CN109768748A - 矢量控制系统、控制方法、装置、空调器与存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种矢量控制系统、控制方法、装置、空调器与存储介质，其中，矢量控制系统包括：控制模块与变频驱动模块，控制模块包括弱磁电流、最大转矩电流比控制单元和调节模组；变频驱动模块接收输入脉冲宽度调制信号，用于将直流信号逆变为三相交流信号，以输入永磁同步电机，其中，通过注入弱磁电流增加三相交流信号的电流输出，以使永磁同步电机发热。该矢量控制系统，通过向永磁同步电机注入弱磁电流增加三相交流信号的电流输出，从而使永磁同步电机能够发热，只需要通过软件控制的方式实现弱磁电流的增加，不需要对现有的压缩机结构进行更改，便实现了低温发热的功能，将其应用于空调室外机，有助于降低企业的生产成本，且结构较为简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及低温制热技术领域，具体而言，涉及一种矢量控制系统、一种运行控制方法与一种计算机可读存储介质。
背景技术
相关技术中，通过喷漆增焓变频压缩机技术或双级压缩变频等压缩机技术解决室外换热器低温制热的问题，但是以上的解决方案均需要配备特殊结构的压缩机，采用特殊结构的压缩机不但需要增加产品成本，而且对整体结构需要做比较大的改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供一种矢量控制系统。
本发明的另一个目的在于提供一种运行控制方法。
本发明的再一个目的在于提供一种运行控制装置。
本发明的再一个目的在于提供一种空调器。
本发明的再一个目的在于提供一种计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提供了一种矢量控制系统，适用于变频压缩机，所述变频压缩机内设置有永磁同步电机，包括：控制模块与变频驱动模块，其中，控制模块包括：弱磁控制单元，用于输出弱磁电流；无功电流控制单元，用于向所述弱磁控制单元注入无功电流，以使所述弱磁控制单元根据所述无功电流调制所述弱磁电流；最大转矩电流比控制单元，接收输入的给定转矩与调制后的所述弱磁电流，并根据所述给定转矩、预设转矩电流系数与所述弱磁电流输出给定交轴电流与给定直轴电流；调节模组，所述调节模组接收所述给定交轴电流与所述给定直轴电流，并输出脉冲宽度调制信号；所述变频驱动模块接收所述输入脉冲宽度调制信号，用于将直流信号逆变为三相交流信号，以输入永磁同步电机，其中，通过注入所述弱磁电流增加所述三相交流信号的电流输出，以使所述永磁同步电机发热。
本发明第一方面的实施例提供的矢量控制系统，适用于设置有永磁同步电机的变频压缩机，包括控制模块和变频驱动模块，其中，电磁转矩是电机旋转磁场各极磁通与转子电流相互作用而在转子上形成的旋转力矩，而电磁转矩的大小与旋转磁通及转子电流的乘积呈正比，而只有有功电流才能够产生电磁转矩，因此注入的无功电流不会对电磁转矩造成影响，并且，弱磁控制单元控制模块在现有控制策略的基础上增加无功电流控制单元，以通过注入无功电流对应增大输入至永磁同步电机的相电流，增加的这部分相电流在不影响电机正常旋转的前提下，转换为热能，以使电机发热，电机散热能够将热量传递到室外的换热器上，通过接收到电机散发的热量，一方面，如果室外换热器未结霜，则能够实现预防结霜，如果室外换热器以结霜，则有利于提升化霜效率与化霜效果。
具体地，由于变频驱动模块具有实体器件结构，以及芯片集成化结构两种结构形式，因此在本申请中，将矢量控制系统划分为集成于控制芯片中的控制模块与变频驱动模块两部分来描述，其中，控制模块包括弱磁控制单元、最大转矩电流比控制单元和调节模组，弱磁控制单元用于输出弱磁电流，最大转矩电流比控制单元用于接收输入的给定转矩与弱磁电流，并能够根据给定转矩、预设转矩电流系数与弱磁电流输出给定交轴电流与给定直轴电流，调节模组用于接收给定交轴电流和给定直轴电流并输出为脉冲宽度调制信号；变频驱动模块接收到输入脉冲宽度调制信号后，将直流信号逆变为三相交流信号，并输入永磁同步电机，通过注入弱磁电流增加三相交流信号的电流输出，从而使永磁同步电机能够发热，只需要通过软件控制的方式实现弱磁电流的增加，不需要对现有的压缩机结构进行更改，便实现了低温发热的功能，将其应用于空调室外机，有助于降低企业的生产成本，且结构较为简单，易于实现。
其中，本领域的技术人员基于现有技术能够理解的是，调节模组包括电流调节器、park逆变单元、空间矢量调制单元等。
在上述技术方案中，可选地，所述弱磁控制单元接收幅值电压，并根据所述幅值电压确定弱磁控制电流；所述矢量控制系统还包括：无功电流控制单元，用于向所述弱磁控制单元注入无功电流，以使所述弱磁控制单元根据所述弱磁控制电压与所述无功电流向所述最大转矩电流比控制单元注入所述弱磁电流。
在该技术方案中，控制模块还包括用于接收幅值电压的弱磁控制单元，此外，弱磁控制单元还能够根据幅值电压确定弱磁控制电流；矢量控制系统还包括无功电流控制单元，无功电流控制单元用于向弱磁控制单元注入无功电流，以使弱磁控制单元根据弱磁控制电压与无功电流相最大转矩电流比控制单元注入弱磁电流。
