CN109342760B - 直流变频空调室外风机的初始转速检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流变频空调室外风机的初始转速检测方法，所述直流变频空调室外风机采用FOC控制算法，包括以下步骤：S1、设置交轴目标电流IqReg及直轴目标电流IdReg均等于0，并使速度环开环运行，电流环闭环运行；S2、检测并获取有风机α轴输出的电压值Vα及风机β轴输出的电压值Vβ；S3、将Vα及Vβ通过锁相环模块，输出有信号的电角速度ω；S4、将电角速度ω进行换算，获取有风机的初始转速Speed0；该方法针对变频空调室外直流风机无位置传感器的应用情况，在不增加任何硬件成本的基础上，通过软件程序即能有效地对风机的初始转速进行检测，具备较高的实用性。

Description

直流变频空调室外风机的初始转速检测方法
技术领域
本发明涉及空调检测技术领域，尤其涉及一种直流变频空调室外风机的初始转速检测方法。
背景技术
随着国家和企业对能效、噪音要求越来越高，变频空调行业室外风机更新换代为永磁同步电机(简称PMSM)。室外风机(PMSM)控制算法一般都是矢量控制算法，也就是磁场定向控制算法(简称FOC)；矢量控制算法由坐标变换、电流采样和重构、位置估算、速度调节器、电流调节器、空间矢量调制(简称SVPWM)构成。
由于变频空调室外部分是放在户外的，由于天气原因，特别是台风、暴风等情况，在风机启动时，风机初始状态大多数情况下可能不是处于静止状态，可能存在逆风(反向转动)的情况，也可能存在顺风的情况，所以风机的启动，就和风机初始状态的初始转速息息相关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流变频空调室外风机的初始转速检测方法。
直流变频空调室外风机的初始转速检测方法，所述直流变频空调室外风机采用FOC控制算法，包括以下步骤：
S1、设置交轴目标电流IqReg及直轴目标电流IdReg均等于0，并使速度环开环运行，电流环闭环运行；
S2、检测并获取有风机α轴输出的电压值Vα及风机β轴输出的电压值Vβ；
S3、将Vα及Vβ输入至锁相环模块，经锁相环模块输出有电角速度ω；
S4、将电角速度ω进行换算，获取有风机的初始转速Speed0。
电角速度是表示圆周运动每秒转动幅度，单位为rad/s，可理解为电气角速度。
进一步地，还包括有以下步骤：S5、设定有标准转速值WindSpdMin，比较初始转速Speed0与标准转速值WindSpdMin的大小，以对风机的转向状态作出判定；
当Speed0≥WindSpdMin时，判定风机为正转状态；
当-WindSpdMin＜Speed0＜WindSpdMin时，判定风机为静止状态；
当Speed0≤-WindSpdMin时，判定风机为反转状态。
进一步地，所述标准转速值WindSpdMin的设置范围为30～50rpm。
进一步地，所述步骤S3中，于所述锁相环模块内，基于公式Δθ＝Vα×cos(θ)-Vβ×sin(θ)，将所述Vα及Vβ的实时数值输入并进行运算，以计算出误差角度Δθ，所述误差角度Δθ经PI调节器以输出所述电角速度ω。
进一步地，所述步骤S4中，基于公式Speed0＝60/(2πP)×ω，将所述电角速度ω的实时数值输入并进行运算，以计算出初始转速Speed0；其中，P为风机极对数。
进一步地，所述步骤S4中，进行初始转速Speed0的换算前，将所述电角速度ω通过低通滤波器以滤除噪声。
本发明提出的一种直流变频空调室外风机的初始转速检测方法，针对变频空调室外直流风机无位置传感器的应用情况，在不增加任何硬件成本的基础上，通过软件程序即能有效地对风机的初始转速进行检测，具备较高的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例中的室外直流风机FOC控制算法原理框图；
图2为本发明实施例中的室外直流风机初始速度检测模块的示意图；
图3为本发明实施例中的室外直流风机初始速度划分方法原理示意图；
图4为本发明实施例中的实际变频室外风机实测初始逆风状态下Vα和Vβ信号示意图；
图5为本发明实施例中的实际变频室外风机实测初始逆风状态下检测的初始转速信号示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案、目的及其优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的解释说明。
永磁同步电机采用的控制算法如图1所示，为FOC控制算法原理框图；FOC包括的功能模块和作用如表1所示，图中所示变量如表2所示。
表1控制算法FOC功能模块说明
Figure BDA0001823188050000021
Figure BDA0001823188050000031
表2控制算法FOC变量说明
Figure BDA0001823188050000032
本发明提出的初始转速检测方法是基于图1的控制策略基础上实现的，本发明提出一种给定0电流矢量，通过以α、β轴的电压(Vα、Vβ)经过锁相环模块和低通滤波器实现初始转速的检测，不增加硬件成本的前提下，通过软件程序的应用设置，以实现初始转速的检测。
