CN112696795A - 一种空调器和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空调器和控制方法，空调器的控制器被配置为：当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式对所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，从而在不提高成本的基础上有效控制功率器件的温升，降低了开关损耗。
Description
技术领域
本申请涉及空调器控制领域，更具体地，涉及一种空调器和控制方法。
背景技术
在变频空调领域，无论家用还是商用空调，都采用了AC-DC-AC逆变变频系统的设计，采用了无位置传感器估算的方法对电机和压缩机进行控制。通过6个桥臂组成的功率模块来进行压缩机或者电机的驱动，通过电机将电能转化为机械能或者热能。
现有技术中，采用控制功率器件温升的方法：
1)、行业内对功率器件的控制方法多为通过增加功率器件的散热面积，优化风道设计、采用液冷散热来控制功率器件的温升和整机制冷能力的输出。
缺陷：在结构风道设计和散热方式固定的条件下，进一步提升功率器件的电流输出密度，行业内并没有好的方法，有时为了保证整机的输出能力和可靠性，不惜成本选用更高规格的功率器件，从而使整体设计成本上升。
2)、目前行业内通过调整功率器件的栅极驱动电阻的大小来控制功率器件的开关损耗，改变栅极电阻的大小，从而改变IGBT栅极电荷的充放电时间，在一定程度上能优化开关损耗。基本的对应关系是Rg电阻越小，IGBT开关损耗越低，反之Rg电阻越大，开关损耗越高。但是Rg越小同样增加了模块的EMI噪声干扰，所以都会在功率模块的安全工作区内与整机EMC和温升综合衡量选定Rg电阻。
缺陷：一旦选定Rg电阻，开关损耗就已经确定，不能根据功率输出进行Rg电阻的调整。
因此，如何提供一种可以在不提高成本的基础上有效控制功率器件的温升并降低开关损耗的空调器，是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种空调器，用以解决现有技术中无法在不提高成本的基础上有效控制功率器件的温升并降低开关损耗的技术问题。
该空调器包括：
冷媒循环回路，使冷媒在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和四通阀组成回路中进行循环；
压缩机，用于进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作；
室外热交换器和室内热交换器，其中，一个为冷凝器进行工作，另一个为蒸发器进行工作；
室内风扇，用于将气流经吸入口引入并经室内热交换器后由吹出口送出；
变频驱动电路，用于驱动功率器件；
控制器被配置为：
当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；
根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；
根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
若所述电频率大于第一预设目标频率且所述转矩电流大于预设目标电流，基于第二预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在本申请一些实施例中，所述控制器还被配置为：
若所述电频率降低至小于第二预设目标频率，基于所述第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在本申请一些实施例中，所述第一预设调制方式为七段式三相调制方式，所述第二预设调制方式为五段式两相调制方式。
在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
根据与所述三相电流对应的三相坐标系生成αβ坐标系，并确定α轴电流和β轴电流；
根据所述αβ坐标系生成dq旋转坐标系，并基于无位置传感器算法获取所述转子的估算位置；
根据所述α轴电流、所述β轴电流和所述估算位置确定d轴电流和q轴电流；
根据所述d轴电流和所述q轴电流确定所述电频率和所述转矩电流。
在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
根据所述d轴电流和所述q轴电流确定所述转子的实际位置与所述估计位置的差值；
根据所述差值确定所述实际位置；
根据所述实际位置确定所述转子的角速度，并根据所述角速度和所述功率器件的极对数确定所述电频率；
根据所述α轴电流、所述β轴电流和所述实际位置确定所述转矩电流。
相应的，本发明还提出了一种空调器的控制方法，所述方法应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器、室内热交换器、室内风扇、变频驱动电路和控制器的空调器中，所述变频驱动电路用于驱动功率器件，所述方法包括：
当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式对所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；
根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；
根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在本申请一些实施例中，根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，具体为：
若所述电频率大于第一预设目标频率且所述转矩电流大于预设目标电流，基于第二预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在本申请一些实施例中，所述方法还包括：
若所述电频率降低至小于第二预设目标频率，基于所述第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在本申请一些实施例中，所述第一预设调制方式为七段式三相调制方式，所述第二预设调制方式为五段式两相调制方式
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
