CN111478639A - 一种活塞式冰箱压缩机启动方法 - Google Patents

一种活塞式冰箱压缩机启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活塞式冰箱压缩机启动方法，该方法包括：第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速；根据所述估计转速设置估测转速下限饱和限制；接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点转子角度；接收开环反向拖动指令，对所述电机转子进行开环反向拖动，测算实际拖动角度；接收闭环启动指令，根据所述实际拖动角度进行闭环启动，解决现有技术中启动过程中存在压缩机内部结构碰撞、启动速度慢、噪音大及极恶劣工况下的启动成功率极低问题。

Description

一种活塞式冰箱压缩机启动方法
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种活塞式冰箱压缩机启动方法。
背景技术
活塞式冰箱压缩机普遍采用永磁同步电机，正常工作时处于密封高温环境，且内部充斥润滑油，使得位置传感器无法安装在内部，因而必须采用无位置传感器的控制方法。由于在低速时，永磁体反电势信息易淹没于噪声无法准确获取，无位置算法的启动方式目前只有三步法与高频注入法：由于高频注入法会产生较大的噪声，对于家用领域并不适用；而三步法目前虽有较多不同改进版，但都包含定位、开环升频、闭环运行这三部分，其中开环升频所占的时间通常较长，且较难设置，该阶段的性能直接决定冰箱压缩机的启动性能。该方法在压缩机压差不高的情况下有较高的启动成功率，但当压差较高时，由于冰箱压缩机的电流等级较低，开环升频极难将电机拖至较高转速，保障启动成功，虽可设置特定的升频曲线以提高成功率，但曲线的设定极难选取，且使用范围窄，且会随着压差的改变与压缩机参数的变化而变化。同时，活塞式压缩机在低频运行时由于负载变化大，会发生强烈震动，升频过慢则压缩机震动剧烈，但若曲线升频过快，电机无法同步升至闭环运行状态，难以两全。
因此，解决现有技术中启动过程中存在压缩机内部结构碰撞、启动速度慢、噪音大及极恶劣工况下的启动成功率极低问题是亟需的。
发明内容
本发明提供了一种活塞式冰箱压缩机启动方法，解决现有技术中启动过程中存在压缩机内部结构碰撞、启动速度慢、噪音大及极恶劣工况下的启动成功率极低问题，该方法包括：第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速；接收设置下限饱和限制指令，设置所述估计转速的下限饱和限制值；接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点所对应的转子角度；接收开环反向拖动指令，对所述电机转子进行开环反向拖动，计算转子实际角度；接收闭环启动指令，根据所述转子实际角度进行闭环启动。
优选地，第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速，还包括：
第一观测器接收估测转速指令输出信号ed、eq；所述信号ed、eq经过锁相环处理后输出所述估计转速。
优选地，所述信号ed、eq经过锁相环处理后输出所述估计转速，包括：
所述信号ed、eq代入公式后得到角度θ，公式如下：
Figure BDA0002288980810000021
根据所述角度θ，结合PI调节表达式输出所述估计转速，PI调节表达式如下：ω＝kp+ki/s，其中，kp为比例系数，ki为积分系数。
优选地，根据所述估计转速设置估测转速下限饱和限制，包括所述估测转速通过下限饱和限制后生成角速度ωes。
优选地，所述估测转速下限饱和限制为1.0～30.0弧度每秒。
优选地，接收设置下限饱和限制指令，设置所述估计转速的下限饱和限制值之后，还包括根据估计转速的下限饱和限制值对所述估计转速进行饱和限制后的转速积分得出估算角度值。
优选地，接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点所对应的转子角度，包括采用脉冲定位法确定所述转子初始位置。
本发明的有益效果如下：
1)本发明提供了一种活塞式冰箱压缩机启动方法，提高启动速度、减小压缩机启动过程中的震动，同时确保压缩机在高压差时的启动成功率。
2)本发明解决现有技术中启动过程中存在压缩机内部结构碰撞、启动噪音大的问题。
3)本发明启动方法通过消除系统不理想的平衡点，利用噪声充分激励使系统最终收敛于理想平衡点，无需开环升频过程，极大地缩短启动时间。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例中的一种活塞式冰箱压缩机启动方法流程图；
图2是根据本申请实施例中的无位置算法示意图；
图3是根据本申请实施例中的锁相环内部算法示意图；
图4是根据本申请实施例中的冰箱压缩机运行结构示意图。
标注说明：1，锁相环；2，第一观测器；3，吸气阀；4，外止点；5，低压侧气体；6，内止点；7，正转方向；8，电机转子；9，活塞连杆；10，活塞；11，高压侧气体；12，排气阀。
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。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供了一种活塞式冰箱压缩机启动方法，以解决现有技术中启动过程中存在压缩机内部结构碰撞、启动速度慢、噪音大及极恶劣工况下的启动成功率极低问题。
图1是根据本申请实施例中的一种活塞式冰箱压缩机启动方法流程图，如图1所示，一种活塞式冰箱压缩机启动方法包括：
S102，第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速；
S103，接收设置下限饱和限制指令，设置所述估计转速的下限饱和限制值；