其中，通过注入无功电流，一方面，由于无功电流不会增加电磁转矩，因此不会对电机的转速造成影响，另一方面，无功电流能够增大对电机输出的相电流、从而增加变频压缩机内永磁同步电机发热。
在上述技术方案中，可选地，所述弱磁控制单元具体用于：将电压限幅阈值与所述幅值电压之间的差值确定为弱磁电压差值；对所述弱磁电压差值执行比例积分调节操作，以得到所述弱磁控制电流；将所述弱磁控制电流与所述无功电流之和执行限幅操作，以得到所述弱磁电流。
其中，将根据旋转坐标系下输出电压ud/uq或者静止坐标系下输出电压uα/uβ计算输出的电压值确定为幅值电压us，即：
根据驱动器能够输出的最大电压幅值设置电压限幅阈值umax，当采用空间矢量脉宽调制算法并且驱动器只工作在线性调制区内而不进行过调制时，能够输出的最大电压幅值为直流母线电压udc的0.577倍，那么，umax＝0.577udc，其中，
在该技术方案中，通过将弱磁控制电流与无功电流之和进行限流操作，以将超过预定门限值的所有瞬时电流减弱至接近该门限值，以实现弱磁控制，弱磁控制单元具体用于将电压限幅阈值与幅值电压之间的差值确定为弱磁电压差值，并对弱磁电压差值执行比例积分调节操作，以得到弱磁控制电流，通过将弱磁控制电流与无功电流之和执行限幅操作以得到弱磁电流。
在上述技术方案中，可选地，所述调节模组包括：第一电流调节器与第二电流调节器，所述第一电流调节器接收所述给定交轴电流与反馈交轴电流并输出交轴电压，所述第二电流调节器接收所述给定直轴电流与反馈直轴电流并输出直轴电压；park逆变单元，接收所述交轴电压与所述直轴电压，并将所述交轴电压与所述直轴电压逆变为矢量控制输出电压；空间矢量调制单元，用于根据接收的所述矢量控制输出电压输出所述脉冲宽度调制信号，其中，根据所述矢量控制输出电压，或所述交轴电压与所述直轴电压确定所述幅值电压。
在该技术方案中，调节模组包括第一电流调节器与第二电流调节器、park逆变单元和空间矢量调制单元；第一电流调节器用于接收给定交轴电流与反馈交轴电流并输出交轴电压，第二电流调节器接收给定直轴电流与反馈直轴电流并输出直轴电压，park逆变单元用于接收第一电流调节器和第二电流调节器输出的交轴电压和直轴电压，并将交轴电压与直轴电压逆变为矢量控制输出电压，空间矢量调制单元用于接收矢量控制输出电压，并根据接收的矢量控制输出电压输出脉冲宽度调制信号，以便变频驱动模块将直流信号逆变为三相交流信号，其中，调节模组根据矢量控制输出电压，或交轴电压与直轴电压确定幅值电压。
在上述项技术方案中，可选地，还包括：电流传感器，用于采集所述变频驱动单元输出的三相交流信号；所述控制模块还包括：clarke变换单元，用于将所述三相交流信号转换为静止坐标反馈电流；磁链角度与转速估计单元，接收所述静止坐标反馈电流与所述矢量控制输出电压，并根据无传感器估计算法计算估计转速与估计角度；park变换单元，用于将所述静止坐标反馈电流变换为所述反馈交轴电流与所述反馈直轴电流，并分别输入至所述第一电流调节器与所述第二电流调节器。
在该技术方案中，矢量控制系统还包括电流传感器，电流传感器能够采集变频驱动单元输出的三相交流信号，以便于输入永磁同步电机；控制模块还包括clarke变换单元、磁链角度与转速估计单元和park变换单元，clarke变换单元能够将三相交流信号转换为静止坐标反馈电流，磁链角度与转速估计单元用于接收静止坐标反馈电流与矢量控制输出电压，并根据无传感器估计算法计算估计转速与估计角度，park变换单元用于将静止坐标反馈电流变换为反馈交轴电流与反馈直轴电流，并将其分别输入至第一电流调节器与第二电流调节器中，以便第一电流控制器和第二电流控制器输出交轴电压和直轴电压。
在上述项技术方案中，可选地，所述控制模块还包括：比例积分控制器，用于根据输入的给定转速与所述估计转速输出所述给定转矩。
在该技术方案中，控制模块还包括比例积分控制器，比例积分控制器能够根据输入的给定转速与估计转速输出给定转矩，以便于最大转矩电流比控制单元快速根据给定转矩输出给定交轴电流和给定直轴电流。
在上述任一项技术方案中，所述控制模块集成在控制芯片中；所述变频驱动模块包括6个IGBT或6个MOSFET，以形成逆变桥结构。
在该技术方案中，将控制模块集成在控制芯片中，便于控制芯片的集中控制；变频驱动模块由6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者6个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)构造形成，由于IGBT或MOSFET的驱动功率及能耗较低，且散热稳定、安装维修较为方便，因此将其作为变频驱动模块有助于降低产品的生产成本及产品的使用稳定性。
在上述任一项技术方案中，可选地，所述控制模块与所述变频驱动模块集成于智能功率模块中。
在该技术方案中，变频驱动模块也可以为IPM(Intelligent Power Module，智能控制模块)，通过将控制模块与变频驱动模块集成设置在智能功率模块中，有助于集中控制和管理控制模块和变频驱动模块，且有助于提高产品整体的集成度。
