CN111355422A - 驱动控制电路、驱动方法、装置、压缩机和空调设备 - Google Patents

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CN111355422A CN202010301109.4A CN202010301109A CN111355422A CN 111355422 A CN111355422 A CN 111355422A CN 202010301109 A CN202010301109 A CN 202010301109A CN 111355422 A CN111355422 A CN 111355422A
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徐锦清
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胡斌
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Abstract

本申请公开了驱动控制电路、驱动方法、装置、压缩机和空调设备，该电路用于驱动包括开绕组的电机，该电路包括：电源部；第一切换部，包括机械开关；第二切换部，包括电子开关，电子开关与机械开关并联；第一切换部和第二切换部用于切换开绕组为第一接线方式或者第二接线方式，其中，第一接线方式下开绕组的相电压低于第二接线方式下开绕组的相电压，电子开关导通可使得开绕组为第一接线方式。该电路能够在电机绕组进行切换时，通过电子开关取代机械开关执行切换动作，提高切换的效率，又能在电机稳定运行后使用机械开关通电，减少开关损耗，从而能够提高电机在全转速频段的运行效率。本申请可广泛应用于电机技术领域。

Description

驱动控制电路、驱动方法、装置、压缩机和空调设备
技术领域
本申请涉及电机技术领域，尤其是一种驱动控制电路、驱动方法、装置、压缩机和空调设备。
背景技术
变频空调是一种常用的家用电器，相对于普通的定频空调来说，其可以更快速地制冷/制热，而且稳定状态下温度波动更小，因此受到广大用户的喜爱。变频空调中，常以永磁电机作为驱动压缩机的电动机，永磁电机是一种利用永磁体形成磁场的高效电机，具有体积小、效率高、结构简单等优点。为了提高永磁电机的运行效率，往往使用较高的主磁通，若要将电机转速升至高频，进行深程度的弱磁控制可能会增大电机损耗甚至影响系统的稳定性，所以一般采用调整电机绕组接法从而提高母线电压利用率的方式。
相关技术中，以三相电机为例，通常是设置两组开关，通过它们的配合使得电机绕组在三角形接法和星形接法间切换，以改变电机绕组的相电压，使得电机无需通过弱磁控制便能进入高频运行。但是，由于一般采用的机械开关需要在电机停机后(转速降为0)才能切换，因此会导致整个切换过程的用时较长，效率低；而如果将机械开关换成电子开关，又要承受电机稳定运行下大量的开关管损耗，浪费能源。
发明内容
本申请实施例提供一种驱动控制电路、驱动方法、装置、压缩机和空调设备，能够有效兼顾电机绕组接线方式切换的高效率和开关器件的低损耗，从而提高电机全转速频段的运行效率。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种驱动控制电路，用于驱动电机，所述电机包括开绕组，所述驱动控制电路包括：
电源部，用于为所述开绕组提供交流电源；
第一切换部，包括机械开关；
第二切换部，包括电子开关，所述电子开关与所述机械开关并联；
所述第一切换部和所述第二切换部用于切换所述开绕组为第一接线方式或者第二接线方式；
其中，所述开绕组包括第一相开绕组和第二相开绕组，所述第一相开绕组包括第一端子和第二端子，所述第二相开绕组包括第三端子和第四端子，所述第一端子和所述第三端子连接于所述电源部；
所述第一接线方式为所述第二端子和所述第四端子相连接的接线方式，所述第二接线方式为所述第二端子和所述第四端子连接于所述电源部的接线方式；
所述电子开关用于导通使得所述开绕组为所述第二接线方式。
本申请实施例中，通过在电机的驱动控制电路中设置包括电子开关的第二切换部，能够有效地在电机绕组接线方式进行切换时通过电子开关取代机械开关执行切换动作，提高切换的效率，又能在电机稳定运行后正常使用机械开关通电，减少开关损耗，节省能源。
另外，根据本申请上述实施例的驱动控制电路，还可以具有以下附加的技术特征：
可选地，在本申请的一个实施例中，所述开绕组还包括第三相开绕组，所述第三相开绕组包括第五端子和第六端子，所述第一接线方式为星形接法，所述第二接线方式为三角形接法。
本申请实施例，电机绕组形式为三相开绕组，三相开绕组更适配于目前常用的三相电，且三相电机具有构造简单、性能优良、运行负荷均衡的优点，比较适合用于驱动压缩机。
可选地，在本申请的一个实施例中，该电路还包括三相全波整流桥，所述三相全波整流桥包括交流输入端和直流输出端；
所述第二端子、所述第四端子和所述第六端子连接于所述交流输入端，所述直流输出端连接于所述电源部。
本申请实施例中，还设置了三相全波整流桥，可使得在切换绕组接线方式的过程中，电源停止供电时电机绕组内的电流能够通过整流桥迅速释放，不需要等待电机绕组中的电流降至0便可以执行断开开关的动作，进一步减少电源停止供电的时长，提高切换绕组接线方式的效率。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述电子开关包括两个反向串联的金属氧化物半导体场效应晶体管。
本申请实施例中，通过将两个反向串联的MOSFET管作为一个整体的电子开关，能够使得电路双向可控，还可以防止电机绕组断电过程中产生的反向感应电流倒灌损坏MOSFET管，提高了驱动控制电路切换的可靠性。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述机械开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的个数和所述开绕组的相数相同。