S104，接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点所对应的转子角度；
S105，接收开环反向拖动指令，对所述电机转子进行开环反向拖动，计算转子实际角度；
S106，接收闭环启动指令，根据所述转子实际角度进行闭环启动。
优选地，第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速，还包括：
第一观测器接收估测转速指令输出信号ed、eq；所述信号ed、eq经过锁相环处理后输出所述估计转速。
优选地，所述信号ed、eq经过锁相环处理后输出所述估计转速，包括：
所述信号ed、eq代入公式后得到角度θ，公式如下：
Figure BDA0002288980810000051
根据所述角度θ，结合PI调节表达式输出所述估计转速，PI调节表达式如下：ω＝kp+ki/s，其中，kp为比例系数，ki为积分系数。
优选地，根据所述估计转速设置估测转速下限饱和限制，包括所述估测转速通过下限饱和限制后生成角速度ωes。
优选地，所述估测转速下限饱和限制为1.0～30.0弧度每秒。
具体地，通过将无位置观测器所估测出的转速设置一个下限，对无位置观测器进行改进，其作用是可以消除系统的其它不理想的平衡点。
图2是根据本申请实施例中的无位置算法示意图，如图2所示，本实施例所用的反电势观测器2输出的信号edq,经过锁相环1处理后输出估计转速。
优选地，接收设置下限饱和限制指令，设置所述估计转速的下限饱和限制值之后，还包括根据估计转速的下限饱和限制值对所述估计转速进行饱和限制后的转速积分得出估算角度值。
具体地，图3是根据本申请实施例中的锁相环内部算法示意图，如图3所示，通常锁相环算法的仅包括S301、S302、S304三部分，本步骤S303即添加下限饱和限制，用以消除测位置角与真实位置角偏差±90°的两个平衡点，偏差180°的一个平衡点，只剩余收敛于真实位置的平衡点，本实施例所采用的下限为20(弧度每秒)，之后对所述估计转速进行饱和限制后的转速积分得出估算角度值。
现结合相关计算对通过将无位置观测器所估测出的转速设置一个下限，对无位置观测器进行改进，做进一步说明：
以非凸极性电机为例，在估测同步旋转坐标系下的电压方程为：
Figure BDA0002288980810000061
其中：ud、uq为估测同步旋转坐标系的d、q轴电压；Rs为定子电阻，id、iq为d、q轴电流；Ls为电机电感；ωes为估测转子电角速度；Ψf为电机磁链；
Figure BDA0002288980810000064
为估测与真实转子位置间的夹角；p为微分算符；
Figure BDA0002288980810000062
若采用滤除干扰的锁相环，并采用id＝0控制则整个电机机械系统可用如下方程描述：
Figure BDA0002288980810000063
其中：ωe为电机转子电角速度；P为电机极对数；Kf为转矩常数；(kp+ki/s)为PI调节表达式；TL(ωe)为电机负载，一般为ωe的函数。
因此系统的平衡点有如下四个：
Figure BDA0002288980810000071
其中只有p3为理想的平衡点，即估测位置与真实转子位置重合，通过限定ωes＞0,则系统的平衡点只剩p3：其中平衡点p4由于所产生的力矩为负，所以一般情况下ωes＜0。
优选地，接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点所对应的转子角度，包括采用脉冲定位法确定所述转子初始位置。
具体地，在保证电机转子不转动的情况下进行初始位置检测，本实施例采用脉冲定位法，通过在UVW三个方向各产生一组正负电流脉冲，通过比较电流绝对值差值的大小，在±30°的精度范围内确定转子的初始位置。
图4是根据本申请实施例中的冰箱压缩机运行结构示意图，如图4所示，对于处于高低压差较大的压缩机来说，活塞10所处的位置以及通过活塞连杆9相连的电机转子8位置相对固定。这是由于外止点4附近的吸气阀3与排气阀12，都是由两侧压差决定开关状态的单向阀，因为高低压差较大，所以排气阀12较难打开，吸气阀3较易打开，当压缩机于运行状态在任意位置收到停止命令停止时，电机转子位置可能处于吸气冲程或者排气冲程。若在吸气冲程停止，由于吸气阀3较易打开，负载力矩较小，在系统惯性作用下，系统静止状态下多处于内止点6附近；若在排气冲程，在系统惯性作用下，电机继续沿正转方向7旋转，则活塞10上侧的高压侧气体11压强继续增高，低压侧气体5压强基本不变，在气体压力的作用下，活塞受到的阻力越来越大，最终系统还是多处于内止点6附近。在保障电机转子不转动的情况下进行初始位置检测，便可得到内止点6所对应的转子角度。
根据转子初始位置为初值，缓慢反向(与正转方向7反向)拖动一定角度，本实施例采用1/4个机械周期角度，使得活塞运动挤压腔体内的气体。当压缩静止时多处于内止点附近，且此时高压侧气体11基本与系统低压侧气体5气压基本相同。由于排气阀12较难打开，活塞压缩半个冲程通常不会使排气阀12打开。当活塞10处于内止点6时，低压侧气体5与高压侧气体11基本相同，设此时低压侧气体5压强为x,当活塞压缩半个冲程，则高压侧气体11压强变为2x,低压侧气体5压强基本仍为x，则此时在气体压强的作用，活塞10会受到一个利于电机正向启动的力，其大小为x·S的压力，其中S为活塞10的截面积，若高压侧压强较低，则启动本身并不困难，可以忽略此效果。
接收闭环启动指令，根据实际拖动角度进行闭环启动，以为实际拖动角度为积分模块的初值，并以恒定的q轴电流进行闭环启动。经过上述步骤，当活塞高压侧气体压强高于低压侧气体压强，当电机正向启动时，气体会对电机产生一个正向的微弱推力，且处于吸气冲程，负载转矩会比从内止点6直接启动，负载力矩会小很多，同时加速距离边长，利于启动，使得压缩机在尽可能短的时间内加速到较高水平，完成压缩机的重载启动。

