CN110307141A - 一种变频压缩机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种冰箱用变频压缩机及其控制方法，本发明主要是根据冰箱变频压缩机的特性，根据压缩机的实际运转频率ωm，设定最小采样频率n,根据运转频率和最低采样率计算设定载波频率，根据计算的载波频率对变频压缩机进行控制。通过上述控制设置，由于采用最小采样频率n的方式，可降低实际控制单元的输出频率，降低控制器的功耗，同时降低噪音，达到提高能效的目的。

Description

一种变频压缩机及其控制方法
技术领域
本发明涉及变频压缩机及其控制方法，具体而言，涉及一种变频冰箱用变频压缩机及其控制方法。
背景技术
随着变频冰箱普及率的提高，市场对冰箱变频技术的要求也越来越高。变频冰箱除满足“变频”这一功能外，还要求低能耗、低噪音、高能效、快速制冷等其他性能要求。一般来说，变频冰箱的压缩机大部分时间都处在运行状态，所以对能效要求很高。此外，冰箱在快速制冷时，压缩机运转频率较高，而在保温时，运转频率较低。现在人们对冰箱要求全频段噪音低，尤其低频时要求噪音低，还要求低功耗、高能效。
而现有的变频冰箱的压缩机具有如下问题：
1、低频时运行不稳，振动大；
2、高频时运行不稳，噪音大；
3、控制器功耗大。
发明内容
鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于为解决上述现有技术之不足，提供一种变频压缩机的控制方法及变频压缩机，具体的：
一种变频压缩机的控制方法，包括如下步骤：
S1：启动所述变频压缩机；
S2：检测变频压缩机运行的实际运转频率ωm；
S3：根据实际运转频率ωm设定变频压缩机的电流最小采样率n,n表示一个电周期内的电流采样数。
S4:计算载波频率，载波频率f＝ωe*n，其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是变频压缩机的极对数，ωm是实际运转频率；单位可以为：Hz。
S5：采用所述载波频率对压缩机进行变频控制。
优选地，步骤S3中，根据检测到的实际运转频率ωm的大小设定n值的大小，进行判断，当ωm小于或等于预设频率时，n取一个较大值，当ωm大于预设频率时，n取一个较小值。
优选地，所述预设频率是根据压缩机的特性来设定的，预设频率以下压缩机噪音振动较大，采样率n取较大值，以此提高控制精度从而降低噪音振动。
优选地，通过控制与变频压缩机控制连接的逆变电路实现所述压缩机的控制。
另外本发明还提供一种控制冰箱的方法，所述冰箱具有变频压缩机，采用本发明所述的压缩机控制方法对所述变频压缩机进行控制。
另外本发明还提供一种变频压缩机，包括：
控制单元，控制单元用于启动所述变频压缩机；
检测单元，用于检测变频压缩机运行的实际运转频率ωm；
设定单元，用于根据实际运转频率ωm设定变频压缩机的电流最小采样率n,n表示一个电周期内的电流采样数。
计算单元，用于计算载波频率，载波频率f＝ωe*n，其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是变频压缩机的极对数，ωm是实际运转频率，单位可以为：Hz。
所述控制单元采用所述载波频率对压缩机进行变频控制。
优选地，设定单元，根据检测到的实际运转频率ωm的大小设定n值的大小，进行判断，当ωm小于或等于预设频率时，n取一个较大值，当ωm大于预设频率时，n取一个较小值。
优选地，所述预设频率是根据压缩机的特性来设定的，预设频率以下压缩机噪音振动较大，采样率n取较大值，以此提高控制精度从而降低噪音振动。
优选地，控制单元包括逆变电路，通过逆变电路实现所述载波频率对压缩机进行变频控制。
另外本发明还提供一种冰箱，包括本发明所述的变频压缩机。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的截波频率与随电频率变化关系示意图。
图2是本发明的逆变电路拓扑示意图。。
图中：VT1,VT3,VT5-上桥臂，VT2,VT4,VT6－下桥臂，D1－D6－继流二极管
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有预设细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。
下面结合具体的实施例来对本公开中的内容进行详细描述：
结合图1-2对本发明的优选实施方式进行说明：
一种变频压缩机的控制方法，包括如下步骤：
S1：启动所述变频压缩机；