根据本发明的第二方面的实施例，提供了一种运行控制方法，适用于空调器，空调器设置有变频压缩机，变频压缩机由第一方面的实施例中任一项所述的矢量控制系统控制运行，运行控制方法包括：在制热模式中，向矢量控制系统注入无功电流，通过注入无功电流增加变频压缩机的三相电流输入，使变频压缩机中的永磁同步电机散热。
本发明第二方面的实施例提供的运行控制方法，适用于空调器，空调器设置有由矢量控制系统控制运行的变频压缩机，在制热过程或/和化霜过程中，通过检测室外环境温度，来确定是否需要永磁同步电机进行发热并散热，以降低室外换热器结霜的概率或辅助化霜，当室外环境温度低于第一温度阈值时，给变频压缩机注入无功电流。所述第一温度阈值选取范围为-40℃至20℃。当压缩机运行频率稳定时，通过给变频压缩机注入无功电流，使得压缩机相电流有效值稳定在第一电流阈值与第二电流阈值之间。所述第一电流阈值<第二电流阈值<电流保护阈值，其中，电流保护阈值小于压缩机退磁电流、并小于驱动电路瞬时过流阈值。当模块温度达到温度限频阈值时、或者输入电流达到过流限频阈值、或者排气温度达到排气高温限频阈值时，首先逐渐减小压缩机无功电流，当无功电流已经减小至零时则逐渐降低压缩机运行频率。其中，模块温度限频阈值的优选设定范围为75～95℃，排气温度限频阈值的优选设定范围为95～115℃，通过向室外换热器散热，一方面，如果室外换热器未结霜，则能够实现预防结霜，如果室外换热器以结霜，则有利于提升化霜效率与化霜效果。
具体地，通过向矢量控制系统注入无功电流，从而能够增加变频压缩机的三相电流输入，以使变频压缩机中的永磁同步电机发热，最终达到室外机的制热或化霜的目的，该运行控制方法，不需要额外增加特殊结构的压缩机，便能实现低温制热的功能，且能够加快室外机的化霜过程、缩短化霜时间，并有效提高了低温制热化霜周期内平均制热能力，降低了企业的生产成本。
在上述技术方案中，优选地，还包括：若检测到室外环境温度低于第一温度阈值，则触发注入所述无功电流，其中，所述第一温度阈值大于或等于-40℃，并小于或等于20℃。
在该技术方案中，运行控制方法还包括：若检测到室外温度低于第一温度阈值时，则触发生成低温制热指令，以向变频压缩机中注入无功电流，从而增大变频压缩机的相电流，以实现低温制热。其中，将第一温度阈值设置为大于或等于-40℃，并小于或等于20℃，有助于提高变频压缩机运行的稳定性。
在上述技术方案中，优选地，还包括：在所述变频压缩机处于稳定运行状态后，采集所述变频压缩机的相电流；若检测到所述相电流小于第一电流阈值，或大于第二电流阈值，则调节所述无功电流，直至所述相电流处于所述第一电流阈值与所述第二电流阈值范围内，其中，所述第一电流阈值小于第二电流阈值，所述第二电流阈值小于电流保护阈值。
在该技术方案中，运行控制方法还包括：在变频压缩机处于稳定运行状态后，采集变频压缩机的相电流，若检测到相电流小于第一电流阈值或大于第二电流阈值时，通过调节无功电流，以使变频压缩机的相电流有效值稳定在第一电流阈值与第二电流阈值的范围内，其中，第一电流阈值小于第二电流阈值，第二电流阈值小于电流保护阈值，且电流保护阈值小于变频压缩机退磁电流并小于欲动电路瞬时过流阈值，从而保证变频压缩机能够持续稳定的运行。
其中，电流保护阈值小于压缩机退磁电流、并小于驱动电路瞬时过流阈值。
在上述任一项技术方案中，优选地，在所述变频压缩机运行过程中，所述空调器的室外换热器的温度达到温度限频阈值；所述变频压缩机的输入电流达到过流限频阈值；所述变频压缩机的排气温度达到排气高温限频阈值，若满足上述至少一项，则控制减小所述无功电流；在所述无功电流减小至0后，控制降低所述变频压缩机的运行频率。
在该技术方案中，变频压缩机在运行过程中，空调器的室外换热器的温度达到温度限频阈值时，或变频压缩机的输入电流达到过流限频阈值时，或变频压缩机的排气温度达到排气高温限频阈值时，则控制逐渐减小无功电流，当无功电流已经减小至0时则逐渐降低变频压缩机的运行频率，以进一步确保变频压缩机的稳定运行，其中，温度限频阈值的优选设定范围为75～95℃，排气温度限频阈值的优选设定范围为95～115℃。
根据本发明的第三方面的技术方案，提供了一种运行控制装置，适用于空调器，运行控制装置包括处理器，处理器执行计算机程序时能够实现如上述任一技术方案中运行控制方法的步骤。
本发明的第四方面提供了一种空调器，空调器包括如上述任一技术方案中的运行控制装置，因此该空调器包括如上述任一技术方案中、运行控制装置的全部有益效果，因此不再赘述。
