CN111446899A - 压缩机转动振动补偿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空调领域，公开了一种压缩机转动振动补偿控制方法，用以解决压缩机在低频运行时负载转矩脉动问题。本发明的方案如下：预先获得压缩机在某一工作频率下的最佳补偿角度：再获取压缩机参数和工况参数，并算压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩曲线；再利用之前获得的那个最佳补偿角度计算不同工作频率下的最佳补偿角度；再根据负载转矩曲线计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线；再根据不同工作频率下的最佳补偿角度及补偿转矩曲线，得到压缩机电机Q轴在不同工作频率下随时间变化的电流补偿曲线；最后调用各工作频率下的电流补偿曲线进行补偿。本发明适用于空调压缩机。

Description

压缩机转动振动补偿控制方法
技术领域
本发明涉及空调领域，特别涉及压缩机转动振动补偿控制方法。
背景技术
压缩机在低频运行时，如变频空调压缩机在低频5-40HZ运行时，在一个机械周期(吸气、压缩、排气)内，三个阶段的负载转矩大幅度脉冲式波动，呈现剧烈的波动冲击，但控制电机电磁转矩的直交轴电流不会突变，从而导致电磁转矩与负载转矩不平衡，低频范围内电机无法稳定运行。由于节能环保的要求变频空调在达到设定温度后的大部分时间都将运行在低频段，低频转矩脉动将会造成空调振动剧烈，噪音大，长时间运行在低频段容易造成盘管损坏，从而影响变频空调的使用寿命。
现有技术中为解决上述问题提出多种低频转矩方法，例如，如图1示现有的转矩补偿方案通常按照各个频率段的最低频率设置补偿值，但是不同频率下单转子压缩机的转动惯量不同，所需的补偿幅度也不同，如果补偿不合理，会造成能耗过高，或出现断管与过流保护的风险。
再如，在专利CN110768602A中，提出一种转矩补偿方法：基于压缩机所需的运行频率，配置对应的转矩补偿策略，具体地，如图2所示，可以选取频率内的多个频率值，并设置对应的转矩补偿限幅值，对频率值以及对应的限幅值进行拟合操作，得到平滑曲线，从而根据平滑曲线生成对应的转矩补偿策略，在压缩机实际运行过程中，通过检测到的实时运行频率与上述的转矩补偿策略，得到实际的转矩补偿限幅值，并基于转矩补偿限幅值对压缩机进行转矩补偿。该方法通过将多个频率值的补偿值进行拟合操作，建立针对频率的转矩补偿策略，该方法的精度和准确率取决于实际拟合时所采用的的频率点的数量和密度，若数量和密度不够，则达不到实际补偿效果。
另一个方面，由于压缩机转子的转矩负载及时在同一频率下运行，在一个运行周期内也是存在转矩值的波动，图3为变频空调压缩机运行在某一频率下一个机械周期内，负载转矩与机械角度的关系。压缩机在吸气、压缩、排气的整个过程中负载转矩呈现为一条极不平衡的周期性类正弦曲线。电机实际运行过程中电磁转矩的交轴电流不能很好的跟随负载转矩的变化而变化，为了实现压缩机的负载转矩与电磁转矩保持动态平衡，需要对控制电磁转矩的交轴电流进行及时准确的补偿，使电机速度的微分为零，进而达到变频空调低频段的平滑控制。
在现有技术中往往将同一频率点下的转矩补偿简化为一个固定的补偿幅值，用于整个转动周期，这样并不能精确的匹配到压缩机转子的整个转动周期的转矩波动，因此对于转动噪声的控制效果也十分有限。另外，在配管与压缩机匹配设计过程中往往需要对配管进行多次设计才能与压缩机匹配成功，而在匹配过程中，只要配管设计方案发生变更，则相对应的低频转矩控制补偿角度也要变更，即补偿角度需重新测试，延长了设计周期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种压缩机转动振动补偿控制方法，用以解决压缩机在低频运行时负载转矩脉动问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
步骤1：预先获得压缩机在某一个工作频率f1下的最佳补偿角度θ1，其中工作频率f1 为低频范围内任意的一个频率点；
步骤2：获取压缩机参数和工况参数，并根据压缩机参数、工况参数以及压缩机转矩变化数学模型计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩曲线；
步骤3：利用步骤1获得的那个最佳补偿角度θ1以及压缩机转矩变化数学模型，计算不同工作频率下的最佳补偿角度；
步骤4：根据步骤2获得的负载转矩曲线计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线；
步骤5：根据步骤3获得的不同工作频率下的最佳补偿角度以及步骤4获得的不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线，得到压缩机电机Q轴在不同工作频率下随时间变化的电流补偿曲线；
步骤6；当空调压缩机启动工作，在压缩机电机运行一定周期时间后，控制压缩机进入转矩补偿模式，获取压缩机的当前工作频率，调用该工作频率下的电流补偿曲线，Q轴电流按照该工作频率下电流补偿曲线进行补偿。
进一步，步骤1可通过实验获得某一工作频率f1的最佳补偿角度，方法如下：
