CN109560712A - 空调系统、变频控制器及其交流电压估算方法和装置 - Google Patents

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CN109560712A CN201811458318.9A CN201811458318A CN109560712A CN 109560712 A CN109560712 A CN 109560712A CN 201811458318 A CN201811458318 A CN 201811458318A CN 109560712 A CN109560712 A CN 109560712A
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Abstract

本发明提出了一种空调系统、变频控制器及其交流电压估算方法和装置，其中，变频控制器包括整流模块、功率因数校正PFC电路和功率模块，整流模块的输入端与交流电源相连，整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，PFC电路连接在整流模块的输入端或整流模块的输出端，方法包括以下步骤：获取直流母线的电压；获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值；获取PFC电路中的PFC电感的电感量；根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算输入交流电的交流电压瞬时值，从而，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低具有无源PFC的变频控制器的成本。

Description

空调系统、变频控制器及其交流电压估算方法和装置
技术领域
本发明涉及空调系统技术领域，尤其涉及一种空调系统、变频控制器及其交流电压估算方法和装置。
背景技术
相关技术中的变频控制器通常通过电压检测电路检测交流电压有效值进行电压限频、过压保护和欠压保护。但是，本申请发明人发现相关技术存在的问题在于，通过电压检测电路检测电压会增加变频控制器的成本，也不利于变频控制器的小型化。
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，本发明的第一个目的在于提出一种变频控制器的交流电压估算方法，以实现降低具有无源PFC的变频控制器的成本。
本发明的第二个目的在于提出一种变频控制器的交流电压估算装置。
本发明的第三个目的在于提出一种变频控制器。
本发明的第四个目的在于提出一种空调系统。
本发明的第五个目的在于提出另一种变频控制器。
本发明的第六个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种变频控制器的交流电压估算方法，所述变频控制器包括整流模块、功率因数校正PFC电路和功率模块，所述整流模块的输入端与交流电源相连，所述整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，所述PFC电路连接在所述整流模块的输入端或整流模块的输出端，所述方法包括以下步骤：获取所述直流母线的电压；获取所述变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值；获取所述PFC电路中的PFC电感的电感量；根据所述直流母线的电压、所述输入交流电的交流电流瞬时值和所述PFC电感的电感量估算所述输入交流电的交流电压瞬时值。
根据本发明实施例提出的变频控制器的交流电压估算方法，获取直流母线的电压，获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值，获取PFC电路中的PFC电感的电感量，然后根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算输入交流电的交流电压瞬时值，从而，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
根据本发明的一个实施例，所述的变频控制器的交流电压估算方法还包括：根据所述输入交流电的交流电压瞬时值计算所述输入交流电的交流电压有效值。
根据本发明的一个实施例，根据以下公式估算所述交流电压瞬时值：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc
其中，Vac为所述交流电压瞬时值，Iac为所述交流电压瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，L为所述PFC电感的电感量，d/dt为微分算子；
根据以下公式估算所述交流电压有效值：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac))
其中，Vrms为所述交流电压有效值，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s，SQRT 为开平方根运算。
根据本发明的一个实施例，所述变频控制器包括电解电容，所述电解电容连接所述直流母线，所述获取所述变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值包括以下步骤：获取所述变频控制器的当前负载功率瞬时值；获取所述直流母线的电压；获取所述电解电容的容量值；根据所述直流母线的电压、所述当前负载功率瞬时值和所述电解电容的容量值估算所述输入交流电的交流电流瞬时值。
根据本发明的一个实施例，根据以下公式估算所述交流电流瞬时值：
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt
其中，Iac为所述交流电流瞬时值，PL为所述当前负载功率瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，C为所述电解电容的容量值，d/dt为微分算子。
根据本发明的一个实施例，所述的变频控制器的交流电压估算方法还包括：当所述交流电压有效值小于第一电压阈值或大于第二电压阈值时，控制所述压缩机停止运行，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