根据本发明的第五方面的技术方案，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被执行时实现上述任一项技术方案限定的运行控制方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，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示出了根据本发明的一个实施例的控制电路拓扑图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的变频压缩机矢量控制的坐标关系图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的变频压缩机的无传感器矢量控制系统的框图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的弱磁控制单元的结构示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的向弱磁控制单元注入无功电流的示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的运行控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
如图1所示，根据本发明的实施例提供的矢量控制系统，适用于变频压缩机，包括：控制模块与变频驱动模块108，其中，如图5所示，控制模块包括：弱磁控制单元102，用于输出弱磁电流；无功电流控制单元104，用于向所述弱磁控制单元102注入无功电流，以使所述弱磁控制单元102根据所述无功电流调制所述弱磁电流；最大转矩电流比控制单元106，接收输入的给定转矩与调制后的所述弱磁电流，并根据所述给定转矩、预设转矩电流系数与所述弱磁电流输出给定交轴电流与给定直轴电流；调节模组，所述调节模组接收所述给定交轴电流与所述给定直轴电流，并输出脉冲宽度调制信号；所述变频驱动模块108接收所述输入脉冲宽度调制信号，用于将直流信号逆变为三相交流信号，以输入永磁同步电机，其中，通过注入所述弱磁电流增加所述三相交流信号的电流输出，以使所述永磁同步电机发热。
在该实施例中，如图1所示，矢量控制系统包括控制模块和变频驱动模块108，其中，电磁转矩是电机旋转磁场各极磁通与转子电流相互作用而在转子上形成的旋转力矩，而电磁转矩的大小与旋转磁通及转子电流的乘积呈正比，而只有有功电流才能够产生电磁转矩，因此注入的无功电流不会对电磁转矩造成影响，并且，弱磁控制单元102控制模块在现有控制策略的基础上增加无功电流控制单元104，以通过注入无功电流对应增大输入至永磁同步电机的相电流，增加的这部分相电流在不影响电机正常旋转的前提下，转换为热能，以使电机发热，电机散热能够将热量传递到室外的换热器上，通过接收到电机散发的热量，一方面，如果室外换热器未结霜，则能够实现预防结霜，如果室外换热器以结霜，则有利于提升化霜效率与化霜效果。
具体地，由于变频驱动模块108具有实体器件结构，以及芯片集成化结构两种结构形式，因此在本申请中，将矢量控制系统划分为集成于控制芯片中的控制模块与变频驱动模块108两部分来描述，其中，控制模块包括弱磁控制单元102、最大转矩电流比控制单元106和调节模组，弱磁控制单元102用于输出弱磁电流，最大转矩电流比控制单元106用于接收输入的给定转矩与弱磁电流，并能够根据给定转矩、预设转矩电流系数与弱磁电流输出给定交轴电流与给定直轴电流，调节模组用于接收给定交轴电流和给定直轴电流并输出为脉冲宽度调制信号；变频驱动模块108接收到输入脉冲宽度调制信号后，将直流信号逆变为三相交流信号，并输入永磁同步电机，通过注入弱磁电流增加三相交流信号的电流输出，从而使永磁同步电机能够发热，只需要通过软件控制的方式实现弱磁电流的增加，不需要对现有的压缩机结构进行更改，便实现了低温发热的功能，将其应用于空调室外机，有助于降低企业的生产成本，且结构较为简单，易于实现。
其中，本领域的技术人员基于现有技术能够理解的是，调节模组包括电流调节器、park逆变单元114、空间矢量调制单元116等。
如图4所示，在上述实施例中，可选地，所述弱磁控制单元102接收幅值电压，并根据所述幅值电压确定弱磁控制电流；所述矢量控制系统还包括：无功电流控制单元104，用于向所述弱磁控制单元102注入无功电流，以使所述弱磁控制单元102根据所述弱磁控制电压与所述无功电流向所述最大转矩电流比控制单元106注入所述弱磁电流。
在该实施例中，控制模块还包括用于接收幅值电压的弱磁控制单元102，此外，弱磁控制单元102还能够根据幅值电压确定弱磁控制电流；矢量控制系统还包括无功电流控制单元104，无功电流控制单元104用于向弱磁控制单元102注入无功电流，以使弱磁控制单元102根据弱磁控制电压与无功电流相最大转矩电流比控制单元106注入弱磁电流。
其中，通过注入无功电流，一方面，由于无功电流不会增加电磁转矩，因此不会对电机的转速造成影响，另一方面，无功电流能够增大对电机输出的相电流、从而增加变频压缩机内永磁同步电机发热。
在上述实施例中，可选地，所述弱磁控制单元102具体用于：将电压限幅阈值与所述幅值电压之间的差值确定为弱磁电压差值；对所述弱磁电压差值执行比例积分调节操作，以得到所述弱磁控制电流；将所述弱磁控制电流与所述无功电流之和执行限幅操作，以得到所述弱磁电流。
其中，将根据旋转坐标系下输出电压ud/uq或者静止坐标系下输出电压uα/uβ计算输出的电压值确定为幅值电压us，即：
根据驱动器能够输出的最大电压幅值设置电压限幅阈值umax，当采用空间矢量脉宽调制算法并且驱动器只工作在线性调制区内而不进行过调制时，能够输出的最大电压幅值为直流母线电压udc的0.577倍，那么，umax＝0.577udc，其中，
