向是反转时，控制刹车装置将外风机刹车到静止，然后控制变频调速电路驱动外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fz时控制外风机进入正向调速模式；待所述外风机进入正向调速模式运行后，启动过程结束。
一种使用逆风启动控制方法的变频空调器，该变频空调器使用了所述的变频空调外风机的逆风启动控制方法。
一种具有逆风启动控制电路的变频空调器，该变频空调器具有所述的变频空调外风机的逆风启动控制电路。
与现有技术相比，本发明实现了变频空调外风机逆风启动，增强逆风启动的可靠性，避免逆风启动时经常发生的失步，过电流，过电压等故障；兼有电路简单、造价低廉的优点，具有很强的实用性和通用性。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是较佳实施例系统原理框图；
图2是较佳实施例主电路电路图；
图3是较佳实施例初始转速检测电路图；
图4是较佳实施例控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本实用新型。
本发明揭示了一种变频空调外风机的逆风启动控制方法,其包括下列步骤：检测所述外风机初始转速，判断外风机旋转方向；根据外风机旋转方向确定外风机启动模式。变频空调外风机的逆风启动的核心在于外风机的初始状态未知，直接启动经常出现过流保护，高压保护等问题。本发明在常规变频主电路(参看图2示出的拓扑结构)的基础上提出了一整套启动方案，能够较好地解决该问题。
在较佳实施例中，所述外风机旋转方向具有静止、正向转动、反向转动；所述启动模式包括刹车模式、正常启动模式、正向调速模式；参看图4示出的流程图，变频空调外风机的驱动一般由空调的主控电路控制，根据实际需求决定是否开机，转速设置多高等。因此，在未接受到开机指令以前，不管电机是否静止，是否有风，逆变器关闭。当接收到开机指令后，主控电路的MCU完成初始化，准备开机。启动控制方法包括以下步骤：检测到外风机处于静止时，控制外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式；检测到外风机处于正向转动时，控制外风机进入正向调速模式；检测到外风机处于反向转动时，控制外风机进入刹车模式，待外风机刹车到静止后控制外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式(所述预定转速Fd 为预先设置在主控电路中的转速)；检测到外风机进入正向调速模式后启动过程结束。然后再根据空调系统的需求或根据使用人的设定温度外风机调速至相应转速。
在较佳实施例中所述检测所述外风机初始转速的具体步骤是：分别检测外风机三相端子上的U相、V相、W相的线电压，将U相和V 相的线电压经过运算放大器输出UV线电压Uuv，将U相和W相的线电压经过运算放大器输出UW线电压Uuw；将所述UV相电压Uuv和UW相电压Uuw带入以下公式计算，得出在矢量空间反电动势矢量Edq的位置，
Figure BDA0001456642570000051
Figure BDA0001456642570000052
Figure BDA0001456642570000053
Figure BDA0001456642570000054
再通过公式
Figure BDA0001456642570000061
得到外风机的转速ω；所述转速ω是0时外风机为静止，所述转速ω是正数时外风机为正转，所述转速ω是负数时外风机为反转。
本发明还揭示了一种变频空调外风机的逆风启动控制电路，参看图1示出的系统框图，其包括：初始转速检测电路，用于检测所述外风机三相端子上的电压；主控电路，用于根据初始转速检测电路所测电压计算外风机初始转速，判断外风机旋转方向，进而输出外风机启动模式；变频调速电路，根据主控电路输出的启动模式驱动外风机转动；刹车装置，根据主控电路输出的启动模式驱动外风机刹车。所述启动模式包括刹车模式、正常启动模式、正向调速模式，变频调速电路和刹车装置根据启动模式而驱动外风机做相应工作。
参看图3示出的初始转速检测电路，所述初始转速检测电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，其中所述第一运算放大器的同相输入端接第五电阻R5和第一电容C1的一端、并通过串联的第二电阻 R2和第一电阻R1耦合连接外风机三相端子上的U相，第五电阻和第一电容的另一端接偏置电压，第一运算放大器的反相输入端接第三电容C3和第二电容C2的一端、并通过串联的第四电阻R4和第三电阻 R3耦合连接外风机三相端子上的V相，第三电容和第二电容的另一端接地，第一运算放大器的反相输入端与其输出端之间并联第六电阻 R6和第4电容C4，第一运算放大器的输出端输出UV线电压Uuv；所述第二运算放大器的同相输入端接第十一电阻R11和第五电容C5的一端、并通过串联的第八电阻R8和第七电阻R7耦合连接外风机三相端子上的U相，第十一电阻和第五电容的另一端接偏置电压，第二运算放大器的反相输入端接第七电容C7和第六电容C6的一端、并通过串联的第十电阻R10和第九电阻R9耦合连接外风机三相端子上的W 相，第七电容和第六电容的另一端接地，第二运算放大器的反相输入端与其输出端之间并联第十二电阻R12和第八电容C8，第二运算放大器的输出端输出UW线电压Uuw。
在较佳实施例中，所述主控电路将所述UV相电压Uuv和UW相电压Uuw带入以下公式中计算，得出在矢量空间反电动势矢量Edq的位置，
Figure BDA0001456642570000071
Figure BDA0001456642570000072
Figure BDA0001456642570000073
Figure BDA0001456642570000074
再通过公式
Figure BDA0001456642570000075
得到外风机的初始转速ω；主控电路根据初始转速ω判断外风机旋转方向，所述转速ω是0时外风机为静止，所述转速ω是正数时外风机为正转，所述转速ω是负数时外风机为反转。