本申请实施例中，采用单刀双掷开关完成电机绕组的切换，所需要的机械开关数量少，成本更低。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种驱动方法，用于驱动电机，所述电机包括开绕组，该方法包括以下步骤：
获取所述电机的转速；
确定所述转速上升至第二阈值，通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第二接线方式；
或者，
确定所述转速下降至第一阈值，通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第一接线方式；
其中，所述驱动控制电路为上述实施例所述的驱动控制电路。
本申请实施例中，基于上述的驱动控制电路实施例提出了一种驱动方法，使用该方法能够快速、节能地切换电机绕组接线方式，以使电机绕组适配于电机运行的转速，提高电机全转速频段的运行效率。
另外，根据本申请上述实施例的驱动方法，还可以具有以下附加的技术特征：
可选地，在本申请的一个实施例中，所述第一阈值小于或者等于所述第二阈值。
本申请实施例中，可以设置第一阈值小于第二阈值，以使得电机尽可能少地执行绕组接线方式切换的动作，一方面减少切换绕组接线方式的用时，提高电机运行的效率，另一方面又能减少开关的切换次数，延长开关的使用寿命。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第二接线方式或者所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第一接线方式，包括以下步骤：
在所述第一切换部开始切换前导通所述电子开关；
在所述第一切换部的所有开关均断开的状态下关断所述电子开关。
本申请实施例中，要切换出该组电子开关导通时所对应的绕组接线方式时，则在第一切换部开始切换前就导通该组电子开关，并在第一切换部切换中关断电子开关，以用电子开关截止来代替执行机械开关断开的动作，提高切换速度。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第二接线方式或者所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第一接线方式，包括以下步骤：
在所述第一切换部的所有开关均断开的状态下导通所述电子开关；
在所述第一切换部完成切换后关断所述电子开关。
本申请实施例中，要切换为该组电子开关导通时所对应的绕组接线方式时，则在第一切换部切换中导通电子开关，并在第一切换部完成切换后关断电子开关，以用电子开关导通来代替执行机械开关闭合的动作，提高切换速度。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现第二方面所述的方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种压缩机，包括：电动机；
所述电动机由第一方面所述的驱动控制电路或者由第三方面所述的装置驱动。
根据本申请实施例的第五方面，提供一种空调设备，包括第四方面所述的压缩机。
本申请实施例提供的技术方案，通过第一切换部中的机械开关和第二切换部中的电子开关协同动作执行电机绕组的接线方式切换，能够在切换过程中以电子开关导通/截止来代替机械开关闭合/断开，大大提高切换的速度和效率，又能够在切换完成后转入由机械开关通电，减少开关损耗，节省电能资源；本申请实施例能够有效兼顾到电机绕组接线方式切换的高效率和开关器件的低损耗，从而提高电机全转速频段的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本申请实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本申请的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是一种空调设备的结构示意图；
图2是相关技术中的一种驱动控制电路的示意图；
图3是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路的示意图；
图4是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中电源部的电路示意图；
图5(a)是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中继电器开关断开的电路示意图；图5(b)是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中继电器开关闭合的电路示意图；
图6是本申请实施例中提供的另一种驱动控制电路的示意图；
图7(a)是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中单刀双掷开关使得电机绕组处于星形接线方式的示意图；图7(b)是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中单刀双掷开关使得电机绕组处于三角形接线方式的示意图；
图8(a)是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中单刀双掷继电器刀闸处于下触点的电路示意图；图8(b)是本申请实施例中提供的一种驱动控制电路中单刀双掷继电器刀闸处于上触点的电路示意图；
图9是本申请实施例中提供的一种驱动方法的流程图；
图10是本申请实施例中提供的一种电机转速与电机绕组接法切换关系的示意图；
图11是本申请实施例中提供的一种由三角形接法切换到星形接法过程中各个开关及电源的控制时序图；
图12是本申请实施例中提供的一种由星形接法切换到三角形接法过程中各个开关及电源的控制时序图；