在该技术方案中，通过将弱磁控制电流与无功电流之和进行限流操作，以将超过预定门限值的所有瞬时电流减弱至接近该门限值，以实现弱磁控制，弱磁控制单元102具体用于将电压限幅阈值与幅值电压之间的差值确定为弱磁电压差值，并对弱磁电压差值执行比例积分调节操作，以得到弱磁控制电流，通过将弱磁控制电流与无功电流之和执行限幅操作以得到弱磁电流。
如图3所示，在上述实施例中，可选地，所述调节模组包括：第一电流调节器110与第二电流调节器112，所述第一电流调节器110接收所述给定交轴电流与反馈交轴电流并输出交轴电压，所述第二电流调节器112接收所述给定直轴电流与反馈直轴电流并输出直轴电压；park逆变单元114，接收所述交轴电压与所述直轴电压，并将所述交轴电压与所述直轴电压逆变为矢量控制输出电压；空间矢量调制单元116，用于根据接收的所述矢量控制输出电压输出所述脉冲宽度调制信号，其中，根据所述矢量控制输出电压，或所述交轴电压与所述直轴电压确定所述幅值电压。
在该实施例中，调节模组包括第一电流调节器110与第二电流调节器112、park逆变单元114和空间矢量调制单元116；第一电流调节器110用于接收给定交轴电流与反馈交轴电流并输出交轴电压，第二电流调节器112接收给定直轴电流与反馈直轴电流并输出直轴电压，park逆变单元114用于接收第一电流调节器110和第二电流调节器112输出的交轴电压和直轴电压，并将交轴电压与直轴电压逆变为矢量控制输出电压，空间矢量调制单元116用于接收矢量控制输出电压，并根据接收的矢量控制输出电压输出脉冲宽度调制信号，以便变频驱动模块108将直流信号逆变为三相交流信号，其中，调节模组根据矢量控制输出电压，或交轴电压与直轴电压确定幅值电压。
如图3所示，在上述项实施例中，可选地，还包括：电流传感器(图中未示出)，用于采集所述变频驱动单元输出的三相交流信号；所述控制模块还包括：Clarke变换单元118，用于将所述三相交流信号转换为静止坐标反馈电流；磁链角度与转速估计单元，接收所述静止坐标反馈电流与所述矢量控制输出电压，并根据无传感器估计算法计算估计转速与估计角度；park变换单元122，用于将所述静止坐标反馈电流变换为所述反馈交轴电流与所述反馈直轴电流，并分别输入至所述第一电流调节器110与所述第二电流调节器112。
在该实施例中，矢量控制系统还包括电流传感器，电流传感器能够采集变频驱动单元输出的三相交流信号，以便于输入永磁同步电机；控制模块还包括Clarke变换单元118、磁链角度与转速估计单元和park变换单元122，Clarke变换单元118能够将三相交流信号转换为静止坐标反馈电流，磁链角度与转速估计单元120，用于接收静止坐标反馈电流与矢量控制输出电压，并根据无传感器估计算法计算估计转速与估计角度，park变换单元122用于将静止坐标反馈电流变换为反馈交轴电流与反馈直轴电流，并将其分别输入至第一电流调节器110与第二电流调节器112中，以便第一电流控制器和第二电流控制器输出交轴电压和直轴电压。
在上述项实施例中，可选地，所述控制模块还包括：比例积分控制器122，用于根据输入的给定转速与所述估计转速输出所述给定转矩。
在该实施例中，控制模块还包括比例积分控制器，比例积分控制器能够根据输入的给定转速与估计转速输出给定转矩，以便于最大转矩电流比控制单元106快速根据给定转矩输出给定交轴电流和给定直轴电流。
具体地，在矢量控制中，给定转速与估计转速经过比例积分控制器(PI)输出转矩给定根据转矩给定与转矩电流系数Kt以及弱磁电流ifwc经过最大转矩电流控制(MTPA)计算得到给定交轴电流(q轴电流)和给定直轴电流(d轴电流)根据d轴电流、q轴电流和反馈电流id/iq经过矢量控制输出电压ud/uq，然后经过PARK逆变换得到控制输出电压uα/uβ，再经过空间矢量调制(Space Vetor Modulation，SVM)输出PWM(脉冲宽度调制)波形，经过功率模块(即变频驱动模块)驱动变频压缩机。通过电流传感器检测压缩机三相电流，并经过CLARKE变换(即将基于3轴、2维的定子静止坐标系的各物理量变换到2轴的定子静止坐标系中)得到反馈电流iα/iβ，再经过PARK变换(即将2轴正交坐标系的定子电流矢量变换至随转子磁通同步旋转的2轴系统中)得到反馈电流id/iq。根据输出电压uα/uβ和反馈电流iα/iβ以及压缩机内电机参数(电机电阻Rs、直轴电感Ld和交轴电感Lq)，通过无传感器估计算法可以得到估计转速和估计电角度
在上述任一项实施例中，所述控制模块集成在控制芯片中；所述变频驱动模块包括6个IGBT或6个MOSFET，以形成逆变桥结构。
在该实施例中，将控制模块集成在控制芯片中，便于控制芯片的集中控制；变频驱动模块由6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者6个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)构造形成，由于IGBT或MOSFET的驱动功率及能耗较低，且散热稳定、安装维修较为方便，因此将其作为变频驱动模块有助于降低产品的生产成本及产品的使用稳定性。