使压缩机在工作频率f1下锁频运行，在压缩机控制系统中依次输入[0°,360°]补偿角度，并依次记录压缩机本体振动值大小，振动值最小的值所对应的角度就是工作频率f1的最佳补偿角度θ1。
进一步的，步骤2可根据以下的压缩机转矩变化数学模型计算出随时间变化的负载转矩，进而得到压缩机的负载转矩曲线，
Figure BDA0002441014710000021
其中，R为压缩机偏心转子半径；ε为偏心转子偏心率；h为压缩机气缸高度；θ为压缩机转子转角；pθ为压缩机压缩腔内压力，是一变量；ps为压缩机吸气腔内压力，等于压缩机吸气口压力。
进一步的，步骤3获取不同工作频率下的最佳补偿角度的具体步骤可包括：
步骤31：获取工作频率f1下的最佳补偿角度θ1；
步骤32：利用压缩机转矩变化数学模型计算，获得工作频率f1下转矩幅值MgMAX对应相位角α1；
步骤33：利用压缩机转矩变化数学模型计算，获得各个工作频率fj下转矩幅值MgMAX对应相位角αj；
步骤34：计算相位角之差Δαj，Δαj＝αj-α1；
步骤35：计算各个工作频率fj下的最佳补偿角度θj，θj＝Δαj+θ1。
进一步的，步骤4计算补偿转矩曲线的方法可包括：
令补偿转矩MB与压缩机负载转矩Mg之和为常量C，即MB+Mg＝C；
通过常量值以及压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩值，反推出压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩值，进而得到补偿转矩曲线。其中，所述常量值为压缩机负载转矩的幅值或二分之一幅值。
本发明的有益效果是：以前的转矩补偿方法都是针对固定的工作频率给定固定的补偿转矩和补偿角度，本发明的补偿方法中提出针对固定的工作频率给定周期性变化的补偿转矩，补偿效果更好；以前的转矩补偿方法中的补偿角度由于是试验获得的方法，所以一般对于一个压缩机频率段给定一个补偿角度或者利用多点拟合的方式，精确度不高，本发明给出的补偿方法中，只需要通过试验获得低频范围内任意一个工作频率的最佳补偿角度，便可根据本发明给出的最佳补偿角度的求解公式，针对性的精确求解出每个频率点所对应的补偿角度，方法简单。
附图说明
图1是一种现有的转矩补偿曲线；
图2是另一种现有的转矩补偿曲线；
图3是变频空调压缩机运行在某一频率下一个机械周期内负载转矩与机械角度的关系图；
图4是实施例的流程图。
具体实施方式
为了解决压缩机在低频运行时负载转矩脉动问题，本发明提供了一种压缩机转动振动补偿控制方法：通过预先获得压缩机在某一工作频率下的最佳补偿角度：再获取压缩机参数和工况参数，并算压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩曲线；再利用之前获得的那个最佳补偿角度计算不同工作频率下的最佳补偿角度；再根据负载转矩曲线计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线；再根据不同工作频率下的最佳补偿角度及补偿转矩曲线，得到压缩机电机Q轴在不同工作频率下随时间变化的电流补偿曲线；最后调用各工作频率下的电流补偿曲线进行补偿。
相对以前针对固定的工作频率给定固定的补偿转矩和补偿角度的方案，本发明的补偿方法中提出针对固定的工作频率给定周期性变化的补偿转矩，补偿效果更好；且本发明给出的补偿方法中，只需要通过试验获得低频范围内任意一个工作频率的最佳补偿角度，便可根据本发明给出的最佳补偿角度的求解公式，精确求解出每个频率点所对应的补偿角度，可有效避免配管设计方案发生变更，导致相对应的低频转矩控制补偿角度也要变更，使得补偿角度需重新测试的问题。
下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例提供了一种压缩机转动振动补偿控制方法，如图4所示，具体包括如下步骤：
步骤1：预先获得压缩机在某一工作频率f1下的最佳补偿角度θ1，其中的工作频率f1 为低频范围内任意的一个频率点。这里可以通过实验预先获得某一工作频率f1的最佳补偿角度，参考方法如下：
使压缩机在工作频率f1下锁频运行，在压缩机控制系统中依次输入[0°,360°]补偿角度，并依次记录压缩机本体振动值大小，振动值最小的值所对应的角度就是工作频率f1的最佳补偿角度θ1
步骤2：首先获取压缩机参数和工况参数，其中，压缩机参数包括压缩机偏心转子半径、为偏心转子偏心率、压缩机气缸高度和压缩机转子转角，工况参数包括压缩机压缩腔内压力、压缩机吸气腔内压力；
然后根据缩机参数、工况参数以及压缩机转矩变化数学模型计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩曲线，这里可以根据以下的压缩机转矩变化数学模型计算出随时间变化的负载转矩，进而得到压缩机的负载转矩曲线，
Figure BDA0002441014710000041
其中，Mg为负载转矩，R为压缩机偏心转子半径；ε为偏心转子偏心率；h为压缩机气缸高度；θ为压缩机转子转角；pθ为压缩机压缩腔内压力，是一变量；ps为压缩机吸气腔内压力，等于压缩机吸气口压力。