根据本发明的一个实施例，所述的变频控制器的交流电压估算方法还包括：当所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值时，对所述压缩机进行限频控制，其中，所述第三电压阈值小于所述二电压阈值。
根据本发明的一个实施例，所述对所述压缩机进行限频控制包括：确定所述交流电压有效值所属的电压限频区间，其中，在所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值的范围内构造多个所述电压限频区间，所述多个电压限频区间分别与多个限频频率；根据所述交流电压有效值所属的电压限频区间对应的限频频率对所述压缩机进行限频控制。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种变频控制器的交流电压估算装置，所述变频控制器包括整流模块、电解电容和功率模块，所述整流模块的输入端与交流电源相连，所述整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，所述电解电容连接所述直流母线，所述装置包括：所述变频控制器包括整流模块、功率因数校正PFC电路和功率模块，所述整流模块的输入端与交流电源相连，所述整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，所述PFC电路连接在所述整流模块的输入端或整流模块的输出端，所述装置包括：第一获取模块，用于获取所述直流母线的电压；第二获取模块，用于获取所述变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值；第三获取模块，用于获取所述PFC电路中的PFC电感的电感量；电压估算模块，用于根据所述直流母线的电压、所述输入交流电的交流电流瞬时值和所述PFC电感的电感量估算所述输入交流电的交流电压瞬时值。
根据本发明实施例提出的变频控制器的交流电压估算装置，第一获取模块获取直流母线的电压，第二获取模块获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值，第三获取模块获取PFC电路中的PFC电感的电感量，然后电压估算模块根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算所述输入交流电的交流电压瞬时值，从而，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
根据本发明的一个实施例，所述电压估算模块，还用于根据所述输入交流电的交流电压瞬时值计算所述输入交流电的交流电压有效值。
根据本发明的一个实施例，所述电压估算模块根据以下公式估算所述交流电压瞬时值：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc
其中，Vac为所述交流电压瞬时值，Iac为所述交流电压瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，L为所述PFC电感的电感量，d/dt为微分算子；
所述电压估算模块根据以下公式估算所述交流电压有效值：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac))
其中，Vrms为所述交流电压有效值，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s，SQRT 为开平方根运算。
根据本发明的一个实施例，所述变频控制器包括电解电容，所述电解电容连接所述直流母线，所述装置还包括：第四获取模块，用于获取所述变频控制器的当前负载功率瞬时值；第五获取模块，用于获取所述电解电容的容量值；电流估算模块，用于根据所述直流母线的电压、所述当前负载功率瞬时值和所述电解电容的容量值估算所述输入交流电的交流电流瞬时值。
根据本发明的一个实施例，所述电流估算模块根据以下公式估算所述交流电流瞬时值：
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt
其中，Iac为所述交流电流瞬时值，PL为所述当前负载功率瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，C为所述电解电容的容量值，d/dt为微分算子。
根据本发明的一个实施例，所述的变频控制器的交流电压估算装置还包括控制模块，所述控制模块用于在所述交流电压有效值小于第一电压阈值或大于第二电压阈值时，控制所述压缩机停止运行，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块用于在所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值时，对所述压缩机进行限频控制，其中，所述第三电压阈值小于所述二电压阈值。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块进一步用于，确定所述交流电压有效值所属的电压限频区间，其中，在所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值的范围内构造多个所述电压限频区间，所述多个电压限频区间分别与多个限频频率，以及根据所述交流电压有效值所属的电压限频区间对应的限频频率对所述压缩机进行限频控制。
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种变频控制器，包括所述的变频控制器的交流电压估算装置。
根据本发明实施例提出的变频控制器，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出的一种空调系统，包括所述的变频控制器。
根据本发明实施例提出的空调系统，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
为达上述目的，本发明第五方面实施例提出的一种变频控制器，包括处理器存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现所述的变频控制器的交流电压估算方法。
根据本发明实施例提出的变频控制器，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
为达上述目的，本发明第六方面实施例提出的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的变频控制器的交流电压估算方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的变频控制器的交流电压估算方法的流程示意图；
图2为根据本发明一个实施例的无源PFC变频控制器的电路拓扑示意图，其中，负载为压缩机；
图3为根据本发明另一个实施例的无源PFC变频控制器的电路拓扑示意图，其中，负载为压缩机；
图4为根据本发明一个实施例的无源PFC变频控制器的电路拓扑示意图，其中，负载为压缩机和直流风机；
图5为根据本发明另一个实施例的无源PFC变频控制器的电路拓扑示意图，其中，负载为压缩机和直流风机；
图6为根据本发明一个实施例的变频控制器的负载电流采样的原理示意图；
图7为根据本发明另一个实施例的变频控制器的负载电流采样的原理示意图；
图8为根据本发明又一个实施例的变频控制器的负载电流采样的原理示意图；
图9为根据本发明一个实施例的变频控制器的交流电压估算方法的流程示意图；
图10为根据本发明实施例的变频控制器的交流电压估算装置的方框示意图；
图11为根据本发明一个实施例的变频控制器的交流电压估算装置的方框示意图；以及
图12为根据本发明另一个实施例的变频控制器的交流电压估算装置的方框示意图。
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。
下面参考附图描述本发明实施例的空调系统、变频控制器及其交流电压估算方法和装置。
首先对变频控制器的结构进行简单介绍。
根据图2-图5所示的实施例，变频控制器包括无源PFC电路，例如，无源PFC电路包括PFC电感L1。变频控制器还具有整流模块1、电解电容2和功率模块3，整流模块1 的交流侧即输入端与交流电源AC相连，整流模块1用于对交流电源AC输入的交流电进行整流以输出直流电，整流模块1的直流侧通过直流母线5与功率模块3相连；电解电容 2并联在整流模块1的直流侧即输出端，电解电容2连接直流母线5；功率模块3与整流模块1的直流侧相连，功率模块3还与负载4相连，整流模块1为功率模块3供直流电，功率模块3用于驱动负载4运转。其中，PFC电路连接可在整流模块1的输入端或整流模块 1的输出端，例如，如图2和图4所示，无源PFC电路中的PFC电感L1可设置于整流模块1的交流侧，或者，如图3和图5所示，无源PFC电路中的PFC电感L1也可设置于整流模块1的直流侧。
由此，变频控制器通过对输入的交流电进行变换，以驱动负载4运转。
进一步地，如图6、图7和图8所示，功率模块3可包括功率开关管组成的三相桥式驱动电31路，该驱动电路31可以由6个IGBT组成、或者由6个MOSFET组成、或者采用智能功率模块IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)，同时具有反并联二极管。驱动电路31可接收控制芯片32输出的驱动信号，并根据驱动信号驱动负载4的运行。换言之，控制芯片32可输出驱动信号，该驱动信号通过驱动电路31驱动负载4的运行。
其中，负载4可为变频压缩机或者直流风机。具体地，变频压缩机和直流风机的驱动电机均可为永磁同步电机或者永磁无刷直流电机。当负载4为多个时，功率模块3也可对应设置多个，每个功率模块3与一个负载4对应相连，以驱动相应的负载4。例如，如图4和图5所示，负载4为压缩机M1和直流风机M2，压缩机M1与一个功率模块3相连，直流风机M2与另一个功率模块3相连。
下面对本发明实施例的变频控制器的交流电压估算方法进行描述。
图1为根据本发明实施例的变频控制器的交流电压估算方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的变频控制器的交流电压估算方法包括以下步骤：
S1：获取直流母线的电压。
其中，直流母线电压可以通过直接检测得到，例如，可通过连接于直流母线的电压检测单元直接检测直流母线的电压。
S2：获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值。
作为本发明的一个示例，交流电流瞬时值可以直接测量得到或者间接计算得到。例如，在直接测量得到交流电流瞬时值时，可通过设置在交流电源即整流模块的交流侧的电流检测单元检测交流电流瞬时值，或者，通过设置在整流模块的直流侧的电流检测单元检测交流电经整理模块整流后得到的直流电的电流，并根据直流电的电流计算交流电流瞬时值。又如，可根据直流母线的电压、当前负载功率瞬时值和电解电容的容量值估算输入交流电的交流电流瞬时值(会在下文详细说明)。
S3：获取PFC电路中的PFC电感的电感量。
其中，PFC电感的电感量可根据硬件电路确定。
S4：根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算输入交流电的交流电压瞬时值。
应理解，变频控制器与交流电源相连，交流电源输入到变频控制器的交流电即为变频控制器的输入交流电。
本发明实施例可预先建立根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC 电感的电感量计算交流电压瞬时值的计算公式。上述计算公式可以存储在变频控制器中。
在实际使用时，可以先获取直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量，然后根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量，通过该计算公式，确定交流电压瞬时值。
进一步地，根据本发明的一个实施例，变频控制器的交流电压估算方法还包括：根据输入交流电的交流电压瞬时值计算输入交流电的交流电压有效值。
本发明实施例还可预先建立根据交流电压瞬时值计算交流电压有效值的计算公式。上述计算公式可以存储在变频控制器中。在实际使用时，可以在获取到交流电压瞬时值，通过该计算公式，确定交流电压有效值。
具体地，根据以下公式估算交流电压瞬时值：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc
其中，Vac为交流电压瞬时值，Iac为交流电压瞬时值，Vdc为直流母线的电压，L为PFC电感的电感量，d/dt为微分算子；
根据以下公式估算交流电压有效值：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac))
其中，Vrms为交流电压有效值，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s，SQRT为开平方根运算。
应理解，根据电感的电流模型，可知：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc (1)
其中，Vac为交流电压瞬时值，Iac为交流电流瞬时值，Vdc为直流母线的电压，L为PFC电感的电感量，d/dt为微分算子。
因此，根据交流电流瞬时值Iac和直流母线电压Vdc，通过公式(1)可计算得到交流电压瞬时值Vac，进而还可计算得到交流电压有效值Vrms，即：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac)) (2)
其中，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s；SQRT为开平方根运算。
由此，能够间接估算交流电压有效值，替代交流电压检测硬件电路，降低了成本，减少了器件，利于设备的小型化。
进一步地，根据本发明的一个实施例，如图9所示，获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值包括以下步骤：
S10：获取变频控制器的当前负载功率瞬时值PL。
其中，当变频控制器的负载为压缩机时，获取当前负载功率瞬时值PL包括：
获取压缩机的功率Pcomp；
将压缩机的功率作为当前负载功率瞬时值PL。
应理解，在采用交流风机的变频空调系统中，变频控制器为压缩机，交流风机不作为变频控制器的负载(交流风机可直接连接交流电源)，由此，在采用交流风机的变频空调系统中，当前负载功率瞬时值PL即为压缩机功率Pcomp。
根据本发明的一个实施例，当变频控制器的负载为直流风机和压缩机时，获取当前负载功率瞬时值PL包括：
获取压缩机的功率Pcomp；
获取直流风机的功率Pdcfan；
将压缩机的功率Pcomp与直流风机的功率Pdcfan之和作为当前负载功率瞬时值PL。
应理解，在采用直流风机的变频空调系统中，变频控制器为压缩机和直流风机，由此，在采用直流风机的变频空调系统中，当前负载功率瞬时值PL即为压缩机功率Pcomp和直流风机功率Pdcfan之和。
其中，压缩机的功率Pcomp和直流风机的功率Pdcfan的获取方式将在后面的实施例中详细说明。
S20：获取直流母线的电压。
其中，直流母线电压可以通过直接检测得到，例如，可通过连接于直流母线的电压检测单元直接检测直流母线的电压。
S30：获取电解电容的容量值。
其中，电解电容的容量值可根据硬件电路确定。
S40：根据直流母线的电压、当前负载功率瞬时值和电解电容的容量值估算输入交流电的交流电压瞬时值。
应理解，本发明实施例可预先建立根据直流母线的电压、当前负载功率瞬时值和电解电容的容量值计算交流电压瞬时值的计算公式。上述计算公式可以存储在变频控制器中。
在实际使用时，可以先获取直流母线的电压、当前负载功率瞬时值和电解电容的容量值，然后根据直流母线的电压、当前负载功率瞬时值和电解电容的容量值，通过该计算公式，确定交流电压瞬时值。
具体地，可根据以下公式估算交流电压瞬时值：
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt
其中，Iac为交流电压瞬时值，PL为当前负载功率瞬时值，Vdc为直流母线的电压，C为电解电容的容量值，d/dt为微分算子。
应理解，根据电解电容的充放电电流关系，可知交流电压瞬时值Iac等于电解电容充电电流瞬时值Icap和负载电流瞬时值Iload的标量和，即：
Iac＝Icap+Iload (3)
由于电解电容充电电流瞬时值Icap满足
Icap＝C×dVdc/dt (4)
负载电流瞬时值Iload满足
Iload＝PL/Vdc (5)
那么，根据式(3-5)，得到交流电压瞬时值Iac即为
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt (6)
其中，PL为当前负载功率瞬时值，Vdc为直流母线电压，C为电解电容的容量值。
根据当前负载功率瞬时值PL和直流母线的电压Vdc，通过公式(6)可计算得到交流电压瞬时值Iac。
由此，能够间接估算交流电流瞬时值，替代交流电流检测硬件电路，进一步降低了成本，减少了器件，利于设备的小型化。
下面对获取压缩机的功率Pcomp和直流风机的功率Pdcfan的两种方式进行详细说明。
1)第一种获取方式
如图6、图7和图8所示，可通过电流检测装置检测电流。例如，图6通过三个(或者两个)电流传感器33进行压缩机或者直流风机相电流检测，图7通过三个(或者两个) 电流采样电阻34进行压缩机或者直流风机相电流检测，图8通过单个电流采样电阻35进行压缩机或者直流风机相电流重构。
在进行压缩机或者直流风机相电流检测之后，可计算电机功率，即：
电机功率＝U相估计电压×U相电流+V相估计电压×V相电流+W相估计电压×W相电流–开关损耗
其中，U相电流、V相电流和W相电流直接检测得到，U相估计电压、V相估计电压和W相估计电压均采用考虑死区时间和导通压降影响的相电压估计方法进行估算。智能功率模块的开关损耗可通过间接测量得到，在精度要求不高的场合，智能功率模块的开关损耗可以忽略。
具体地，智能功率模块的驱动信号周期分为上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间。变频控制器最终输出三相PWM信号，可获得每相的上桥臂开通时间、死区时间和下桥臂开通时间，结合直流母线电压、IGBT导通压降和反并联二极管导通压降估算每相的相电压。其中，相电压估计方法为：
当相电流方向为从压缩机或者直流风机流向智能功率模块时，