在上述任一项实施例中，可选地，所述控制模块与所述变频驱动模块集成于智能功率模块中。
在该实施例中，通过将控制模块与变频驱动模块集成设置在智能功率模块中，有助于集中控制和管理控制模块和变频驱动模块，且有助于提高产品整体的集成度。
实施例二
如图6所示，根据本发明的实施例的运行控制方法，包括：步骤602，在制热模式中，向矢量控制系统注入无功电流，通过注入无功电流增加变频压缩机的三相电流输入，使变频压缩机中的永磁同步电机散热。
本发明的实施例提供的运行控制方法，适用于空调器，空调器设置有由矢量控制系统控制运行的变频压缩机，在制热过程或/和化霜过程中，通过检测室外环境温度，来确定是否需要永磁同步电机进行发热并散热，以降低室外换热器结霜的概率或辅助化霜，，当室外环境温度低于第一温度阈值时，给变频压缩机注入无功电流。所述第一温度阈值选取范围为-40℃至20℃。当压缩机运行频率稳定时，通过给变频压缩机注入无功电流，使得压缩机相电流有效值稳定在第一电流阈值与第二电流阈值之间。所述第一电流阈值<第二电流阈值<电流保护阈值，其中，电流保护阈值小于压缩机退磁电流、并小于驱动电路瞬时过流阈值。当模块温度达到温度限频阈值时、或者输入电流达到过流限频阈值、或者排气温度达到排气高温限频阈值时，首先逐渐减小压缩机无功电流，当无功电流已经减小至零时则逐渐降低压缩机运行频率。其中，模块温度限频阈值的优选设定范围为75～95℃，排气温度限频阈值的优选设定范围为95～115℃，通过向室外换热器散热，一方面，如果室外换热器未结霜，则能够实现预防结霜，如果室外换热器以结霜，则有利于提升化霜效率与化霜效果。
具体地，向矢量控制系统注入无功电流，通过向矢量控制系统注入无功电流，从而能够增加变频压缩机的三相电流输入，以使变频压缩机中的永磁同步电机发热，最终达到室外机的制热或化霜的目的，该运行控制方法，不需要额外增加特殊结构的压缩机，便能实现低温制热的功能，且能够加快室外机的化霜过程、缩短化霜时间，并有效提高了低温制热化霜周期内平均制热能力，降低了企业的生产成本。
在上述实施例中，优选地，还包括：若检测到室外环境温度低于第一温度阈值，则触发注入所述无功电流，其中，所述第一温度阈值大于或等于-40℃，并小于或等于20℃。
在该实施例中，运行控制方法还包括：若检测到室外温度低于第一温度阈值时，则触发生成低温制热指令，以向变频压缩机中注入无功电流，从而增大变频压缩机的相电流，以实现低温制热。其中，将第一温度阈值设置为大于或等于-40℃，并小于或等于20℃，有助于提高变频压缩机运行的稳定性。
在上述实施例中，优选地，还包括：在所述变频压缩机处于稳定运行状态后，采集所述变频压缩机的相电流；若检测到所述相电流小于第一电流阈值，或大于第二电流阈值，则调节所述无功电流，直至所述相电流处于所述第一电流阈值与所述第二电流阈值范围内，其中，所述第一电流阈值小于第二电流阈值，所述第二电流阈值小于电流保护阈值。
在该实施例中，运行控制方法还包括：在变频压缩机处于稳定运行状态后，采集变频压缩机的相电流，若检测到相电流小于第一电流阈值或大于第二电流阈值时，通过调节无功电流，以使变频压缩机的相电流有效值稳定在第一电流阈值与第二电流阈值的范围内，其中，第一电流阈值小于第二电流阈值，第二电流阈值小于电流保护阈值，且电流保护阈值小于变频压缩机退磁电流并小于欲动电路瞬时过流阈值，从而保证变频压缩机能够持续稳定的运行。
在上述任一项实施例中，优选地，在所述变频压缩机运行过程中，所述空调器的室外换热器的温度达到温度限频阈值；所述变频压缩机的输入电流达到过流限频阈值；所述变频压缩机的排气温度达到排气高温限频阈值，若满足上述至少一项，则控制减小所述无功电流；在所述无功电流减小至0后，控制降低所述变频压缩机的运行频率。
在该实施例中，变频压缩机在运行过程中，空调器的室外换热器的温度达到温度限频阈值时，或变频压缩机的输入电流达到过流限频阈值时，或变频压缩机的排气温度达到排气高温限频阈值时，则控制逐渐减小无功电流，当无功电流已经减小至0时则逐渐降低变频压缩机的运行频率，以进一步确保变频压缩机的稳定运行，其中，温度限频阈值的优选设定范围为75～95℃，排气温度限频阈值的优选设定范围为95～115℃。
下面结合一个具体实施例来详细描述本申请提供的矢量控制系统及运行控制方法的具体工作原理。
实施例三
如图1至图5所示，本发明的实施例提供了一种基于压缩机无功电流的低温制热控制方法及其电路装置。
如图1所示，电路装置包括控制芯片、功率开关管组成的三相桥式驱动电路和变频压缩机。其中，驱动电路可以由6个IGBT组成、或者由6个MOSFET组成、或者采用智能功率模块IPM，同时具有反并联二极管。控制芯片输出压缩机驱动信号，压缩机驱动信号通过驱动电路控制变频压缩机的运行，通过电流传感器(三个或者两个或者一个)进行压缩机相电流检测。变频压缩机为永磁同步电机驱动的压缩机。
在制热过程或/和化霜过程中，给变频压缩机注入无功电流。无功电流，不增加电磁转矩，但会增大压缩机相电流、从而增加变频压缩机内永磁同步电机发热。
