CN110492822B - 变频空调器及其弱磁控制限制电压设定方法和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调器技术领域，具体涉及一种变频空调器及其弱磁控制限制电压设定方法和控制方法。本发明旨在解决现有未设置电解电容的变频空调器难以保持稳定工作的问题。为此，本发明的变频空调器包括变频压缩机及其驱动系统，本发明的弱磁控制方法包括：获取驱动系统的逆变模块的输出电压；如果逆变模块的输出电压大于或等于变频压缩机的弱磁控制限制电压，则对变频压缩机进行弱磁控制；其中，弱磁控制限制电压的设定方法为：确定变频压缩机的三相电压平均值；提供电压修正系数；基于电压修正系数设定弱磁控制限制电压。本发明通过设定合理的弱磁控制限制电压，使得变频压缩机始终能够在稳定电压区内运行，从而有效保证变频压缩机的稳定运行。

Description

变频空调器及其弱磁控制限制电压设定方法和控制方法

技术领域

本发明属于空调器技术领域，具体涉及一种变频空调器及其弱磁控制限制电压设定方法和控制方法。

背景技术

由于变频空调器具有众多优点，越来越多的用户青睐于变频空调器；所谓变频其实就是将单相电或三相电整流成直流电，然后再通过逆变模块将直流电逆变为频率可变的三相电来驱动压缩机运行。在完成整流之后，现有大部分空调器都会使用电解电容对整流后的电压进行平波处理，从而削弱供电中的纹波以保持母线电压的稳定。但是，由于电解电容存在体积较大、价格较高的缺点，现有很多变频空调器中也没有设置电解电容来进行平波操作，对于这些空调器而言，技术人员都是通过控制PWM(英文全称Pulse WidthModulation，即脉冲宽度调制)占空比来保证电压的稳定。具体地，当母线电压较低时，降低输出PWM占空比；而当母线电压较高时，提高输出PWM占空比，从而有效保证逆变模块能够输出稳定的电压。这种控制方式不仅能够有效降低成本，而且还能够有效提高空调器内的空间利用率；但是，这种控制方式仅适用于低频最优转矩控制领域，而一旦应用于高频领域时，就很容易出现励磁反电动势超越母线电压的现象，从而导致压缩机电机产生失步甚至停转的问题。

相应地，本领域需要一种新的变频空调器及其弱磁控制限制电压设定方法和控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有未设置电解电容的变频空调器难以保持稳定工作的问题，本发明提供了一种用于变频空调器的弱磁控制限制电压设定方法，所述变频空调器包括变频压缩机，所述弱磁控制限制电压设定方法包括：确定所述变频压缩机的三相电压平均值；提供电压修正系数；基于所述电压修正系数设定所述变频压缩机的弱磁控制限制电压。

在上述用于变频空调器的弱磁控制限制电压设定方法的优选技术方案中，“基于所述电压修正系数设定所述变频压缩机的弱磁控制限制电压”的步骤具体包括通过下列等式确定所述变频压缩机的弱磁控制限制电压：

其中，V_omax为所述变频压缩机的弱磁控制限制电压，V_avr为所述变频压缩机的三相电压平均值，k为所述电压修正系数。

在上述用于变频空调器的弱磁控制限制电压设定方法的优选技术方案中，所述电压修正系数由所述变频压缩机的型号确定。

在上述用于变频空调器的弱磁控制限制电压设定方法的优选技术方案中，在确定出所述弱磁控制限制电压V_omax的情况下，通过矢量计算方式按照下列等式计算所述变频压缩机的电动机的d轴电流i_d和q轴电流i_q：

其中，L_d为所述电动机的d轴电感；ψ_a为所述电动机的磁通量；L_q为所述电动机的q轴电感；ω为所述电动机的角速度。

本发明还提供了一种用于变频空调器的弱磁控制方法，所述变频空调器包括变频压缩机驱动系统，所述弱磁控制方法包括：获取所述变频压缩机驱动系统的逆变模块的输出电压；如果所述逆变模块的输出电压大于或等于所述变频压缩机的弱磁控制限制电压，则对所述变频压缩机进行弱磁控制；其中，所述弱磁控制限制电压为上述任一项优选技术方案中所述的弱磁控制限制电压。