Vest＝(Ton+Tdb)/Ts×(Vdc+Vd)+Toff/Ts×Vigbt
当相电流方向为从智能功率模块流向压缩机或者直流风机时，
Vest＝Ton/Ts×(Vdc-Vigbt)+(Toff+Tdb)/Ts×(-Vd)
其中，Vest、Vdc、Vigbt和Vd分别为相电压估计值、直流母线电压、IGBT导通压降、反并联二极管导通压降，Ton、Tdb、Toff和Ts分别为上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间和驱动信号周期。
也就是说，对于U相，可根据U相的上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间和驱动信号周期计算U相估计电压，例如，在U相相电流方向为从压缩机或者直流风机流向智能功率模块时，根据公式Vest＝(Ton+Tdb)/Ts×(Vdc+Vd)+Toff/Ts×Vigbt计算U相估计电压，当U相电流方向为从智能功率模块流向压缩机或者直流风机时，根据公式Vest＝ (Ton+Tdb)/Ts×(Vdc+Vd)+Toff/Ts×Vigbt计算U相估计电压。V相估计电压和W相估计电压的计算方式与U相估计电压的计算方式基本相同，为了简洁，这里不再详细赘述。
2)第二种获取方式
如图7和图8所示，可通过电流检测装置检测电流。例如，图7通过三个(或者两个)电流采样电阻的采样值叠加进行压缩机或者直流风机的直流母线电流检测，图8通过单个电流采样电阻进行压缩机或者直流风机的直流母线电流检测。
在进行直流母线电流检测之后，可计算电机功率，即：
电机功率＝直流母线电压×直流母线电流–导通损耗–开关损耗
其中，直流母线电压和直流母线电流可以在电路中直接检测，智能功率模块的导通损耗和智能功率模块的开关损耗可间接得到。在精度要求不高的场合，可以忽略智能功率模块的导通损耗和智能功率模块的开关损耗。
具体地，智能功率模块导通损耗为：
导通损耗＝U相导通损耗+V相导通损耗+W相导通损耗。
其中，智能功率模块的驱动信号周期分为上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间。变频控制器最终输出三相PWM信号，可获得每相的上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间和相电流绝对值，结合IGBT导通压降和反并联二极管导通压降估算每相的导通损耗。
具体地，当相电流方向为从压缩机或者直流风机流向智能功率模块时，
导通损耗＝Vigbt×Toff/Ts×Iabs+Vd×(Ton+Tdb)/Ts×Iabs
当相电流方向为从智能功率模块流向压缩机或者直流风机时，
导通损耗＝Vigbt×Ton/Ts×Iabs+Vd×(Toff+Tdb)/Ts×Iabs
其中，Vigbt和Vd分别为IGBT导通压降、反并联二极管导通压降，Ton、Tdb、Toff 和Ts分别为上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间和驱动信号周期，Iabs为相电流绝对值。
也就是说，对于U相，可根据U相的上桥臂开通时间、死区时间、下桥臂开通时间、驱动信号周期和相电流绝对值计算U相导通损耗，例如，在U相相电流方向为从压缩机或者直流风机流向智能功率模块时，根据公式导通损耗＝Vigbt×Toff/Ts×Iabs+Vd×(Ton+Tdb)/Ts×Iabs计算U相导通损耗，当U相电流方向为从智能功率模块流向压缩机或者直流风机时，根据公式导通损耗＝Vigbt×Ton/Ts×Iabs+Vd×(Toff+Tdb)/Ts×Iabs计算U相导通损耗。 V相导通损耗和W相导通损耗的计算方式与U相导通损耗的计算方式基本相同，为了简洁，这里不再详细赘述。
在获取U相导通损耗、V相导通损耗和W相导通损耗之后，计算三者之和即为智能功率模块的导通损耗。
另外，对于第一种获取方式和第二种获取方式中智能功率模块的开关损耗的计算方法如下：
通过离线测定不同直流母线电压与不同电机电流(有效值)情况下的开关损耗，制定智能功率模块的开关损耗与直流母线电压、电机电流(有效值)的二维关系表，通过查表等方法进行开关损耗补偿，如下表1所示，将直流母线电压范围等分成N个档位，将电机电流范围等分成M个档位，离线测试得到每个电压档位、电流档位时的开关损耗补偿量：
表1
例如，当直流母线电压处于电压1档位，且电机电流处于电流2档位时，智能功率模块的开关损耗即为补偿量21。
根据本申请的一个实施例，变频控制器的交流电压估算方法还包括：当交流电压有效值小于第一电压阈值或大于第二电压阈值时，控制压缩机停止运行，其中，第二电压阈值大于第一电压阈值。
也就是说，可根据交流电压有效值对压缩机的运行频率进行控制，如果交流电压有效值小于第一电压阈值，则说明压缩机处于欠压保护区，此时压缩机停机并报故障，从而实现欠压保护；如果交流电压有效值大于第二电压阈值，则说明压缩机处于过压保护区，此时压缩机停机并报故障，从而实现过压保护。
进一步地，根据本申请的一个实施例，变频控制器的交流电压估算方法还包括：当交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第三电压阈值时，对压缩机进行限频控制，其中，第三电压阈值小于二电压阈值。
具体地，对压缩机进行限频控制包括：确定交流电压有效值所属的电压限频区间，其中，在交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第三电压阈值的范围内构造多个电压限频区间，多个电压限频区间分别与多个限频频率；根据交流电压有效值所属的电压限频区间对应的限频频率对压缩机进行限频控制。作为一个示例，限频频率与交流电压有效值成正相关。
也就是说，可根据交流电压有效值对压缩机进行限频控制，即，如果交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第三电压阈值，则说明压缩机处于限频区，此时对压缩机进行限频控制，从而实现限频控制功能。
在对压缩机进行限频控制时，可划分出多个电压限频区间，每个电压限频区间对应一个限制频率。例如，可划分出两个电压限频区间，即大于等于第一电压阈值且小于第四电压阈值为第一电压限频区间，大于等于第四电压阈值且小于第三电压阈值为第二电压限频区间。其中，第四电压阈值大于第一电压阈值且小于第三电压阈值。
进而，如果交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第四电压阈值，则判断压缩机处于第一限频区，第一电压限频区间对应第一限频频率，此时根据第一限频频率对压缩机进行限频控制，即如果压缩机运行频率未超过第一限频频率，则控制压缩机正常运行，如果压缩机运行频率超过第一限频频率，则控制压缩机的运行频率降频至第一限频频率；如果交流电压有效值大于等于第四电压阈值且小于第三电压阈值，则判断压缩机处于第二限频区，第二电压限频区间对应第二限频频率，此时根据第二限频频率对压缩机进行限频控制，即如果压缩机运行频率未超过第二限频频率，则控制压缩机正常运行，如果压缩机运行频率超过第二限频频率，则控制压缩机的运行频率降频至第二限频频率，其中，第一限频频率小于或等于第二限频频率。
需说明的是，本发明实施例不限于前面提到的划分为两个电压限频区间，也可只有一个电压限频区间，或者还可以划分出三个或三个以上的电压限频区间。
另外，根据本发明的一个实施例，当交流电压有效值大于等于第三电压阈值且小于第二电压阈值时，控制压缩机正常运行。
也就是说，如果交流电压有效值大于等于第三电压阈值且小于第二电压阈值，则说明书压缩机处于正常运行区，此时压缩机的运行频率不受交流电压有效值影响。
其中，每个电压限频区间所对应的限频频率均大于压缩机在正常运行区的最高运行频率。
具体而言，根据交流电压有效值进行限频控制方法包括以下步骤：
当交流电压有效值小于第一电压阈值时，压缩机处于欠压保护区，压缩机停机并报故障；
当交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第四电压阈值时，压缩机处于第一限频区，压缩机运行频率若超过第一限频频率，则降频至第一限频频率；
当交流电压有效值大于等于第四电压阈值且小于第三电压阈值时，压缩机处于第二限频区，压缩机运行频率如若超过第二限频频率，则降频至第二限频频率；
当交流电压有效值大于等于第三电压阈值且小于第二电压阈值时，压缩机处于正常运行区，压缩机的运行频率不受交流电压有效值影响；
当交流电压有效值大于等于第二电压阈值时，压缩机处于过压保护区，压缩机停机并报故障。
其中，第一电压阈值<第四电压阈值<第三电压阈值<第二电压阈值；第一限频频率≤第二限频频率≤正常运行区最高运行频率。
由此，本发明实施例还可根据计算的交流电压有效值实现压缩机限频控制和过压/欠压保护功能。
综上，根据本发明实施例提出的变频控制器的交流电压估算方法，获取直流母线的电压，，获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值，获取PFC电路中的PFC电感的电感量，然后根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算输入交流电的交流电压瞬时值，从而，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种变频控制器的交流电压估算装置。
图10是根据本发明实施例的变频控制器的交流电压估算装置的方框示意图。变频控制器包括整流模块、功率因数校正PFC电路和功率模块，整流模块的输入端与交流电源相连，整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，PFC电路连接在整流模块的输入端或整流模块的输出端。如图10所示，该变频控制器的交流电压估算装置包括：第一获取模块101、第二获取模块102、第三获取模块103和电压估算模块104。
其中，第一获取模块101用于获取直流母线的电压；第二获取模块102用于获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值；第三获取模块103用于获取PFC电路中的PFC电感的电感量；电压估算模块104用于根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算输入交流电的交流电压瞬时值。
根据本发明的一个实施例，电压估算模块104还用于根据输入交流电的交流电压瞬时值计算输入交流电的交流电压有效值。
根据本发明的一个实施例，电压估算模块104根据以下公式估算交流电压瞬时值：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc
其中，Vac为交流电压瞬时值，Iac为交流电压瞬时值，Vdc为直流母线的电压，L为PFC电感的电感量，d/dt为微分算子；
电压估算模块104根据以下公式估算交流电压有效值：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac))
其中，Vrms为交流电压有效值，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s，SQRT为开平方根运算。
根据本发明的一个实施例，如图11所示，变频控制器包括电解电容，电解电容连接直流母线，装置还包括：第四获取模块105、第五获取模块106和电流估算模块107，其中，第四获取模块105用于获取变频控制器的当前负载功率瞬时值；第五获取模块106用于获取电解电容的容量值；电流估算模块107用于根据直流母线的电压、当前负载功率瞬时值和电解电容的容量值估算输入交流电的交流电流瞬时值。
根据本发明的一个实施例，电流估算模块107根据以下公式估算交流电流瞬时值：
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt
其中，Iac为交流电流瞬时值，PL为当前负载功率瞬时值，Vdc为直流母线的电压，C为电解电容的容量值，d/dt为微分算子。
根据本发明的一个实施例，当变频控制器的负载为压缩机时，第五获取模块105用于获取压缩机的功率，并将压缩机的功率作为当前负载功率瞬时值。
根据本发明的一个实施例，当变频控制器的负载为直流风机和压缩机时，第五获取模块105用于获取压缩机的功率，获取直流风机的功率，并将压缩机的功率与直流风机的功率之和作为当前负载功率瞬时值。