步骤3：利用步骤1获得的那个最佳补偿角度θ1以及压缩机转矩变化数学模型，计算不同工作频率下的最佳补偿角度。这里具体步骤可包括：
步骤31：获取工作频率f1下的最佳补偿角度θ1；
步骤32：利用压缩机转矩变化数学模型(例如步骤2中给出压缩机转矩变化数学模型) 计算，获得工作频率f1下转矩幅值MgMAX对应相位角α1；
步骤33：利用压缩机转矩变化数学模型(例如步骤2中给出压缩机转矩变化数学模型) 计算，获得各个工作频率fj下转矩幅值MgMAX对应相位角αj；
步骤34：计算相位角之差Δαj，Δαj＝αj-α1；
步骤35：计算各个工作频率fj下的最佳补偿角度θj，θj＝Δαj+θ1。
步骤4：根据步骤2获得的负载转矩曲线计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线。这里可以令补偿转矩MB与压缩机负载转矩Mg之和为常量C，即MB+Mg＝C；之后通过常量值以及压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩值，反推出压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩值，进而得到补偿转矩曲线。其中的常量值可以为压缩机负载转矩的幅值或二分之一幅值，若要优选，可以计算使得整个转子周期的补偿转矩做功最小的值，利用最小的外界补偿做功来获得最佳补偿效果。
步骤5：根据步骤3获得的不同工作频率下的最佳补偿角度以及步骤4获得的不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线，得到压缩机电机Q轴在不同工作频率下随时间变化的电流补偿曲线。
步骤6；当空调压缩机启动工作，在压缩机电机运行一定周期时间后，控制压缩机进入转矩补偿模式，获取压缩机的当前工作频率，调用该工作频率下的电流补偿曲线，Q轴电流按照该工作频率下电流补偿曲线进行补偿，即可以实现对定频运行在低频率下的压缩机负载转矩波动的补偿效果。

Claims (6)

1.压缩机转动振动补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：预先获得压缩机在某一工作频率f1下的最佳补偿角度θ1；
步骤2：获取压缩机参数和工况参数，并根据压缩机参数、工况参数以及压缩机转矩变化数学模型计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩曲线；
步骤3：利用步骤1获得的最佳补偿角度θ1以及压缩机转矩变化数学模型，计算不同工作频率下的最佳补偿角度；
步骤4：根据步骤2获得的负载转矩曲线计算压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线；
步骤5：根据步骤3获得的不同工作频率下的最佳补偿角度以及步骤4获得的不同工作频率下随时间变化的补偿转矩曲线，得到压缩机电机Q轴在不同工作频率下随时间变化的电流补偿曲线；
步骤6；当空调压缩机启动工作，在压缩机电机运行一定周期时间后，控制压缩机进入转矩补偿模式，获取压缩机的当前工作频率，调用该工作频率下的电流补偿曲线，Q轴电流按照该工作频率下电流补偿曲线进行补偿。
2.如权利要求1所述的压缩机转动振动补偿控制方法，其特征在于，步骤1通过实验获得某一工作频率f1的最佳补偿角度，方法如下：
使压缩机在工作频率f1下锁频运行，在压缩机控制系统中依次输入[0°,360°]补偿角度，并依次记录压缩机本体振动值大小，振动值最小的值所对应的角度就是工作频率f1的最佳补偿角度θ1。
3.如权利要求1所述的压缩机转动振动补偿控制方法，其特征在于，步骤2根据以下的压缩机转矩变化数学模型计算出随时间变化的负载转矩，进而得到压缩机的负载转矩曲线，
Figure FDA0002441014700000011
其中，R为压缩机偏心转子半径；ε为偏心转子偏心率；h为压缩机气缸高度；θ为压缩机转子转角；pθ为压缩机压缩腔内压力，是一变量；ps为压缩机吸气腔内压力，等于压缩机吸气口压力。
4.如权利要求1或3所述的压缩机转动振动补偿控制方法，其特征在于，步骤3计算不同工作频率下的最佳补偿角度的具体步骤包括：
步骤31：获取工作频率f1下的最佳补偿角度θ1；
步骤32：利用压缩机转矩变化数学模型计算，获得工作频率f1下转矩幅值MgMAX对应相位角α1；
步骤33：利用压缩机转矩变化数学模型计算，获得各个工作频率fj下转矩幅值MgMAX对应相位角αj；
步骤34：计算相位角之差Δαj，Δαj＝αj-α1；
步骤35：计算各个工作频率fj下的最佳补偿角度θj，θj＝Δαj+θ1。
5.如权利要求1所述的压缩机转动振动补偿控制方法，其特征在于，步骤4计算补偿转矩曲线的方法包括：
令补偿转矩MB与压缩机负载转矩Mg之和为常量C，即MB+Mg＝C；
通过常量值以及压缩机在不同工作频率下随时间变化的负载转矩值，反推出压缩机在不同工作频率下随时间变化的补偿转矩值，进而得到补偿转矩曲线。
6.如权利要求5所述的压缩机转动振动补偿控制方法，其特征在于，所述常量值为压缩机负载转矩的幅值或二分之一幅值。
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