在上述用于变频空调器的弱磁控制方法的优选技术方案中，所述弱磁控制方法用于所述变频压缩机驱动系统的高频运行状态。

本发明还提供了一种变频空调器，所述变频空调器包括控制器，所述控制器能够执行上述优选技术方案中所述的弱磁控制方法。

在上述变频空调器的优选技术方案中，所述变频空调器的变频压缩机驱动系统包括薄膜电容，所述薄膜电容用于对整流后的电压进行平波处理。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，本发明的变频空调器包括变频压缩机和变频压缩机驱动系统，本发明的弱磁控制方法包括：获取变频压缩机驱动系统的逆变模块的输出电压；如果逆变模块的输出电压大于或等于变频压缩机的弱磁控制限制电压，则对变频压缩机进行弱磁控制；其中，变频压缩机的弱磁控制限制电压的设定方法为：确定所述变频压缩机的三相电压平均值；提供电压修正系数；基于电压修正系数设定变频压缩机的弱磁控制限制电压。本发明通过设定合理的弱磁控制限制电压，使得当逆变模块的输出电压大于或等于弱磁控制限制电压时就能够自动控制变频压缩机进行弱磁控制，以使变频压缩机始终能够在稳定电压区域内运行，从而有效保证变频压缩机的稳定运行，进而有效避免现有未设置电解电容的变频空调器的压缩机电机容易产生失步甚至停转的问题。

附图说明

图1是本发明的弱磁控制方法的优选实施例的步骤流程图；

图2是本发明的弱磁控制方法中涉及的电压示意图；

图3是本发明的弱磁控制方法的控制逻辑框图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管本申请中按照特定顺序描述了本发明的方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。

基于背景技术中提出的现有未设置电解电容的变频空调器的控制方式仅适用于低频最优转矩控制领域，而一旦应用于高频控制领域时，就很容易出现励磁反电动势超越母线电压的现象，从而导致压缩机电机产生失步甚至停转的问题。本发明提供了用于变频空调器的弱磁控制限制电压设定方法和控制方法，本发明的弱磁控制方法包括：获取变频压缩机驱动系统的逆变模块的输出电压；如果逆变模块的输出电压大于或等于变频压缩机的弱磁控制限制电压，则对变频压缩机进行弱磁控制；其中，变频压缩机的弱磁控制限制电压的设定方法为：确定所述变频压缩机的三相电压平均值；提供电压修正系数；基于电压修正系数设定变频压缩机的弱磁控制限制电压，以使变频压缩机始终能够在稳定电压区域内运行，从而有效保证变频压缩机的稳定运行，进而有效避免现有未设置电解电容的变频空调器的压缩机电机容易产生失步甚至停转的问题。

具体地，本发明的变频空调器包括变频压缩机以及用于驱动所述变频压缩机的变频压缩机驱动系统，其中，所述变频压缩机驱动系统包括整流模块、平波模块和逆变模块，所述整流模块能够对交流电进行整流处理而输出直流电压，所述平波模块能够对整流后的电压进行平波处理，所述逆变模块能够将平波后的电压转变为频率可变的三相电压，以便适应所述变频压缩机的不同运行需求。需要说明的是，本发明不对所述整流模块、所述平波模块和所述逆变模块的具体结构设置作任何限制，只要所述整流模块能够对交流电进行整流处理而输出直流电压，所述平波模块能够对整流后的电压进行平波处理，所述逆变模块能够将平波后的电压转变为频率可变的三相电压即可。作为一种优选实施例，所述整流模块采用整流桥对输入的交流电进行全桥整流，从而输出直流电压；所述平波模块采用薄膜电容对整流后的电压进行平波处理，从而消除电压中的交流成分，以便输出稳定的直流母线电压而给所述逆变模块提供电源；所述逆变模块采用智能变频模块将输入的直流电压转变为频率可变的三相电压，以便驱动所述变频压缩机运行。可以理解的是，作为本发明的优选实施方案，本优选实施例通过设置薄膜电容来替代现有电解电容和无电容的方案，相对于设置电解电容的方案而言，薄膜电容具有体积小、成本低等优点，但是，薄膜电容的平波效果相较于电解电容来说相差较多，即薄膜电容的平波效果较差，因此，仅通过设置薄膜电容也不足以解决现有技术中的问题，在设置薄膜电容的同时还需要配合本发明的弱磁控制方法；而相较于无电容的方案而言，薄膜电容还是能够起到一定的平波作用，以使整流后的直流电压中能够具有更少的交流成分。