S2：检测变频压缩机运行的实际运转频率ωm；
S3：根据实际运转频率ωm设定变频压缩机的电流最小采样率n,n表示一个电周期内的电流采样数；
S4:计算载波频率，载波频率f＝ωe*n，其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是变频压缩机的极对数，ωm是实际运转频率，单位可以为：Hz；S5：采用所述载波频率对压缩机进行变频控制。
优选地，步骤S3中，根据检测到的实际运转频率ωm的大小设定n值的大小，进行判断的方法是：当ωm小于或等于预设频率时，n取一个较大值，当ωm大于预设频率时，n取一个较小值。
优选地，所述预设频率是根据压缩机的特性来设定的，预设频率以下压缩机噪音振动较大，采样率n取较大值，以此提高控制精度从而降低噪音振动。
具体的预设频率的设定方法，如可通过试验不断的调整增加压缩机的频率，检测噪音振动，直到噪音振动到一个合理的范围，此时，对应的频率可设定为预设频率。
优选地，通过控制与变频压缩机控制连接的逆变电路实现所述压缩机的控制。
另外本发明还提供一种控制冰箱的方法，所述冰箱具有变频压缩机，采用本发明所述的压缩机控制方法对所述变频压缩机进行控制。
另外本发明还提供一种变频压缩机，包括：
控制单元，控制单元用于启动所述变频压缩机；
检测单元，用于检测变频压缩机运行的实际运转频率ωm；
设定单元，用于根据实际运转频率ωm设定变频压缩机的电流最小采样率n,n表示一个电周期内的电流采样数；。
计算单元，用于计算载波频率，载波频率f＝ωe*n，其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是变频压缩机的极对数，ωm是实际运转频率；
所述控制单元采用所述载波频率对压缩机进行变频控制。
优选地，设定单元，根据检测到的实际运转频率ωm的大小设定n值的大小，进行判断，当ωm小于或等于预设频率时，n取一个较大值，当ωm大于预设频率时，n取一个较小值。
优选地，所述预设频率是根据压缩机的特性来设定的，预设频率以下压缩机噪音振动较大，采样率n取较大值，以此提高控制精度从而降低噪音振动。
具体的预设频率的设定方法，如可通过试验不断的调整增加压缩机的频率，检测噪音振动，直到噪音振动到一个合理的范围，此时，对应的频率可设定为预设频率。
优选地，控制单元包括逆变电路，通过逆变电路实现所述载波频率对压缩机进行变频控制。
另外本发明还提供一种冰箱，包括本发明所述的变频压缩机。
下面对本发明的原理及其设计过程作一说明：
本发明主要是通过根据冰箱变频压缩机的特性，实时更改控制单元的载波频率，使控制单元运行功耗最低，同时还能保证采样精度，使压缩机稳定运行。本发明具体的实现方式为：根据实际运转频率ωm，设定最低采样频率n,最低采样率n，即压缩机稳定运行每一个电周期最少需要的电流采样点的数量，电流采样率根据压缩机运行实际运转频率设置，最低采样率设定的方式是，保证在一个电周期内有足够的电流采样点，以满足对电流的准确判断。如变频压缩机常用脉冲电流，要保证采样频率能够准确的反映实际电流值。
同时由于一般冰箱压缩机在低频时振动比较大，所以在低频时需要提高采样率，以保证运算更加准确，从而降低振动和噪音水平。这种情况要以实际压缩机为准，不同的压缩机需要提高采样率的频率点以及将采样率提高到多少是不一样的。
具体的采样率可根据简单的试验得出，可通过测试不同的采样率，通过检测噪音和功耗确定不同频率对应的最小采样率。
计算载波频率f＝ωe*n；
其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是极对数，是指压缩机电机磁极的对数，如电机运转1圈，磁极动转了p圈，极对数为p，ωm是机械频率(也就是实际运转频率)，单位可以采用：Hz。
根据所述载波频率对压缩机进行变频控制。
由于采用最小采样率的方式，可降低实际控制单元的输出频率，在变频冰箱系统中，控制单元功耗对能效影响很大，而控制单元的逆变电路的功耗占控制单元功耗的很大一部分，本发明通过降低控制单元逆变电路部分功耗，进而降低控制器的功耗，达到提高能效的目的。
图2示出了冰箱驱动器的逆变部分电路拓扑图，电路是由IGBT即绝缘栅晶体管或MOSFET即场效应晶体管(后面称为开关管)加上续流二极管组成，图2示出的逆变电路其主要由开关管VT1-VT6和续流二极管D1-D6构成，其中开关管VT1-VT6包括上桥臂VT1,VT3,VT5和下桥臂VT2,VT4,VT6，通过开关管VT1-VT6的开通和关断来实现直流电向交流电的转换，输出不同大小的电压，而开关管VT1-VT6开通和关断的频率就是载波频率。载波频率越高，其控制精度越高(控制精度与电流采样率息息相关，一般来说，只有在下桥臂VT2,VT4,VT6导通时才能采集到该相电流，所以一个载波周期只能采集一个电流，电流采样率与载波频率相关)。载波频率越高，开关管VT1-VT6的开通关断损耗就会加大，导致器件发热严重，反之，载波频率降低，其控制精度下降，但开关管VT1-VT6的开通关断损耗会减少。