Claims (7)

1.一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，包括：
第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速；
接收设置下限饱和限制指令，设置所述估计转速的下限饱和限制值；
接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点所对应的转子角度；
接收开环反向拖动指令，对所述电机转子进行开环反向拖动，计算转子实际角度；
接收闭环启动指令，根据所述转子实际角度进行闭环启动。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，第一观测器接收估测转速指令，输出估计转速，还包括：
第一观测器接收估测转速指令输出信号ed、eq；
所述信号ed、eq经过锁相环处理后输出所述估计转速。
3.根据权利要2所述的一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，所述信号ed、eq经过锁相环处理后输出所述估计转速，包括：
所述信号ed、eq代入公式后得到角度θ，公式如下：
Figure FDA0002288980800000011
根据所述角度θ，结合PI调节表达式输出所述估计转速，PI调节表达式如下：
ω＝kp+ki/s，
其中，kp为比例系数，ki为积分系数。
4.根据权利要求1或3所述的一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，根据所述估计转速设置估测转速下限饱和限制，包括所述估测转速通过下限饱和限制后生成角速度ωes。
5.根据权利要求4所述的一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，所述估测转速下限饱和限制为1.0～30.0弧度每秒。
6.根据权利要求1或4或5所述的一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，接收设置下限饱和限制指令，设置所述估计转速的下限饱和限制值之后，还包括根据估计转速的下限饱和限制值对所述估计转速进行饱和限制后的转速积分得出估算角度值。
7.根据权利要求1所述的一种活塞式冰箱压缩机启动方法，其特征在于，接收检测初始位置指令，在保证电机转子不转动情况下确定转子初始位置，得到内止点所对应的转子角度，包括采用脉冲定位法确定所述转子初始位置。
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