进一步地，本发明的变频空调器还包括控制器，所述控制器能够获取所述变频空调器的运行参数，并且所述控制器还能够控制所述变频压缩机和所述变频压缩机驱动系统的运行。本领域技术人员能够理解的是，本发明不对所述控制器的具体结构和型号作任何限制，只要所述控制器能够实现上述功能即可，并且所述控制器可以是所述变频空调器原有的控制器，也可以是为执行本发明的弱磁控制方法而单独设置的控制器，技术人员可以根据实际使用需求自行设定所述控制器的结构和型号。

更进一步地，在本发明的优选实施例中，所述控制器能够执行本发明的弱磁控制限制电压设定方法，即所述控制器能够通过所述弱磁控制限制电压设定方法计算出弱磁控制方法中所需要使用的参数。在执行所述弱磁控制限制电压设定方法时，所述控制器首先需要通过下式计算出所述变频压缩机的弱磁控制限制电压V_omax：

其中，V_avr为三相电压平均值，k为电压修正系数。

需要说明的是，式中的0.134和2/π均是通过大量实验拟合出的修正系数的一部分，其中，三相电的纹波波高比为13.4％，而上式中的0.134即为三相电的纹波波高比，上式中的2/π是通过多次实验拟合出的系数优选值，这部分系数是可以通用于所有变频压缩机的，而电压修正系数k则需要技术人员根据所述变频压缩机的不同型号自行确定；当然，技术人员也可以根据实际使用需求自行设定所述电压修正系数的具体值，这并不是限制性的。

可以理解的是，正是由于三相电的纹波波高比仅为13.4％，这也就意味着在剩余的86.6％的范围内，即使不使用任何电容进行电力补偿，所述变频压缩机驱动系统的母线电压依然可以稳定在一定范围内，这也是即使所述变频压缩机驱动系统不设置任何电容依然能够使所述变频压缩机在大部分工况下正常工作的原因。接着参阅图2，如图2所示，图2中横坐标为时间，纵坐标为电压值，图中波纹状的图像为三相电的电压示意图，图中的V_pk为三相电的峰值，V_avr为三相电压平均值，V_omax则是通过上式计算出的弱磁控制限制电压，由图2可以看出，由本发明确定出的弱磁控制限制电压V_omax位于电压波动区域的下方，因而变频压缩机的运行始终都不会受到电压波动的影响。

进一步地，在通过上述方法确定出所述弱磁控制限制电压V_omax的情况下，所述控制器还能够通过矢量计算方式按照下式计算出所述变频压缩机的电动机的d轴电流i_d和q轴电流i_q：

在上式中，L_d为所述电动机的d轴电感；ψ_a为所述电动机的磁通量；L_q为所述电动机的q轴电感；ω为所述电动机的角速度。

需要说明的是，通常地，在所述变频压缩机的电动机的转速未达到转速限值时，所述控制器可以通过改变所述逆变模块的输出电压的大小来改变电动机的转速，即通过改变所述电动机的功率来改变所述电动机的转速；而当所述电动机的转速达到转速限值时，所述控制器就无法继续通过增大所述逆变模块的输出电压的方式来增大所述电动机的转速，特别是在高频控制领域(即电动机转速大于90r/s时，高频领域是相对于低频领域而言的，低频领域为电动机转速小于20r/s时)，所述控制器几乎就只能通过弱磁控制的方法才能继续增大电动机的转速。具体而言，当电动机的端电压达到最大电压时，即在所述逆变模块所提供的交流电压无法继续增大时，所述控制器只能通过降低电动机的励磁电流来改变励磁磁通，以使电动机的转速能够进一步提升，即所述控制器只能通过调节所述电动机的d轴电流i_d和q轴电流i_q才能够进一步提高所述电动机的转速，以便在保证电压平衡的条件下使所述电动机恒功率运行而获取更高的转速，进而有效扩大所述电动机的调速范围。在现有弱磁控制方法中，只有当电动机的反电动势与所述逆变模块输出的最大电压相等时，才会控制所述电动机进入弱磁控制，而本发明则在所述逆变模块输出的电压达到所述弱磁控制限制电压V_omax时就使所述电动机进入弱磁控制。在上式中，所述电动机的角速度ω是由所述变频压缩机的压缩需求决定的，而所述电动机的d轴电流i_d、q轴电流i_q和磁通量ψ_a均是由所述变频压缩机的具体型号决定的，其均为常量。

接着参阅图1，在所述控制器计算出弱磁控制限制电压V_omax的情况下，所述控制器能够实时获取所述变频压缩机驱动系统的逆变模块的输出电压；需要说明的是，有关弱磁控制限制电压V_omax的计算工作可以由所述控制器完成，也可以由其他元件甚至是技术人员完成，这种具体执行主体的改变并不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。此外，本领域技术人员还能够理解的是，计算弱磁控制限制电压V_omax的步骤既可以在获取输出电压的步骤之前执行，也可以在获取输出电压的步骤之后执行，这种具体执行顺序的改变也不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。

进一步地，在步骤S2中，如果所述控制器判断出所述逆变模块的输出电压大于或等于所述弱磁控制限制电压V_omax，则对所述变频压缩机进行弱磁控制；需要说明的是，此处所述的弱磁控制限制电压V_omax就是通过上述实施例中所述的弱磁控制限制电压设定方法确定出的弱磁控制限制电压。本发明通过弱磁控制限制电压设定方法设定出最佳的弱磁控制限制电压V_omax，以使所述变频压缩机驱动系统的供电电压在进入母线电压不稳定的纹波区域之前，所述变频压缩机就能够切入弱磁控制方法中，以便所述变频压缩机始终能够在稳定电压区域内运行，从而有效避免励磁反电动势超越母线电压的现象出现，以便有效避免现有未设置电解电容的变频压缩机电机容易产生失步甚至停转的问题，进而最大程度地保证所述变频压缩机的稳定运行。需要说明的是，如果无法确定出一个合适的弱磁控制限制电压V_omax，则所述变频压缩机驱动系统的供电电压就很可能进入母线电压不稳定的纹波区域内，而所述变频压缩机的电动机就很容易因为电压波动而出现弱磁控制失效的问题，从而导致所述电动机无法达到预设转速，甚至还会导致所述电动机运行失常的问题，而本发明则正是提供了一种确定出合适的弱磁控制限制电压V_omax的方法，从而有效避免上述问题。