下面结合图1-2对某3对极变频冰箱压缩机进行说明：
所述变频压缩机为3对极，转速范围1200rpm—4500rpm，机械频率20Hz到75Hz，现有的控制方式多为固定载波频率，常见的有5KHz和2.5KHz，5KHz时压缩机运行在低频30Hz以下和70Hz以上运行更平稳，2.5KHz时控制器功耗更低，在30Hz到70Hz之间能效更高。实际上，经试验，在30Hz时，保持每个电周期30个采样点是必须的，在中高频30Hz以上时，每个电周期15个采样点就能保证控制。所以我们设定30Hz时采样率n＝30,这样计算得到的载波频率是2700Hz，30Hz以下也按照2700Hz运行，这样可以保证低频振动。30Hz到75Hz采样率n＝15，这样得到的载波频率随机械频率变化的关系如图1所示。即根据图1所示的载波频率对压缩机进行控制，即通过对逆变器的载波频率的控制实现所述压缩机的控制。
本发明的控制方法尤其适用在频率范围较宽压缩机上，一般频率范围宽的压缩机，很难保证低频和高频能效同时达到较高水平，使用本发明的变载波控制方法能在保证控制精度的前提下，将控制器功耗全频段控制在最低水平，即使在高频，也能使能效提升。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种变频压缩机的控制方法，包括如下步骤：
S1：启动所述变频压缩机；
S2：检测变频压缩机运行的实际运转频率ωm；
S3：根据实际运转频率ωm设定变频压缩机的电流最小采样率n,n表示一个电周期内的电流采样数；
S4:计算载波频率，载波频率f＝ωe*n，其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是变频压缩机的极对数，ωm是实际运转频率；
S5：根据所述载波频率对压缩机进行变频控制。
2.根据权利要求1所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于：步骤S3中，根据检测到的实际运转频率ωm的大小设定n值的大小，进行判断，当ωm小于或等于预设频率时，n取一个较大值，当ωm大于预设频率时，n取一个较小值。
3.根据权利要求2所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于：所述预设频率是根据压缩机的特性来设定的，预设频率以下压缩机噪音振动较大，采样率n取较大值，以此提高控制精度从而降低噪音振动。
4.根据权利要求1-3任一所述的变频压缩机的控制方法，其特征在于：步骤S5中根据所述载波频率对压缩机进行变频控制具体的控制方式为：通过控制与变频压缩机控制连接的逆变电路实现所述压缩机的控制。
5.一种控制冰箱的方法，所述冰箱具有变频压缩机，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的控制方法对所述变频压缩机进行控制。
6.一种变频压缩机，包括：
控制单元，控制单元用于启动所述变频压缩机；
检测单元，用于检测变频压缩机运行的实际运转频率ωm；
设定单元，用于根据实际运转频率ωm设定变频压缩机的电流最小采样率n,n表示一个电周期内的电流采样数；
计算单元，用于计算载波频率，载波频率f＝ωe*n，其中ωe是压缩机运行的电频率，ωe＝p*ωm，其中p是变频压缩机的极对数，ωm是实际运转频率；
所述控制单元采用所述载波频率对压缩机进行变频控制。
7.根据权利要求6所述的变频压缩机，其特征在于：设定单元，根据检测到的实际运转频率ωm的大小设定n值的大小，进行判断，当ωm小于或等于预设频率时，n取一个较大值，当ωm大于预设频率时，n取一个较小值。
8.根据权利要求7所述的变频压缩机，其特征在于：所述预设频率是根据压缩机的特性来设定的，预设频率以下压缩机噪音振动较大，采样率n取较大值，以此提高控制精度从而降低噪音振动。
9.根据权利要求6-8任一所述的变频压缩机，其特征在于：控制单元包括逆变电路，通过逆变电路实现所述载波频率对压缩机进行变频控制。
10.一种冰箱，其特征在于包括权利要求6-9任一所述的变频压缩机。
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