图13是本申请实施例中提供的另一种由三角形接法切换到星形接法过程中各个开关及电源的控制时序图；
图14是本申请实施例中提供的另一种由星形接法切换到三角形接法过程中各个开关及电源的控制时序图；
图15是本申请实施例中提供的一种装置示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参照图1，一种空调设备的结构示意图，该空调设备具备有：驱动控制电路110、含有电动机1201的压缩机120、四通阀130、第一热交换器140、膨胀阀150和第二热交换器160。其中第一热交换器140布置于室内，第二热交换器160布置于室外。本申请实施例中，主要对该空调设备的驱动控制电路110与压缩机120中的电动机1201间的连接关系和控制逻辑进行了改进，其他部件可按照常规的实施手段进行设置或者相应调整。
下面结合附图说明现阶段的驱动控制电路所存在的不足，参照图2，图中以包括三相开绕组的电动机为例，示出了现阶段变频空调的一种驱动控制电路。在该电路中，包括转换器220、逆变器230、第一切换开关组250和第二切换开关组260。其中，交流电源210一般为市电，电压220V，频率为50Hz，转换器220对交流电源210供给的交流电进行整流滤波后，得到310V左右的直流电，此直流电经过逆变器230逆变后，就可以得到用以控制压缩机运转的变频电源，即逆变器230将转换器220输出的直流电变换成三相交流电，并向电动机的绕组240供给，从而起到变频器的效果。变频空调设备中压缩机使用的驱动电机多为永磁电机，为了保证电机的运行效率，在电机运行处于中低转速频段和高转速频段需要选取不同的绕组接线方式。具体地，在电机运行处于中低转速频段时，可以采用星形接法提高反电动势，以使得电机的运行效率较高；而在电机运行处于高速频段时，绕组需要较高的相电压，此时则可以将电机绕组切换到三角形接法，以提高电机的带载能力。
图2中，第一切换开关组250对应的是三角形接法，第二切换开关组260对应的是星形接法，即当电机处于中低频转速运行时，第二切换开关组160中的开关KY1、KY2闭合，第一切换开关组250中的开关KD1、KD2、KD3断开；当电机处于高频转速运行时，第二切换开关组260中的开关KY1、KY2断开，第一切换开关组250中的开关KD1、KD2、KD3闭合。具体的切换过程如下：当电机需要从中低频转速运行转到高频转速运行时，首先断开电源，待电机转速降为0后，断开第二切换开关组260中的开关KY1、KY2，闭合第一切换开关组250中的开关KD1、KD2、KD3，再重新启动电源，从而完成一次星形接法向三角形接法的切换；相对地，当电机需要从高频转速运行转到中低频转速运行时，首先断开电源，待电机转速降为0后，断开第一切换开关组250中的开关KD1、KD2、KD3，闭合第二切换开关组260中的开关KY1、KY2，再重新启动电源，从而完成一次三角形接法向星形接法的切换。此处，断开电源后，需要等待电机停机(即转速降为0)的原因是：一方面，为了降低损耗，一般第一切换开关组250、第二切换开关组260中的开关均为机械开关，机械开关切换所需的动作时间长；另一方面，为了消除电机绕组240内的电流，需要在开关断开前就停止供电，所以电机断电的时间比较长。而进一步地，电机的断电时间长，又会因电机转矩的中断时间过长从而导致电机失调，所以需要停机(电机转速降为0)后再启动。而将第一切换开关组250、第二切换开关组260中的开关全部换为电子开关的话，虽然会减少切换用时，但是由于电机稳定运行时电子开关需要长时间保持导通模式，会大大增加电路的损耗。故而，现阶段还未有能够兼顾到提高切换效率和减少电路损耗的驱动控制电路，以用于切换电机绕组的接线方式。应当说明的是，以上内容仅用于辅助理解本申请中的技术方案，并不代表承认为已公开的现有技术。
参照图3，本申请实施例中提供的一种驱动控制电路示意图，该驱动控制电路用于驱动包括三相开绕组的电机，该驱动控制电路包括电源部310、第一切换部和第二切换部340：
电源部310，用于为电机的开绕组320提供交流电源；对于三相电机而言，其包括第一相开绕组U、第二相开绕组V和第三相开绕组W，每相绕组的两端均有接口端子，例如图3中，第一相开绕组U的左端引出第一端子，右端引出第二端子；第二相开绕组V的左端引出第三端子，右端引出第四端子；第三相开绕组W的左端引出第五端子，右端引出第六端子。第一端子、第三端子和第五端子连接于电源部310，当开绕组320的第二端子、第四端子和第六端子相连接时，处于星形接法；当开绕组320的第二端子、第四端子和第六端子也连接到电源部时，处于三角形接法。三相交流电源是电能的一种输送形式，简称为三相电，是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。三相电发电容量大、输电费用低，普及非常广泛，对应的三相电机结构简单，体积小，具有非常良好的运行特性，因此，本申请实施例主要基于三相电和三相电机进行解释说明，但应当理解的是，本申请中的方案并不局限于只含三相的绕组。