在制热过程或/和化霜过程中，当室外环境温度低于第一温度阈值时，给变频压缩机注入无功电流，从而增大压缩机相电流。第一温度阈值选取范围为-40℃至20℃。
在制热过程或/和化霜过程中，当室外环境温度低于第一温度阈值时，给变频压缩机注入无功电流。第一温度阈值选取范围为-40℃至20℃。当压缩机运行频率稳定时，通过给变频压缩机注入无功电流，使得压缩机相电流有效值稳定在第一电流阈值与第二电流阈值之间。第一电流阈值<第二电流阈值<电流保护阈值，其中，电流保护阈值小于压缩机退磁电流、并小于驱动电路瞬时过流阈值。
当模块温度达到温度限频阈值时、或者输入电流达到过流限频阈值、或者排气温度达到排气高温限频阈值时，首先逐渐减小压缩机无功电流，当无功电流已经减小至零时则逐渐降低压缩机运行频率。其中，模块温度限频阈值的优选设定范围为75～95℃，排气温度限频阈值的优选设定范围为95～115℃。
如图1所示，变频压缩机的控制电路拓扑包括控制芯片、功率开关管组成的三相桥式驱动电路和变频压缩机。其中，驱动电路可以由6个IGBT组成、或者由6个MOSFET组成、或者采用智能功率模块IPM，同时具有反并联二极管。控制芯片输出压缩机驱动信号，压缩机驱动信号通过驱动电路控制变频压缩机的运行，通过电流传感器(三个或者两个或者一个)进行压缩机相电流检测。变频压缩机为永磁同步电机驱动的压缩机。
图2为变频压缩机矢量控制的坐标关系图，根据该关系坐标图，根据交轴电压与所述直轴电压确定所述幅值电压，图3为变频压缩机的无传感器矢量控制框图，在矢量控制中，给定转速与估计转速经过比例积分控制器(PI)输出转矩给定根据转矩给定与转矩电流系数Kt以及弱磁电流ifwc经过最大转矩电流控制(MTPA)计算得到给定交轴电流(q轴电流)和给定直轴电流(d轴电流)根据d轴电流、q轴电流和反馈电流id/iq经过矢量控制输出电压ud/uq，然后经过PARK逆变换得到控制输出电压uα/uβ，再经过空间矢量调制(SpaceVetorModulation，SVM)输出PWM(脉冲宽度调制)波形，经过功率模块驱动变频压缩机。通过电流传感器检测压缩机三相电流，并经过CLARKE变换(即将基于3轴、2维的定子静止坐标系的各物理量变换到2轴的定子静止坐标系中)得到反馈电流iα/iβ，再经过PARK变换(即将2轴正交坐标系的定子电流矢量变换至随转子磁通同步旋转的2轴系统中)得到反馈电流id/iq。根据输出电压uα/uβ和反馈电流iα/iβ以及压缩机内电机参数(电机电阻Rs、直轴电感Ld和交轴电感Lq)，通过无传感器估计算法可以得到估计转速和估计电角度
经典的弱磁控制方法如图4所示，根据旋转坐标系下输出电压ud/uq或者静止坐标系下输出电压uα/uβ计算输出电压幅值us，为
根据驱动器能够输出的最大电压幅值设置电压限幅阈值umax，当采用空间矢量脉宽调制算法并且驱动器只工作在线性调制区内而不进行过调制时，能够输出的最大电压幅值为直流母线电压udc的0.577倍，那么，umax＝0.577udc，其中，
将电压限幅阈值umax减去输出电压幅值us得到弱磁电压差值Δu，即Δu＝umax-us。对弱磁电压差值Δu进行比例-积分调节，得到的输出量再经过限幅环节得到弱磁电流ifwc，其中限幅环节的上限为零、下限为d轴电流最小值id_min。
如图5所示，将无功电流reactive与弱磁控制电流idpre相加、并经过限幅环节得到弱磁电流ifwc，其中限幅环节的上限为零、下限为d轴电流最小值id_min。
实施例四
根据本发明的实施例的空调器，包括设置于室外的变频压缩机与室外换热器，通过采用发明中的矢量控制系统控制压缩机中的永磁同步电机运行，以在向室内执行制热操作时，通过注入无功电流控制永磁同步电机增加发热，以对室外换热器加热，一方面，如果室外换热器未结霜，则能够实现预防结霜，如果室外换热器以结霜，则有利于提升化霜效率与化霜效果。
本发明提出的基于压缩机无功电流的低温强热控制方法，在制热过程和/或化霜过程中，当室外环境温度低于第一温度阈值时，给变频压缩机注入无功电流。第一温度阈值选取范围为-40℃至20℃。当压缩机运行频率稳定时，通过给变频压缩机注入无功电流，使得压缩机相电流有效值稳定在第一电流阈值与第二电流阈值之间。第一电流阈值<第二电流阈值<电流保护阈值，其中，电流保护阈值小于压缩机退磁电流、并小于驱动电路瞬时过流阈值。当模块温度达到温度限频阈值时、或者输入电流达到过流限频阈值、或者排气温度达到排气高温限频阈值时，首先逐渐减小压缩机无功电流，当无功电流已经减小至零时则逐渐降低压缩机运行频率。其中，模块温度限频阈值的优选设定范围为75～95℃，排气温度限频阈值的优选设定范围为95～115℃。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的模块权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种矢量控制系统，适用于变频压缩机，所述变频压缩机内设置有永磁同步电机，其特征在于，所述矢量控制系统包括：控制模块与变频驱动模块，
所述控制模块，包括：弱磁控制单元，用于输出弱磁电流；