接着参阅图3，如图3所示，所述控制器能够根据所述电动机的设定角速度ω_r来判断所述电动机的控制方式，需要说明的是，本发明不对设定角速度ω_r的确定方式作任何限制。当所述电动机的设定角速度ω_r未达到转速限值时，所述控制器直接通过PI控制的方式对所述电动机的转速进行控制即可，即直接通过改变所述逆变模块提供的电压值来改变q轴电流以控制所述电动机的转速；在此控制过程中，所述控制器主要通过改变q轴电流来控制所述电动机的转速，并且所述电动机的功率也会随之改变。而当所述电动机的设定角速度ω_r已经达到转速限值时，需要说明的是，此处所述的转速限值指的是：当所述逆变模块的输出电压等于所述弱磁控制限制电压时所对应的所述电动机的转速，所述控制器则通过弱磁控制的方式对所述电动机的转速进行控制，即所述控制器主要通过在恒压条件下改变d轴电流来改变所述电动机的转速；在此控制过程中，所述控制器主要通过改变d轴电流来控制所述电动机的转速，并且所述电动机的功率也是恒定不变的，当然，为了满足d轴电流的改变需求，在整个弱磁控制过程中，q轴电流也需要相应地稍作改变。

更进一步地，在对所述变频压缩机进行弱磁控制的过程中，所述控制器能够先依照上述优选实施例中所述的弱磁控制限制电压设定方法计算出所述变频压缩机的弱磁控制限制电压V_omax；接着，所述控制器还能够根据所述变频压缩机的压缩需求确定出所述电动机的目标角速度。需要说明的是，本发明不对所述电动机的角速度的确定方式作任何限制，技术人员可以根据实际使用需求自行设定。在确定出所述变频压缩机的弱磁控制限制电压V_omax和所述电动机的角速度ω之后，所述控制器还能够根据上述优选实施例中所述的弱磁控制限制电压设定方法计算出所述电动机的d轴电流i_d和q轴电流i_q，在确定出d轴电流i_d和q轴电流i_q之后，所述控制器控制所述电动机以计算出的d轴电流i_d和q轴电流i_q运行即可保证所述变频压缩机始终能够依照运行需求稳定运行。

最后需要说明的是，上述实施例均是本发明的优选实施方案，并不作为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在实际使用本发明时，可以根据需要适当添加或删减一部分步骤，或者调换不同步骤之间的顺序。这种改变并没有超出本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。

至此，已经结合附图描述了本发明的优选实施方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于变频空调器的弱磁控制限制电压设定方法，其特征在于，所述变频空调器包括变频压缩机，所述弱磁控制限制电压设定方法包括：

确定所述变频压缩机的三相电压平均值；

提供电压修正系数；

基于所述电压修正系数设定所述变频压缩机的弱磁控制限制电压；

“基于所述电压修正系数设定所述变频压缩机的弱磁控制限制电压”的步骤具体包括通过下列等式确定所述变频压缩机的弱磁控制限制电压：

其中，

为所述变频压缩机的弱磁控制限制电压，

为所述变频压缩机的三相 电压平均值，

为所述电压修正系数，所述电压修正系数由所述变频压缩机的型号确定。

2.根据权利要求1所述的弱磁控制限制电压设定方法，其特征在于，在确定出所述变频 压缩机的弱磁控制限制电压

的情况下，通过矢量计算方式按照下列等式计算所述变 频压缩机的电动机的

轴电流

和

轴电流

：

其中，

为所述电动机的

轴电感；

为所述电动机的磁通量；

为所述电动机的

轴电感；

为所述电动机的角速度。

3.一种用于变频空调器的弱磁控制方法，其特征在于，所述变频空调器包括变频压缩机驱动系统，所述弱磁控制方法包括：

获取所述变频压缩机驱动系统的逆变模块的输出电压；

如果所述逆变模块的输出电压大于或等于所述变频压缩机的弱磁控制限制电压，则对所述变频压缩机进行弱磁控制；

其中，所述弱磁控制限制电压为权利要求1或2所述的弱磁控制限制电压。

4.根据权利要求3所述的弱磁控制方法，其特征在于，所述弱磁控制方法用于所述变频压缩机驱动系统的高频运行状态。

5.一种变频空调器，其特征在于，所述变频空调器包括控制器，所述控制器能够执行权利要求3或4所述的弱磁控制方法。

6.根据权利要求5所述的变频空调器，其特征在于，所述变频空调器的变频压缩机驱动系统包括薄膜电容，所述薄膜电容用于对整流后的电压进行平波处理。

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