具体地，参照图4，本申请实施例提供了部分电源部的原理示意图，包括直流输入源410和逆变器420，可选地，直流输入源410还可以包括电容器C+，电容器C+可用于稳定输入电压；可选地，直流输入源410可以由接市电的整流电路和功率因数校正(PFC)电路构成，电池、电容器等模块或器件也可以作为直流输入源410的实施方式。逆变器420用于将直流输入源410输入的直流电转换为驱动电机三相绕组U、V、W的交流电。具体地，如图4所示，逆变器420具有6个电子开关组件UH、UL、VH、VL、WH和WL，N1、N2分别为直流输入源410的两条电力供给线，电力供给线N1接正极，电力供给线N2接负极，电容器C+连接在电力供应线N1和电力供应线N2之间，电子开关组件UH和电子开关组件UL串联连接在电力供应线N1和电力供应线N2之间，电子开关组件VH和电子开关组件VL串联连接在电力供应线N1和电力供应线N2之间，电子开关组件WH和电子开关组件WL串联连接在电力供应线N1和电力供应线N2之间；电子开关组件UH和电子开关组件UL之间引出U相电源输出，电子开关组件VH和电子开关组件VL引出V相电源输出，电子开关组件WH和电子开关组件WL引出W相电源输出。本申请实施例中，电子开关组件UH、UL、VH、VL、WH和WL根据逆变器的相关驱动信号导通或者截止，从而实现直流电源的逆变和输出。可选地，对于单个的电子开关组件来说，其可以包括有一个电子开关和与之反向并联的二极管，其中，所述电子开关可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。以图4中电子开关组件UH为例，其包括电子开关UHa和二极管UHb，UHa为IGBT管，当其基极有驱动脉冲输入时，集电极和发射极导通，二极管UHb和IGBT管UHa反向并联，设置二极管UHb有两个作用：一是为了给交流侧向直流侧反馈无功功率提供通道，二是为了释放电机绕组上的电感电压，防止其反向击穿IGBT管UHa。当然，这里也可以将电子开关组件设置为本身就带有寄生二极管的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其他电子开关组件的设置方式与UH类似，在此不再赘述。并且，应当理解到，实际中的驱动控制电路，逆变器420的结构并不局限于图4所示的结构。
第一切换部，具体地，在一种实施方式中，该第一切换部可以包括两部分：对应星形接法的星形切换子部3301和对应三角形接法的三角形切换子部3302。星形切换子部3301中的开关KY1、KY2和三角形切换子部3302的开关KD1、KD2和KD3均为机械开关，其中，对于星形切换子部3301来说，机械开关KY1的一端连接第一相开绕组U的第二端子，机械开关KY1的另一端连接第二相开绕组V的第四端子；机械开关KY2的一端连接第二相开绕组V的第四端子，机械开关KY2的另一端连接第三相开绕组W的第六端子。此处应当说明的是，星形切换子部3301还可以再设置机械开关KY3(图中未示出)，并使机械开关KY3的一端连接第一相开绕组U的第二端子，机械开关KY3的另一端连接第三相开绕组W的第六端子，设置机械开关KY3能够提高切换至星形接法的成功率，尽量避免出现因星形切换子部3301中某个机械开关损坏、接触不良而导致切换失败的情况发生；而省去机械开关KY3，单独设置机械开关KY1、机械开关KY2，星形切换子部3301也能够正常工作，并且可以省去的部分器件成本。应当理解的是，上述的机械开关KY1、机械开关KY2和机械开关KY3设置方式、所对应的绕组相和连接方式均不固定，例如以上述对应的绕组相和连接方式而言，只设机械开关KY2和机械开关KY3同样是可选的实施方式。
对于三角形切换子部3302来说，机械开关KD1的一端连接第一相开绕组U的第一端子，机械开关KD1的另一端连接第三相开绕组W的第六端子；机械开关KD2的一端连接第三相开绕组W的第五端子，机械开关KD2的另一端连接第二相开绕组V的第四端子；机械开关KD3的一端连接第二相开绕组V的第三端子，机械开关KD3的另一端连接第一相开绕组U的第二端子。同样，上述的机械开关KD1、机械开关KD2和机械开关KD3所对应的绕组相和连接方式均不固定，可以灵活选取设置。
星形切换子部3301和三角形切换子部3302中的这些机械开关用于切换电机绕组320的接线方式，具体地，当星形切换子部3301中的机械开关KY1、机械开关KY2闭合，三角形切换子部3302的机械开关KD1、机械开关KD2和机械开关KD3断开时，电机绕组320处于星形接法，每相的电压等于母线电压除以3；当星形切换子部3301中的机械开关KY1、机械开关KY2断开，三角形切换子部3302的机械开关KD1、机械开关KD2和机械开关KD3闭合时，电机绕组320处于三角形接法，每相的电压等于母线电压。可以看到，对于同一母线电压，在电机绕组320处于星形接法的状态下每相的绕组电压低于电机绕组320处于三角形接法的状态下每相的绕组电压。因此，切换电机的绕组接线方式能够改变电机的母线电压利用率，从而方便地调整电机的转速。
作为一种可选的实施方式，上述星形切换子部3301和三角形切换子部3302中的机械开关可以采用电磁式继电器。电磁式继电器的优势主要包括安全可靠性高、使用寿命长等，一种常用的电磁式继电器原理图如图5(a)及图5(b)所示，该继电器包括励磁电源510、励磁线圈520、励磁开关530和继电器开关540，图5(a)中，继电器的励磁开关530断开，励磁线圈520为非励磁状态，此时继电器开关540也处于断开状态，以图3中机械开关KY1为上述继电器为例，则此时电机的第一相开绕组U的第二端子与第二相开绕组V的第四端子处于断开状态。图5(b)中，继电器的励磁开关530闭合，励磁线圈520为励磁状态，此时在磁力的作用下，继电器开关540被吸合，仍以图3中机械开关KY1为上述继电器为例，则此时电机的第一相开绕组U的第二端子与第二相开绕组V的第四端子处于闭合状态。可以理解的是，上述的机械开关均可以参照图5的原理设置为电磁式继电器。
第二切换部，在本申请的一种实施例中，第二切换部包括电子开关3401～3403这三个电子开关，其中，电子开关3401与机械开关KD1并联，电子开关3402与机械开关KD2并联，电子开关3403与机械开关KD3并联。电子开关用于在第一切换部进行切换时动作，在本申请实施例中，电子开关3401、电子开关3402和电子开关3403导通时，电机绕组320可以处于三角形接法。电子开关3401、电子开关3402和电子开关3403的作用是在三角形切换子部3302进行切换时，代替机械开关KD1、机械开关KD2和机械开关KD3执行切换动作，大大减少开关动作的用时，使得电机绕组320更快地切入或者切出三角形接法，令电机停电的时间显著缩短，从而能够在不停机(转速为0)的状态下安全、有效地完成电机绕组320接线方式的切换。
此处应当说明的是，本申请实施例中的电子开关中的器件Q1～Q6，可以采用常用的电力电子器件，包括但不限于门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。而作为一种可选的实施方式，本申请实施例中，电子开关3401、电子开关3402和电子开关3403均采用两个反向串联的MOSFET管作为一个整体的电子开关，这样做的好处是能够使得电路双向可控，还可以防止电机绕组断电过程中产生的反向感应电流倒灌损坏MOSFET管。当然，此处的MOSFET管也可以换成反向并联二极管的IGBT器件，也可以起到相同的作用。
参照图6，本申请实施例中，对于驱动三相开绕组而言，该驱动控制电路还可以设置有三相全波整流桥350，三相全波整流桥350中包括6组二极管D1～D6。本申请实施例中，三相全波整流桥350的包括交流输入端和直流输出端，其交流输入端连接在绕组320的第二端子、第四端子和第六端子，直流输出端连接到电源部310。具体地，对于图4中所示出的电源部来说，三相全波整流桥350的直流输出端的正极连接到电力供给线N1，三相全波整流桥350的直流输出端的负极连接到电力供给线N2，从而使得在切换过程中，电源停止供电时绕组320内的电流能够通过整流桥迅速释放，不需要等待绕组320中的电流下降至0便可以执行断开开关的动作，进一步减少电源停止供电的总时长，提高切换绕组320接线方式的效率。而且，作为一种可选的实施方式，本申请实施例中的三相全波整流桥350中二极管D1～D6还可以替换为电子开关管的形式，具体地，电子开关管包括但不限于门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。
本申请的上述实施例中，第一切换部均包括了星形切换子部3301和三角形切换子部3302，而实际上，为了尽可能地节省开关器件，还可以将第一切换部设置为一组单刀双掷开关。具体地，参照附图7，图中示出了本申请实施例采用单刀双掷开关构成第一切换部330的一种实施方式，本申请实施例中，对于三相电机来说，第一切换部330中包括与每相对应设置的一个单刀双掷开关，每个单刀双掷开关包括不动支点、上触点和下触点，以单刀双掷开关K1为例：单刀双掷开关K1与第三相开绕组W对应，其不动支点连接于第三相开绕组W的第六端子，单刀双掷开关K1的上触点连接于第一相开绕组U的第一端子，单刀双掷开关K1的下触点可以通过单刀双掷开关K2连接到第二相开绕组V的第四端子，单刀双掷开关K1的下触点还可以通过单刀双掷开关K3连接到第一相开绕组U的第二端子。三个单刀双掷开关K1、K2、K3形成开关组，共同用于切换电机绕组，其中，图7(a)中示出的是第一切换部330使得电机绕组320处于星形接法时的示意图，此时单刀双掷开关K1、K2、K3的刀闸都位于下触点；图7(b)中示出是第一切换部330使得电机绕组320处于三角形接法时的示意图，此时单刀双掷开关K1、K2、K3的刀闸都位于上触点。
在上述的单刀双掷开关组成第一切换部330实施方式中，第二切换部的设置方式如下，图7中a～f为6个可接入电子开关的位置，可以在ab间、bc间、ef间接入电子开关，这种情况下，ab间、bc间、ef间的电子开关可以代替单刀双掷开关K1、K2、K3刀闸切换到上触点的功能，相当于ab间、bc间、ef间的电子开关并联在“只含有上触点的单刀双掷开关”间，能够代替单刀双掷开关K1、K2、K3执行切入或者切出三角形接法的动作。因为此时ab间、bc间、ef间的电子开关导通时，与单刀双掷开关K1、K2、K3均处于上触点所达到的效果是一样的，ab间、bc间、ef间的电子开关分别可以类比于图3中的电子开关3401、电子开关3402和电子开关3403。
本申请实施例中，单刀双掷开关K1、K2、K3同样可以采用继电器，单刀双掷开关的继电器的工作原理参照图8，该继电器包括励磁电源810、励磁线圈820、励磁开关830和继电器开关840，继电器开关840的刀闸触点包括上触点8401和下触点8402。图8(a)中，继电器的励磁开关830断开，励磁线圈820为非励磁状态，此时继电器开关840的刀闸位于下触点8402，以图8中的单刀双掷开关K1、K2和K3均为这种状态下的继电器为例，则此时电机的第一相开绕组U的第二端子、第二相开绕组V的第四端子和第三相开绕组W的第六端子连接在一起，处于星形接法，即为图7(a)中所示的状态。图8(b)中，继电器的励磁开关830闭合，励磁线圈820为励磁状态，此时在磁力的作用下，继电器开关840的刀闸被吸合，位于上触点8401，以图7中的单刀双掷开关K1、K2和K3均为这种状态下的继电器为例，则此时电机的第一相开绕组U的第一端子与第三相开绕组W的第六端子连接，第二相开绕组V的第三端子与第一相开绕组U的第二端子连接，第三相开绕组W的第五端子与第二相开绕组V的第四端子连接，电机绕组处于三角形接法，即为图7(b)中所示的状态。应当说明的是，本申请实施例中采用单刀双掷开关构成的第一切换部330，同样可以结合图6中的三相全波整流桥350设置，只需在开绕组320的第二端子引出三相交流输出连接到三相全波整流桥350，并将三相全波整流桥350的直流输出连接到电源部310即可。
在上述实施例中，均以电机绕组为三相绕组进行了解释和说明，但本领域的技术人员可以了解到，基于上述的说明，该驱动控制电路还可以适配三相以上的绕组接法。在这种情况下，若机械开关为单刀单掷开关，需要两组单刀单掷开关配合组成第一切换部时，开关的总数至少为绕组相数的二倍减一；若机械开关为单刀双掷开关，则开关的总数可以与绕组相数相同。其余电源部、第二切换部的设置原理和方式与三相绕组的类似，在此不再赘述。
参照图9，本申请实施例还提供了一种驱动方法，用于驱动电机，该电机包括开绕组，该方法包括步骤S910和S920：
S910、获取电机的转速；
S920、确定转速上升至第二阈值，通过驱动控制电路将开绕组切换为第二接线方式；
或者，