无功电流控制单元，用于向所述弱磁控制单元注入无功电流，以使所述弱磁控制单元根据所述无功电流调制所述弱磁电流；
最大转矩电流比控制单元，接收输入的给定转矩与调制后的所述弱磁电流，并根据所述给定转矩、预设转矩电流系数与所述弱磁电流输出给定交轴电流与给定直轴电流；
调节模组，所述调节模组接收所述给定交轴电流与所述给定直轴电流，并输出脉冲宽度调制信号；
所述变频驱动模块接收所述输入脉冲宽度调制信号，用于将直流信号逆变为三相交流信号，以输入永磁同步电机，其中，通过注入所述弱磁电流增加所述三相交流信号的电流输出，以使所述永磁同步电机发热。
2.根据权利要求1所述的矢量控制系统，其特征在于，
所述弱磁控制单元接收幅值电压，并根据所述幅值电压确定弱磁控制电流；
所述弱磁控制单元还用于：所述弱磁控制电压与所述无功电流向所述最大转矩电流比控制单元注入所述弱磁电流。
3.根据权利要求2所述的矢量控制系统，其特征在于，
所述弱磁控制单元具体用于：将电压限幅阈值与所述幅值电压之间的差值确定为弱磁电压差值；
对所述弱磁电压差值执行比例积分调节操作，以得到所述弱磁控制电流；
将所述弱磁控制电流与所述无功电流之和执行限幅操作，以得到所述弱磁电流。
4.根据权利要求2所述的矢量控制系统，其特征在于，所述调节模组包括：
第一电流调节器与第二电流调节器，所述第一电流调节器接收所述给定交轴电流与反馈交轴电流并输出交轴电压，所述第二电流调节器接收所述给定直轴电流与反馈直轴电流并输出直轴电压；
park逆变单元，接收所述交轴电压与所述直轴电压，并将所述交轴电压与所述直轴电压逆变为矢量控制输出电压；
空间矢量调制单元，用于根据接收的所述矢量控制输出电压输出所述脉冲宽度调制信号，
其中，根据所述交轴电压与所述直轴电压确定所述幅值电压。
5.根据权利要求4所述的矢量控制系统，其特征在于，还包括：
电流传感器，用于采集所述变频驱动单元输出的三相交流信号；
所述控制模块还包括：
clarke变换单元，用于将所述三相交流信号转换为静止坐标反馈电流；
磁链角度与转速估计单元，接收所述静止坐标反馈电流与所述矢量控制输出电压，并根据无传感器估计算法计算估计转速与估计角度；
park变换单元，用于将所述静止坐标反馈电流变换为所述反馈交轴电流与所述反馈直轴电流，并分别输入至所述第一电流调节器与所述第二电流调节器。
6.根据权利要求5所述的矢量控制系统，其特征在于，所述控制模块还包括：
比例积分控制器，用于根据输入的给定转速与所述估计转速输出所述给定转矩。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的矢量控制系统，其特征在于，
所述控制模块集成在控制芯片中；
所述变频驱动模块包括6个IGBT或6个MOSFET，以形成逆变桥结构。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的矢量控制系统，其特征在于，
所述控制模块与所述变频驱动模块集成于智能功率模块中。
9.一种运行控制方法，适用于空调器，所述空调器设置有变频压缩机与室外换热器，所述变频压缩机由如权利要求1至8中任一项所述的矢量控制系统控制运行，其特征在于，所述运行控制方法包括：
在制热模式中，向所述矢量控制系统注入无功电流，通过注入所述无功电流增加所述变频压缩机的三相电流输入，使所述变频压缩机中的永磁同步电机向所述室外换热器散热。
10.根据权利要求9所述的运行控制方法，其特征在于，还包括：
若检测到室外环境温度低于第一温度阈值，则触发注入所述无功电流，
其中，所述第一温度阈值大于或等于-40℃，并小于或等于20℃。
11.根据权利要求10所述的运行控制方法，其特征在于，还包括：
在所述变频压缩机处于稳定运行状态后，采集所述变频压缩机的相电流；
若检测到所述相电流小于第一电流阈值，或大于第二电流阈值，则调节所述无功电流，直至所述相电流处于所述第一电流阈值与所述第二电流阈值范围内，
其中，所述第一电流阈值小于第二电流阈值，所述第二电流阈值小于电流保护阈值。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的运行控制方法，其特征在于，在所述变频压缩机运行过程中，
所述室外换热器的温度达到温度限频阈值；
所述变频压缩机的输入电流达到过流限频阈值；
所述变频压缩机的排气温度达到排气高温限频阈值，
若满足上述至少一项，则控制减小所述无功电流；
在所述无功电流减小至0后，控制降低所述变频压缩机的运行频率。
13.一种运行控制装置，适用于空调器，其特征在于，包括：处理器，所述处理器执行计算机程序时能够实现如权利要求9至12中任一项所述的运行控制方法限定的步骤。
14.一种空调器，其特征在于，包括：
如权利要求13所述的运行控制装置。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求9至12中任一项所述的运行控制方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190517 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |