CN111293954A - 变频器制动控制方法、电路及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变频器制动控制方法、电路及空调器，变频器设有连接母线电压和电机的三相逆变桥，制动控制方法包括以下步骤：判断是否接收到电机制动信号，若是则进入制动控制模式，制动控制模式包括将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通、上桥IGBT同时关断，将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通之后，采集母线电压的实际电压值，根据实际电压值的大小动态调节下桥IGBT的通断状态。本发明在不需额外增加硬件电路的条件下实现电能泄放，在制动控制过程中根据母线电压的采样信号动态控制下桥IGBT的通断状态，从而控制电机制动速度及母线电压的抬升幅度。

Description

变频器制动控制方法、电路及空调器

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及变频器制动控制方法、电路及空调器。

背景技术

随着市场竞争日益激烈，目前商用空调压缩机驱动变频器方案正朝着多功能方向发展，为了提高用户体验，商用空调室外机风机的电机控制需要同时兼容正转、反转控制，并能够快速衔接，实现散热、除尘功能快速切换。对于电机控制的要求，要能够实现正转快速过度到反转控制，必须先执行制动控制，否则会出现启动失控导致停机保护的情况。

现有技术中的处理方法如下，直流母线侧并联接入耗能电阻并串接IGBT，对IGBT执行开通控制，电感中储存的能量通过耗能电阻泄放，在此过程中电机的动能转换为电感中的电能，再由电能转换为耗能电阻的热能。例如，公布号为CN108011562A的发明专利，变频器的主电路中设置有制动电阻R1，只在电动机处于制动状态时才接入制动电阻R1进行能耗制动，电动机正常运行时将制动电阻R1从母线切断，这种方案需要在逆变桥的基础上额外增加耗能电阻、功率器件以及相应的外围驱动电路，电路设计复杂且成本高，对变频器功率密度等方面会产生负面影响。

因此，如何设计利用变频器自带逆变桥实现自适应制动控制的制动控制方法、电路及空调器是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有制动控制电路设计复杂的缺陷，本发明提出变频器制动控制方法、电路及空调器，该制动控制方法在不需额外增加硬件电路的条件下，利用变频器自带逆变桥实现制动控制。

本发明采用的技术方案是，设计变频器制动控制方法，变频器设有连接母线电压和电机的三相逆变桥，制动控制方法包括以下步骤：判断是否接收到电机制动信号，若是则进入制动控制模式，制动控制模式包括将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通、上桥IGBT同时关断。

优选的，进入制动控制模式时开始计时实际时间t，判断实际时间t是否达到预设退出时间T，若是则退出制动控制模式。

优选的，制动控制模式还包括：将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通之后，采集母线电压的实际电压值，根据实际电压值的大小动态调节下桥IGBT的通断状态。

优选的，根据实际电压值的大小动态调节下桥IGBT的通断状态包括：计算预设电压值H与实际电压值u的差值△u，将差值△u与预设的偏差值进行对比；

当差值△u>预设的最大偏差值时，开通三相逆变桥中的下桥IGBT；

和/或当预设的最小偏差值≤差值△u≤预设的最大偏差值时，降低驱动三相逆变桥中下桥IGBT通断的PWM信号的占空比；

和/或当差值△u<预设的最小偏差值时，关断三相逆变桥中的下桥IGBT。

优选的，预设电压值H为接收到电机制动信号之前的母线电压，最大偏差值为△H，所述最小偏差值为-△H，其中△H=H*3%。

优选的，降低驱动三相逆变桥中下桥IGBT通断的PWM信号的占空比包括：以占空比为50%的PWM信号驱动三相逆变桥中下桥IGBT的通断。

优选的，三相逆变桥中的所有下桥IGBT同步开通或关断。

本发明还提出了变频器制动控制电路，包括：连接母线电压和电机的三相逆变桥、控制三相逆变电路中各IGBT通断状态的控制模块，三相逆变桥中每个IGBT均反向并联一个二极管；控制模块在接收到电机制动信号时，同时开通三相逆变桥中的下桥IGBT和关断三相逆变桥中的上桥IGBT。

制动控制电路还包括：采集母线电压的实际电压值的检测模块，控制模块根据实际电压值的大小动态调节下桥IGBT的通断状态。

本发明还提出了具有变频器和电机的空调器，该变频器采用上述的制动控制电路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、当电机进入制动状态时，将变频器的三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通，电感中的电能由下桥IGBT和电感之间的回路进行泄放，从而在不需额外增加硬件电路的条件下实现电能泄放；

2、开通下桥IGBT之后，根据母线电压的采样信号动态控制下桥IGBT的通断状态，从而控制电机制动速度及母线电压的抬升幅度。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明中变频器制动控制电路的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出变频器制动控制方法是基于变频器的自身电路进行控制，变频器设有连接母线电压和电机的三相逆变桥，三相逆变桥中设有并联接在母线电压上的三条支路，每条支路上设有上下两个桥臂，每个桥臂由一个IGBT和一个反并联二极管组成，三条支路与电机的三相绕组一一对应，上桥IGBT和下桥IGBT之间的中间点接在其对应的绕组上，三条支路上的上桥IGBT分别是V1、V3和V5，三条支路的下桥IGBT分别是V4、V6和V2。

制动控制方法包括以下步骤：判断是否接收到电机制动信号，若是则进入制动控制模式，进入制动控制模式时开始计时实际时间t，判断实际时间t是否达到预设退出时间T，若是则退出制动控制模式，三相逆变桥恢复正常驱动。此处的电机制动信号可以是电机正反转状态的切换信号，即接收到电机换向信号时，电机进入制动控制模式，由于制动控制过程通常在极短的时间内完成，因此预设退出时间T取值较小，一般来说是零点几秒，最大不会超过一秒。

下面对制动控制模式进行详细说明。

制动控制模式包括将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通、上桥IGBT同时关断，电机绕组中的电流从已导通的下桥IGBT和电感之间的回路进行泄放，以图1中示出的泄放状态为例，接收到电机制动信号时，电机绕组上的电流状态是在V4和V6连接的两个绕组中流动，则此时V2不起作用，通过V4和V6的反并联二极管进行电能泄放。若接收到电机制动信号时，电机绕组上的电流状态是在V4和V2连接的两个绕组中流动，则此时V6不起作用，通过V4和V2的反并联二极管进行电能泄放。

需要说明的是，由于接收到电机制动信号的时间不同，电机绕组中的电流方向也不同，三个下桥IGBT同时开通时，电机绕组中的电流可以自行选择与其连通的回路进行泄放，从一下桥IGBT及另外一路下桥IGBT反并联二极管构成的回路进行电能泄放，电机的动能转换为绕组中的电能，再由电能转换为绕组的热能，泄放速度快且控制方式简单。

虽然将下桥IGBT同时导通可以有效泄放电能，但如果下桥IGBT持续导通时间过长，电机绕组中的电能会在短时间全部释放，释放的电能一部分转化为绕组的热能，导致绕组温度过高，另一部分反馈到母线电压上，导致母线电压短时间迅速抬升，当电压过高时会损坏IGBT，影响电路的安全性和稳定性。

为了实现制动的最优化控制，制动控制模式还包括：将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通之后，采集母线电压的实际电压值，根据实际电压值的大小动态调节下桥IGBT的通断状态。

在优选实施例中，根据实际电压值动态调节下桥IGBT的通断状态包括：计算预设电压值H与实际电压值u的差值△u，差值△u=预设电压值H-实际电压值u，将差值△u与预设的偏差值进行对比，此处的预设电压值H为接收到电机制动信号之前的母线电压，最大偏差值为△H，所述最小偏差值为-△H，其中△H=H*3%，当然预设偏差值也可以取为其他数值，本发明对此不作限制。

差值△u与预设的偏差值对比过程如下：

当差值△u>预设的最大偏差值△H时，实际电压值u低于预设电压值H，且电压值存在一定差距，实际电压值u被允许抬升的空间较大，此阶段持续开通三相逆变桥中的下桥IGBT，以使电机绕组上的电能可以快速泄放，实际电压值u迅速抬升，差值△u进入到最大偏差值和最小偏差值之间的中间区域；

当预设的最小偏差值-△H≤差值△u≤预设的最大偏差值△H时，实际电压值u低于或者高于预设电压值H，且电压值差距较小，实际电压值u被允许抬升的空间较小，此阶段降低驱动三相逆变桥中下桥IGBT通断的PWM信号的占空比，即缩短三相逆变桥中的下桥IGBT通断周期中的开通时间，间歇性释放电机绕组上的电能，实际电压值u的抬升速度减缓，差值△u进入到小于最小偏差值的区域，此处降低占空比的方式是以占空比为50%的PWM信号驱动三相逆变桥中下桥IGBT的通断，PWM信号为接收到电机制动信号之前的PWM信号，当然实际应用中可以选择以其他方式控制缩短三相逆变桥中的下桥IGBT通断周期中的开通时间；

当差值△u<预设的最小偏差值-△H时，实际电压值u高于预设电压值H，且电压值差距较大，实际电压值u不能继续抬升，此阶段持续关断三相逆变桥中的下桥IGBT。

本发明通过实际电压值和预设电压值调节下桥IGBT的占空比，从而控制电机制动速度及母线电压的抬升幅度，实现最优控制。需要说明的是，在制动控制模式中三相逆变桥的所有下桥IGBT同步开通或关断，而且下桥IGBT和上桥IGBT不同同时导通。