确定转速下降至第一阈值，通过驱动控制电路将开绕组切换为第一接线方式；
其中，驱动控制电路为上述实施例中的驱动控制电路。
下面结合上述的驱动控制电路实施例来说明本申请实施例中的驱动方法。
本申请实施例中，基于上述实施例中的驱动控制电路提出了一种驱动方法，能够实现电机绕组接线方式的快速切换。具体地，仍以三相电机为例，参照图3，对于图3所示出的驱动控制电路而言，在电机处于中低频转速时，星形切换子部3301中的开关KY1、KY2闭合，三角形切换子部3302的开关KD1、KD2和KD3断开运行效率比较高；而电机需要提高到高频转速运行时，则需要执行绕组接法的切换，即将星形切换子部3301中的开关KY1、KY2断开，将三角形切换子部3302的开关KD1、KD2和KD3闭合，从而完成绕组由星形接法向三角形接法的切换。反之，电机从高频转速转入中低频转速运行时，同样需要执行绕组接法的切换，此时则将三角形切换子部3302的开关KD1、KD2和KD3断开，将星形切换子部3301中的开关KY1、KY2闭合，从而完成绕组由星形接法向三角形接法的切换。可以理解，当提高电机绕组接线方式切换的效率时，便能够有效地提高电机全转速频段的运行效率。
当然，以上描述仅为切换过程的大致结果，并非实际的完整过程；而且应当理解到，上述的中低频、高频转速是相对的，不同的电机、不同的运行环境很可能设定的中低频转速和高频转速数值并不一样，具体的转速阈值还需根据实际情况调整设定。在本申请实施例中，超过第二阈值的转速即为高频转速，低于第一阈值的转速即为中低频转速，因而第一阈值小于等于第二阈值。
可选地，参照图10，电机绕组在电机转速上升至第二阈值时切换到三角形接法，在电机转速下降至第一阈值时切换到星形接法。此处，可以设定第一阈值小于第二阈值，以使得电机尽可能少地执行绕组切换的动作，一方面减少切换绕组的用时，提高电机运行的效率，另一方面又能减少开关的切换次数，延长开关的使用寿命。当然，应当理解的是，第一阈值和第二阈值之间的差值也不能过大，否则会使得切换绕组以适配电机转速的效果较差，反而影响到电机的运行效率。
下面对本申请实施例中，电机绕组切换的具体过程作详细说明：
在本申请的第一实施例中，参照图3和图11，图11所示的是图3中所示出的驱动控制电路，在三相电机绕组从三角形接法切换为星形接法过程中，星形切换子部3301中机械开关KY1～KY2的闭合/断开情况、三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3的闭合/断开情况、第二切换部中电子开关3401～3403的导通/截止情况和电源的供电情况。在本申请实施例中，t1时刻，检测到电机的转速下降至第一阈值，此时第二切换部动作，电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6导通，电机绕组320仍处于三角形接法；t2时刻，断开三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3，由于电子开关3401、电子开关3402和电子开关3403中的MOSFET管Q1～Q6导通，电机绕组320仍处于三角形接法；t3时刻，电源停止向电机绕组320供电，使电机绕组320处于续流状态，电机绕组320中的电流通过MOSFET管Q1～Q6释放；t4时刻，电机绕组320续流完成，电流变为零，控制第二切换部动作，使得电子开关3401、电子开关3402和电子开关3403中的MOSFET管Q1～Q6截止；t5时刻，闭合星形切换子部3301中的机械开关KY1～KY2；t6时刻，电机绕组已处于星形接法，完成切换，电源重新供电，电机进入按照星形接法运行控制的过程。可以看出，本申请实施例中，相对于一般采用机械开关完成切换的过程，在t4时刻通过电子开关3401～3403的截止动作代替了机械开关KD1～KD3的断开动作，用时更短，减少了电机绕组320切换出三角形接法需要的时间，提高了切换的效率；而采用机械开关的切换方法，不仅机械开关的断开动作慢，还需要等待电机停机(转速降为0)，因而切换的时长远远超出本申请实施例中的切换方法。需要说明的是，本方法实施例及下述实施例中，从电机运行的角度考虑，减少切换所需的时间应当理解为切换出或者切换入某种接法的时间，其减少的是电源停止供电的时间段，而非指的是整个时间段。对于本实施例而言，即并非指的是t1～t6时间段，因为在t1～t3时间段中，电机仍处于正常运行的状态。并且，本申请实施例中，虽然使用了电子开关来加快切换速度，但是在完成切换后电子开关就不需要导通来驱动电机绕组了，故而电子开关的使用时间是非常短暂的，这能够大大节省开关管的电能损耗。
在本申请的第二实施例中，参照图3和图12，图12所示的是图3中所示出的驱动控制电路，在三相电机绕组从星形接法切换为三角形接法过程中，星形切换子部3301中机械开关KY1～KY2的闭合/断开情况、三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3的闭合/断开情况、第二切换部中电子开关3401～3403的导通/截止情况和电源的供电情况。在本申请实施例中，t1时刻，检测到电机的转速上升至第二阈值，此时电源停止向电机绕组320供电，使电机绕组320处于续流状态，电机绕组320中的电流通过机械开关KY1～KY2释放；t2时刻，电机绕组320续流完成，电流变为零，断开星形切换子部3301中机械开关KY1～KY2；t3时刻，控制第二切换部动作，使得电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6导通，同时电源开始供电，电机绕组320转入三角形接法，这里的同时指的是电源部310中逆变器的开关管和电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6可以同时导通，而若采用机械开关，则应当先闭合机械开关，然后电源再开始供电，费时更长；t4时刻，闭合三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3；t5时刻，电机绕组320处于三角形接法，电机稳定运行，控制第二切换部动作，使得电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6截止，完成切换。可以看出，本申请实施例中，在t3时刻通过电子开关3401～3403的导通动作代替了机械开关KD1～KD3的闭合动作，用时更短，减少了电机绕组320切换入三角形接法需要的时间，提高了切换的效率。本申请实施例的其他优点和第一实施例类似，在此不再赘述。
上述驱动方法实施例还可以拓展到其他结构的驱动控制电路实施例，具体地，对于一组起到第二切换部作用的电子开关来说，当要切换出该组电子开关导通时所对应的绕组接法时，则在第一切换部开始切换前就导通该组电子开关，并在第一切换部切换中关断电子开关，以用电子开关截止来代替执行机械开关断开的动作，提高切换速度。当要切换为该组电子开关导通时所对应的绕组接法时，则在第一切换部切换中导通电子开关，并在第一切换部完成切换后关断电子开关，以用电子开关导通来代替执行机械开关闭合的动作，提高切换速度。具体地，在一次切换过程中，第一切换部开始切换前指的是第一切换部中的所有开关还未执行切换动作之前的时间段；第一切换部完成切换后指的是第一切换部中的所有开关已经全部执行切换动作之后的时间段；第一切换部切换中指的是第一切换部的所有开关均断开的状态，具体地，对于图3所示的包括星形切换子部3301和三角形切换子部3302的第一切换部来说，第一切换部切换中是指星形切换子部3301中的开关KY1、KY2已经断开，且三角形切换子部3302的开关KD1、KD2和KD3还未闭合的状态，或者三角形切换子部3302的开关KD1、KD2和KD3已经断开，且星形切换子部3301中的开关KY1、KY2还未闭合的状态，即开关KY1、KY2、KD1、KD2和KD3均处于断开状态；对于图7所示出的单刀双掷开关K1、K2和K3构成第一切换部330来说，可以理解为刀闸离开一个触点，但还未接触另一个触点的状态，例如刀闸离开了上触点，且还未接触下触点的状态，或者刀闸离开了下触点，且还未接触上触点的状态。应当理解到，由于机械开关的动作时长远远大于电子开关，因此电子开关能够在上述第一切换部切换中的时间段内完成动作。
在本申请的第三实施例中，参照图6和图13，图13所示的是图6中所示出的驱动控制电路，在三相电机绕组从三角形接法切换为星形接法过程中，星形切换子部3301中机械开关KY1～KY2的闭合/断开情况、三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3的闭合/断开情况、第二切换部中电子开关3401～3403的导通/截止情况和电源的供电情况。在本申请实施例中，t1时刻，检测到电机的转速下降至第一阈值，此时第二切换部动作，电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6导通，电机绕组320仍处于三角形接法；t2时刻，断开三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3，由于电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6导通，电机绕组320仍处于三角形接法；t3时刻，电源停止向电机绕组320供电，同时控制第二切换部动作，使得电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6截止；t4时刻，闭合星形切换子部3301中的机械开关KY1～KY2；t5时刻，电机绕组320已处于星形接法，完成切换，电源重新供电，电机进入按照星形接法运行控制的过程。对比本申请的第一实施例及附图11可以看出，本申请实施例中，设置了三相全波整流桥350后，能够通过三相全波整流桥350完成续流的动作，消除电机绕组320中的电流，从而在t3时刻不必等待电流为零就可以执行断开开关动作，减少了切换过程需要的时间，提高了切换的效率，本申请实施例中其他部分的有益效果和第一实施例相同，在此不再赘述。
在本申请的第四实施例中，参照图6和图14，图14所示的是图6中所示出的驱动控制电路，在三相电机绕组从星形接法切换为三角形接法过程中，星形切换子部3301中机械开关KY1～KY2的闭合/断开情况、三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3的闭合/断开情况、第二切换部中电子开关3401～3403的导通/截止情况和电源的供电情况。在本申请实施例中，t1时刻，检测到电机的转速上升至第二阈值，此时电源停止向电机绕组320供电，同时断开星形切换子部3301中机械开关KY1～KY2；t2时刻，控制第二切换部动作，使得电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6导通，同时电源开始供电，电机绕组320转入三角形接法，这里的同时指的是电源部310中逆变器的开关管和电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6可以同时导通，而若采用机械开关，则应当先闭合机械开关，然后电源再开始供电，费时更长；t3时刻，闭合三角形切换子部3302中机械开关KD1～KD3；t4时刻，电机绕组320处于三角形接法，电机稳定运行，控制第二切换部动作，使得电子开关3401～3403中的MOSFET管Q1～Q6截止，完成切换。类似地，对比本申请的第二实施例及附图12可以看出，本申请实施例中，设置了三相全波整流桥350后，能够通过三相全波整流桥350完成续流的动作，消除电机绕组320中的电流，从而在t1时刻不必等待电流为零就可以执行断开开关动作，减少了切换过程需要的时间，提高了切换的效率，本申请实施例中其他部分的有益效果和第二实施例相同，在此不再赘述。
参照图15，本申请实施例中还提供了一种装置，包括：
至少一个处理器1510；
至少一个存储器1520，用于存储至少一个程序；
当至少一个程序被至少一个处理器1520执行，使得至少一个处理器1520实现上述的驱动方法实施例。
上述的方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述的方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述的方法实施例所达到的有益效果也相同。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现上述的驱动方法。
上述的方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述的方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述的方法实施例所达到的有益效果也相同。
本申请实施例还提供一种压缩机，包括：电动机；
该电动机由上述实施例中的驱动控制电路或者装置驱动。
本申请实施例还提供一种空调设备，包括上述实施例中的压缩机。
同样，上述的驱动控制电路、装置实施例中的内容均适用于本压缩机和空调设备实施例中，本压缩机和空调设备实施例所具体实现的功能与上述的驱动控制电路、装置实施例相同，并且达到的有益效果与上述的驱动控制电路、装置实施例所达到的有益效果也相同。
可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (12)

1.一种驱动控制电路，用于驱动电机，所述电机包括开绕组，其特征在于，所述驱动控制电路包括：
电源部，用于为所述开绕组提供交流电源；
第一切换部，包括机械开关；
第二切换部，包括电子开关，所述电子开关与所述机械开关并联；
所述第一切换部和所述第二切换部用于切换所述开绕组为第一接线方式或者第二接线方式；
其中，所述开绕组包括第一相开绕组和第二相开绕组，所述第一相开绕组包括第一端子和第二端子，所述第二相开绕组包括第三端子和第四端子，所述第一端子和所述第三端子连接于所述电源部；
所述第一接线方式为所述第二端子和所述第四端子相连接的接线方式，所述第二接线方式为所述第二端子和所述第四端子连接于所述电源部的接线方式；
所述电子开关用于导通使得所述开绕组为所述第二接线方式。
2.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于：所述开绕组还包括第三相开绕组，所述第三相开绕组包括第五端子和第六端子，所述第一接线方式为星形接法，所述第二接线方式为三角形接法。
3.根据权利要求2所述的驱动控制电路，其特征在于：还包括三相全波整流桥，所述三相全波整流桥包括交流输入端和直流输出端；
所述第二端子、所述第四端子和所述第六端子连接于所述交流输入端，所述直流输出端连接于所述电源部。
4.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于：所述电子开关包括两个反向串联的金属氧化物半导体场效应晶体管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的驱动控制电路，其特征在于：所述机械开关为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的个数和所述开绕组的相数相同。
6.一种驱动方法，用于驱动电机，所述电机包括开绕组，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述电机的转速；
确定所述转速上升至第二阈值，通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第二接线方式；
或者，
确定所述转速下降至第一阈值，通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第一接线方式；
其中，所述驱动控制电路为权利要求1-5中任一项所述的驱动控制电路。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第一阈值小于或者等于所述第二阈值。
8.根据权利要求6-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第二接线方式或者所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第一接线方式，包括以下步骤：
在所述第一切换部开始切换前导通所述电子开关；
在所述第一切换部的所有开关均断开的状态下关断所述电子开关。
9.根据权利要求6-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第二接线方式或者所述通过驱动控制电路将所述开绕组切换为第一接线方式，包括以下步骤：
在所述第一切换部的所有开关均断开的状态下导通所述电子开关；
在所述第一切换部完成切换后关断所述电子开关。
10.一种装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求6-9中任一项所述的方法。
11.一种压缩机，其特征在于，包括：
电动机；
所述电动机由权利要求1-5中任一项所述的驱动控制电路或者由权利要求10所述的装置驱动。
12.一种空调设备，其特征在于：包括如权利要求11所述的压缩机。
CN202010301109.4A 2020-04-16 2020-04-16 驱动控制电路、驱动方法、装置、压缩机和空调设备 Pending CN111355422A (zh)

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