具体实现过程如下：
断开速度调节器，设置IqReg＝0，同时设置直轴目标电流IdReg＝0，此时速度环开环，电流环闭环控制；
如图1所示，在IdReg＝0和IqReg＝0时，通过电流环的交轴PI调节器输出的电压经过坐标变换输出的Vα和Vβ信号。
当风机处于正转时(顺风状态时)，Vα信号超前Vβ信号90度电角度。
当风机处于反转时(逆风状态时)，Vα信号滞后Vβ信号90度电角度。
风机处于静止状态时，Vα和Vβ信号理论上为0，实际上为含由白噪声的信号。
如图2所示，检测得出的两个角度相差90度的Vα和Vβ，通过锁相环模块，基于公式Δθ＝Vα×cos(θ)-Vβ×sin(θ)，将所述Vα及Vβ的实时数值输入并进行运算，以计算出误差角度Δθ，所述误差角度Δθ经PI调节器以输出电角速度ω(单位：rad/s)；
电角速度ω通过一阶低通滤波器以滤除噪声后，基于公式Speed0＝60/(2πP)×ω，将所述电角速度ω的实时数值输入并进行运算，以计算出初始转速Speed0(单位：rpm)；其中，P为风机极对数，Speed0为风机的初始转速，τ为一阶低通滤波器的时间常数；低通滤波器的带宽一般为1～2rad/s。
初始转速和风机状态如下：
当风机处于正转状态时，处于顺风环境，初始转速为大于零的值(Speed0>0)；
当风机处于静止状态时，处于无风环境，初始转速理论上为等于零的值(Speed0＝0)；
当风机处于反转状态时，处于逆风环境，初始转速为小于零的值(Speed0<0)；
则可以通过初始转速的正负来判断风机是正转还是反转。
由于转速很低和风机静止时很难区分，所以如图3所示，本发明进一步地提出一种区分方法：
当Speed0≥WindSpdMin时，处于区间2：判定风机为正转状态；
当-WindSpdMin＜Speed0＜WindSpdMin时，区间0：判定风机为静止状态；
当Speed0≤-WindSpdMin时，区间1：判定风机为反转状态。
标准转速值WindSpdMin设置为30～50rpm。
不同的区间执行不同的启动策略。
如图4及图5所示，根据本发明的一种直流变频空调室外风机的初始转速检测方法，应用于变频空调室外风机上，实测得逆风状态下风机的Vα、Vβ信号及初始转速实测波形；此时，Vα滞后Vβ信号90度电角度。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明的实施原理前提下，依然可以对所述实施例进行修改，而相应修改方案也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.直流变频空调室外风机的初始转速检测方法，所述直流变频空调室外风机采用FOC控制算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置交轴目标电流IqReg及直轴目标电流IdReg均等于0，并使速度环开环运行，电流环闭环运行；
S2、检测并获取有风机α轴输出的电压值Vα及风机β轴输出的电压值Vβ；
S3、将Vα及Vβ输入至锁相环模块，经锁相环模块输出有电角速度ω；
S4、将电角速度ω进行换算，获取有风机的初始转速Speed0。
2.如权利要求1所述的初始转速检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：S5、设定有标准转速值WindSpdMin，比较初始转速Speed0与标准转速值WindSpdMin的大小，以对风机的转向状态作出判定；
当Speed0≥WindSpdMin时，判定风机为正转状态；
当-WindSpdMin＜Speed0＜WindSpdMin时，判定风机为静止状态；
当Speed0≤-WindSpdMin时，判定风机为反转状态。
3.如权利要求2所述的初始转速检测方法，其特征在于，所述标准转速值WindSpdMin的设置范围为30～50rpm。
4.如权利要求1所述的初始转速检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，于所述锁相环模块内，基于公式Δθ＝Vα×cos(θ)-Vβ×sin(θ)，将所述Vα及Vβ的实时数值输入并进行运算，以计算出误差角度Δθ，所述误差角度Δθ经PI调节器以输出所述电角速度ω。
5.如权利要求1所述的初始转速检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，基于公式Speed0＝60/(2πP)×ω，将所述电角速度ω的实时数值输入并进行运算，以计算出初始转速Speed0；其中，P为风机极对数。
6.如权利要求1所述的初始转速检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，进行初始转速Speed0的换算前，将所述电角速度ω通过低通滤波器以滤除噪声。
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