在较佳实施例中，所述主控电路判断外风机是静止时，控制变频调速电路驱动外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速 Fd时控制外风机进入正向调速模式；所述主控电路判断所述外风机旋转方向是正转时，控制变频调速电路驱动外风机进入正向调速模式；所述主控电路判断所述外风机旋转方向是反转时，控制刹车装置将外风机刹车到静止，然后控制变频调速电路驱动外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fz时控制外风机进入正向调速模式；待所述外风机进入正向调速模式运行后，启动过程结束。然后再根据空调系统的需求或根据使用人的设定温度外风机调速至相应转速。
本发明还公开了一种使用逆风启动控制方法的变频空调器，该空调器使用了上述实施例中所述的变频空调外风机的逆风启动控制方法，避免逆风启动时经常发生的失步，过电流，过电压等故障。
本发明还公开了一种具有逆风启动控制电路的变频空调器，该空调器具有上述实施例中所述的变频空调外风机的逆风启动控制电路，避免逆风启动时经常发生的失步，过电流，过电压等故障。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (6)

1.一种变频空调外风机的逆风启动控制方法,其特征在于，包括下列步骤：
检测所述外风机初始转速，判断外风机旋转方向；
根据外风机旋转方向确定外风机启动模式；
所述外风机旋转方向具有静止、正向转动、反向转动；所述启动模式包括刹车模式、正常启动模式、正向调速模式；其中
检测到外风机处于静止时，控制外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式；
检测到外风机处于正向转动时，控制外风机进入正向调速模式；
检测到外风机处于反向转动时，控制外风机进入刹车模式，待外风机刹车到静止后控制外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式；
检测到外风机进入正向调速模式后启动过程结束；
所述检测所述外风机初始转速的具体步骤是：分别检测外风机三相端子上的U相、V相、W相的线电压，将U相和V相的线电压经过运算放大器输出UV线电压Uuv，将U相和W相的线电压经过运算放大器输出UW线电压Uuw；
将所述UV相电压Uuv和UW相电压Uuw带入以下公式计算，得出在矢量空间反电动势矢量Edq的位置，
Figure FDA0002366458070000011
Figure FDA0002366458070000012
Figure FDA0002366458070000013
Figure FDA0002366458070000014
再通过公式
Figure FDA0002366458070000015
得到外风机的转速ωr；所述转速ωr是0时外风机为静止，所述转速ωr是正数时外风机为正转，所述转速ωr是负数时外风机为反转。
2.一种变频空调外风机的逆风启动控制电路，其特征在于，包括：
初始转速检测电路，用于检测所述外风机三相端子上的电压；
主控电路，用于根据初始转速检测电路所测电压计算外风机初始转速，判断外风机旋转方向，进而输出外风机启动模式；
变频调速电路，根据主控电路输出的启动模式驱动外风机转动；
刹车装置，根据主控电路输出的启动模式驱动外风机刹车；
所述初始转速检测电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，其中
所述第一运算放大器的同相输入端接第五电阻(R5)和第一电容(C1)的一端、并通过串联的第二电阻(R2)和第一电阻(R1)耦合连接外风机三相端子上的U相，第五电阻和第一电容的另一端接偏置电压，第一运算放大器的反相输入端接第三电容(C3)和第二电容(C2)的一端、并通过串联的第四电阻(R4)和第三电阻(R3)耦合连接外风机三相端子上的V相，第三电容和第二电容的另一端接地，第一运算放大器的反相输入端与其输出端之间并联第六电阻(R6)和第4电容(C4)，第一运算放大器的输出端输出UV线电压Uuv；
所述第二运算放大器的同相输入端接第十一电阻(R11)和第五电容(C5)的一端、并通过串联的第八电阻(R8)和第七电阻(R7)耦合连接外风机三相端子上的U相，第十一电阻和第五电容的另一端接偏置电压，第二运算放大器的反相输入端接第七电容(C7)和第六电容(C6)的一端、并通过串联的第十电阻(R10)和第九电阻(R9)耦合连接外风机三相端子上的W相，第七电容和第六电容的另一端接地，第二运算放大器的反相输入端与其输出端之间并联第十二电阻(R12)和第八电容(C8)，第二运算放大器的输出端输出UW线电压Uuw。
3.如权利要求2所述的变频空调外风机的逆风启动控制电路，其特征在于，所述主控电路将所述UV相电压Uuv和UW相电压Uuw带入以下公式中计算，得出在矢量空间反电动势矢量Edq的位置，
Figure FDA0002366458070000021
Figure FDA0002366458070000022
Figure FDA0002366458070000023
Figure FDA0002366458070000024
再通过公式
Figure FDA0002366458070000025
得到外风机的初始转速ω r ；主控电路根据初始转速ω r 判断外风机旋转方向，所述转速ω r 是0时外风机为静止，所述转速ω r 是正数时外风机为正转，所述转速ω r 是负数时外风机为反转。
4.如权利要求3所述的变频空调外风机的逆风启动控制电路，其特征在于，
所述主控电路判断外风机是静止时，控制变频调速电路驱动外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fd时控制外风机进入正向调速模式；
所述主控电路判断所述外风机旋转方向是正转时，控制变频调速电路驱动外风机进入正向调速模式；
所述主控电路判断所述外风机旋转方向是反转时，控制刹车装置将外风机刹车到静止，然后控制变频调速电路驱动外风机进入正常启动模式，待外风机转速达到预定转速Fz时控制外风机进入正向调速模式；待所述外风机进入正向调速模式运行后，启动过程结束。
5.一种使用逆风启动控制方法的变频空调器，其特征在于，所述变频空调器使用了权利要求1所述的变频空调外风机的逆风启动控制方法。
6.一种具有逆风启动控制电路的变频空调器，其特征在于，所述变频空调器具有权利要求2至4任一项所述的变频空调外风机的逆风启动控制电路。
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