根据本发明的一个实施例，如图12所示，装置还包括控制模块108，控制模块108用于在交流电压有效值小于第一电压阈值或大于第二电压阈值时，控制压缩机停止运行，其中，第二电压阈值大于第一电压阈值。
根据本发明的一个实施例，控制模块108用于在交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第三电压阈值时，对压缩机进行限频控制，其中，第三电压阈值小于二电压阈值。
根据本发明的一个实施例，控制模块108进一步用于，确定交流电压有效值所属的电压限频区间，其中，在交流电压有效值大于等于第一电压阈值且小于第三电压阈值的范围内构造多个电压限频区间，多个电压限频区间分别与多个限频频率，以及根据交流电压有效值所属的电压限频区间对应的限频频率对压缩机进行限频控制。
需要说明的是，前述对变频控制器的交流电压估算方法实施例的解释说明也适用于该实施例的变频控制器的交流电压估算装置，此处不再赘述。
综上，根据本发明实施例提出的变频控制器的交流电压估算装置，第一获取模块获取直流母线的电压，第二获取模块获取变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值，第三获取模块获取PFC电路中的PFC电感的电感量，然后电压估算模块根据直流母线的电压、输入交流电的交流电流瞬时值和PFC电感的电感量估算输入交流电的交流电压瞬时值，从而，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种变频控制器，包括前述实施例的变频控制器的交流电压估算装置。
根据本发明实施例提出的变频控制器，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
基于上述实施例，本发明实施例又提供了一种空调系统，包括前述实施例的变频控制器。
根据本发明实施例提出的空调系统，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
为了实现上述实施例的方法，本发明还提出了另一种变频控制器，包括处理器存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现上述实施例的变频控制器的交流电压估算方法。
根据本发明实施例提出的变频控制器，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
为了实现上述实施例的方法，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述实施例的变频控制器的交流电压估算方法。
根据本发明实施例提出的计算机可读存储介质，无需通过传感器检测输入交流电压，减少了器件，利于设备的小型化，有效降低变频控制器例如具有无源PFC的变频控制器的成本。
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。
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。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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 (20)

1.一种变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于，所述变频控制器包括整流模块、功率因数校正PFC电路和功率模块，所述整流模块的输入端与交流电源相连，所述整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，所述PFC电路连接在所述整流模块的输入端或整流模块的输出端，所述方法包括以下步骤：
获取所述直流母线的电压；
获取所述变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值；
获取所述PFC电路中的PFC电感的电感量；
根据所述直流母线的电压、所述输入交流电的交流电流瞬时值和所述PFC电感的电感量估算所述输入交流电的交流电压瞬时值。
2.根据权利要求1所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于，还包括：
根据所述输入交流电的交流电压瞬时值计算所述输入交流电的交流电压有效值。
3.根据权利要求2所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于，根据以下公式估算所述交流电压瞬时值：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc
其中，Vac为所述交流电压瞬时值，Iac为所述交流电压瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，L为所述PFC电感的电感量，d/dt为微分算子；
根据以下公式估算所述交流电压有效值：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac))
其中，Vrms为所述交流电压有效值，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s，SQRT为开平方根运算。
4.根据权利要求1所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于,所述变频控制器包括电解电容，所述电解电容连接所述直流母线，所述获取所述变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值包括以下步骤：
获取所述变频控制器的当前负载功率瞬时值；
获取所述直流母线的电压；
获取所述电解电容的容量值；
根据所述直流母线的电压、所述当前负载功率瞬时值和所述电解电容的容量值估算所述输入交流电的交流电流瞬时值。
5.根据权利要求4所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于,根据以下公式估算所述交流电流瞬时值：
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt
其中，Iac为所述交流电流瞬时值，PL为所述当前负载功率瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，C为所述电解电容的容量值，d/dt为微分算子。
6.根据权利要求2所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于，还包括：
当所述交流电压有效值小于第一电压阈值或大于第二电压阈值时，控制所述压缩机停止运行，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
7.根据权利要求6所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于，还包括：
当所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值时，对所述压缩机进行限频控制，其中，所述第三电压阈值小于所述二电压阈值。
8.根据权利要求6所述的变频控制器的交流电压估算方法，其特征在于，所述对所述压缩机进行限频控制包括：
确定所述交流电压有效值所属的电压限频区间，其中，在所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值的范围内构造多个所述电压限频区间，所述多个电压限频区间分别与多个限频频率；
根据所述交流电压有效值所属的电压限频区间对应的限频频率对所述压缩机进行限频控制。
9.一种变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，所述变频控制器包括整流模块、功率因数校正PFC电路和功率模块，所述整流模块的输入端与交流电源相连，所述整流模块的输出端通过直流母线与功率模块相连，所述PFC电路连接在所述整流模块的输入端或整流模块的输出端，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述直流母线的电压；
第二获取模块，用于获取所述变频控制器的输入交流电的交流电流瞬时值；
第三获取模块，用于获取所述PFC电路中的PFC电感的电感量；
电压估算模块，用于根据所述直流母线的电压、所述输入交流电的交流电流瞬时值和所述PFC电感的电感量估算所述输入交流电的交流电压瞬时值。
10.根据权利要求9所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，所述电压估算模块，还用于根据所述输入交流电的交流电压瞬时值计算所述输入交流电的交流电压有效值。
11.根据权利要求10所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，所述电压估算模块根据以下公式估算所述交流电压瞬时值：
Vac＝L×dIac/dt+Vdc
其中，Vac为所述交流电压瞬时值，Iac为所述交流电压瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，L为所述PFC电感的电感量，d/dt为微分算子；
所述电压估算模块根据以下公式估算所述交流电压有效值：
Vrms＝SQRT(LPF(Vac×Vac))
其中，Vrms为所述交流电压有效值，LPF为低通滤波器，截止频率小于100rad/s，SQRT为开平方根运算。
12.根据权利要求9所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，所述变频控制器包括电解电容，所述电解电容连接所述直流母线，还包括：
第四获取模块，用于获取所述变频控制器的当前负载功率瞬时值；
第五获取模块，用于获取所述电解电容的容量值；
电流估算模块，用于根据所述直流母线的电压、所述当前负载功率瞬时值和所述电解电容的容量值估算所述输入交流电的交流电流瞬时值。
13.根据权利要求12所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于,所述电流估算模块根据以下公式估算所述交流电流瞬时值：
Iac＝PL/Vdc+C×dVdc/dt
其中，Iac为所述交流电流瞬时值，PL为所述当前负载功率瞬时值，Vdc为所述直流母线的电压，C为所述电解电容的容量值，d/dt为微分算子。
14.根据权利要求10所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块用于在所述交流电压有效值小于第一电压阈值或大于第二电压阈值时，控制所述压缩机停止运行，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。
15.根据权利要求14所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，所述控制模块用于在所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值时，对所述压缩机进行限频控制，其中，所述第三电压阈值小于所述二电压阈值。
16.根据权利要求15所述的变频控制器的交流电压估算装置，其特征在于，所述控制模块进一步用于，确定所述交流电压有效值所属的电压限频区间，其中，在所述交流电压有效值大于等于所述第一电压阈值且小于第三电压阈值的范围内构造多个所述电压限频区间，所述多个电压限频区间分别与多个限频频率，以及根据所述交流电压有效值所属的电压限频区间对应的限频频率对所述压缩机进行限频控制。
17.一种变频控制器，其特征在于，包括根据权利要求9-16中任一项所述的变频控制器的交流电压估算装置。
18.一种空调系统，其特征在于，包括根据权利要求17所述的变频控制器。
19.一种变频控制器，其特征在于，包括处理器存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-8中任一所述的变频控制器的交流电压估算方法。
20.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一所述的变频控制器的交流电压估算方法。
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