如图1所示，本发明还提出了变频器制动控制电路，包括：变频器、控制模块和检测模块，控制模块控制三相逆变电路中IGBT通断状态，检测模块采集母线电压的实际电压值。电机正常工作时，控制模块发出与当前电机工作模式相匹配的PWM信号驱动三相逆变电路运行，当接收到电机制动信号时，控制模块同时开通三相逆变桥中的下桥IGBT和关断三相逆变桥中的上桥IGBT，再根据检测模块反馈的实际电压值的大小动态调节下桥IGBT的通断状态，调节已在上文中详细说明，在此不做赘述。

较优的，控制模块还设有计时模块，控制模块接收到电机制动信号时启动计时模块开始计时实际时间t，当实际时间t达到预设退出时间T时，控制模块发出与当前电机工作模式相匹配的PWM信号驱动三相逆变电路运行。

进一步的，为了保障变频器制动控制电路的稳定性，母线电压上还连接有与三相逆变电路并联设置的至少一组电容和电阻，该电容和电阻构成滤波稳压电路，提高制动控制电路的耐压等级。

本发明还提出了具有变频器和电机的空调器，该变频器采用上述的制动控制电路，该电机可以是空调器中室外风机的电机，当空调器应用在风沙较大等环境比较恶劣的地区，为了保持空调外机内部的清洁，空调外机需要频繁进行除尘处理，即空调外机会在散热和除尘的模式之间切换，室外风机会快速的进行正反转状态切换，在切换过程中制动控制电路执行制动控制模式，可以对母线电压与制动速度动态调节，快速且可靠的完成正反转状态切换，使得当空调外机需要除尘时，室外风机可以很快完成制动，尽快开始除尘，在除尘完成后，可以尽快的切换到散热模式，使用体验好且空调寿命长。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变频器制动控制方法，所述变频器设有连接母线电压和电机的三相逆变桥，其特征在于，所述制动控制方法包括以下步骤：判断是否接收到电机制动信号，若是则进入制动控制模式，所述制动控制模式包括将所述三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通、上桥IGBT同时关断。

2.如权利要求1所述的变频器制动控制方法，其特征在于，所述进入制动控制模式时开始计时实际时间t，判断所述实际时间t是否达到预设退出时间T，若是则退出所述制动控制模式。

3.如权利要求1所述的变频器制动控制方法，其特征在于，所述制动控制模式还包括：将三相逆变桥中的下桥IGBT同时开通之后，采集所述母线电压的实际电压值，根据所述实际电压值的大小动态调节所述下桥IGBT的通断状态。

4.如权利要求3所述的变频器制动控制方法，其特征在于，所述根据实际电压值的大小动态调节所述下桥IGBT的通断状态包括：计算预设电压值H与所述实际电压值u的差值△u，将所述差值△u与预设的偏差值进行对比；

当所述差值△u>预设的最大偏差值时，开通所述三相逆变桥中的下桥IGBT；

和/或当预设的最小偏差值≤所述差值△u≤预设的最大偏差值时，降低驱动三相逆变桥中下桥IGBT通断的PWM信号的占空比；

和/或当所述差值△u<预设的最小偏差值时，关断所述三相逆变桥中的下桥IGBT。

5.如权利要求4所述的变频器制动控制方法，其特征在于，所述预设电压值H为接收到所述电机制动信号之前的母线电压，所述最大偏差值为△H，所述最小偏差值为-△H，其中△H=H*3%。

6.如权利要求4所述的变频器制动控制方法，其特征在于，所述降低驱动三相逆变桥中下桥IGBT通断的PWM信号的占空比包括：以占空比为50%的PWM信号驱动三相逆变桥中下桥IGBT的通断。

7.如权利要求1至6任一项所述的变频器制动控制方法，其特征在于，所述三相逆变桥中的所有下桥IGBT同步开通或关断。

8.一种变频器制动控制电路，包括：连接母线电压和电机的三相逆变桥、控制所述三相逆变电路中各IGBT通断状态的控制模块，所述三相逆变桥中每个IGBT均反向并联一个二极管；其特征在于，所述控制模块在接收到电机制动信号时，同时开通所述三相逆变桥中的下桥IGBT和关断所述三相逆变桥中的上桥IGBT。

9.如权利要求8所述的变频器制动控制电路，其特征在于，还包括：采集所述母线电压的实际电压值的检测模块，所述控制模块根据所述实际电压值大小动态调节所述下桥IGBT的通断状态。

10.一种空调器，包括：变频器和与所述变频器连接的电机，其特征在于，所述变频器采用如权利要求8或9所述的变频器制动控制电路。

Images