在包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器、室内热交换器、室内风扇、变频驱动电路和控制器的空调器中，控制器被配置为：当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式对所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，通过优化降低功率器件的开关次数，降低功率开关器件的开关损耗，降低功率器件的温升，从而整体提高功率器件的电流输出能力，提高功率器件的输出功率密度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例中变频驱动电路的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中七段式三相调制方式的原理示意图；
图3示出了本发明实施例中五段式两相调制方式的原理示意图；
图4示出了本发明实施例中一种空调器的控制方法的流程示意图；
图5示出了本发明另一实施例中一种空调器的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请中空调器通过使用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行空调器的制冷循环。制冷循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发，并向已被调节和热交换的空气供应制冷剂。
压缩机压缩处于高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩后的制冷剂气体。所排出的制冷剂气体流入冷凝器。冷凝器将压缩后的制冷剂冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境。
膨胀阀使在冷凝器中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低压的液相制冷剂。蒸发器蒸发在膨胀阀中膨胀的制冷剂，并使处于低温低压状态的制冷剂气体返回到压缩机。蒸发器可以通过利用制冷剂的蒸发的潜热与待冷却的材料进行热交换来实现制冷效果。在整个循环中，空调器可以调节室内空间的温度。
空调器的室外单元是指制冷循环的包括压缩机和室外热交换器的部分，空调器的室内单元包括室内热交换器，并且膨胀阀可以提供在室内单元或室外单元中。
室内热交换器和室外热交换器用作冷凝器或蒸发器。当室内热交换器用作冷凝器时，空调器用作制热模式的加热器，当室内热交换器用作蒸发器时，空调器用作制冷模式的冷却器。
室内风扇产生通过室内热交换器的室内空气的气流，以促进在传热管中流动的制冷剂与室内空气的热交换。该室内风扇由能够变更转速的室内风扇马达驱动。
本实施例中的空调器还包括变频驱动电路，用于驱动功率器件，该功率器件可以为压缩机或室内风扇。如图1所示，包括由六个功率开关管S1-S6构成的三相桥臂，所述三相桥臂中第一桥臂上的第一节点、第二桥臂上的第二节点和第三桥臂上的第三节点对应与所述功率器件(图中为电机)的三相绕组相连，且各所述功率开关管分别反并联有二极管。
空调器的控制器被配置为：
当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；
根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；
根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
本实施例中，当接收到用户发送的启动指令时，启动功率器件并基于第一预设调制方式控制变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，空间矢量脉宽调制即SVPWM，以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器各功率开关管不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。由于功率器件刚启动时，转子转速较低，电流较小，功率器件的温升较小，该第一调整方式可以为使输出电流具有良好的正弦度的调制方式。
功率器件启动后，通过电流传感器或取样电阻获取电机的两相电流或者三相电流。在本发明一些实施例中，先获取两相相电流，由于三相电流之和为零，通过两相相电流可推算出第三相相电流。然后根据该三相电流确定电机的电频率和转矩电流，并根据电频率和转矩电流控制变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
为了降低功率器件的开关损耗，在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
若所述电频率大于第一预设目标频率且所述转矩电流大于预设目标电流，基于第二预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
本实施例中，预先设定第一预设目标频率和目标电流，当电频率大于第一预设目标频率且转矩电流大于预设目标电流，说明此时功率器件处于高频大电流阶段，功率器件温升较大，将第一预设调制方式切换为第二预设调制方式控制变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，该第二预设调制方式的周期内开关次数小于第一预设调制方式的周期内开关次数，从而可以有效控制功率器件的温升。
为了保证功率器件的稳定性，在本申请一些实施例中，所述控制器还被配置为：
若所述电频率降低至小于第二预设目标频率，基于所述第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
在功率器件因工况变化降频，电频率降低至小于第二预设目标频率时，由于第二预设调制方式的周期内开关次数较低，若继续使用第二预设调制方式，可能影响电流的采集与重构，会引起电机转动的抖动。为保证良好的电流正弦度，切换为第一预设调制方式控制变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
为了有效控制功率器件的温升和开关损耗，在本申请优选的实施例中，所述第一预设调制方式为七段式三相调制方式，所述第二预设调制方式为五段式两相调制方式。
具体的，七段式三相调制方式的特点是：每相每个PWM输出只使功率开关管开关一次。具有谐波电流小，电流输出电流良好的正弦度的优点。但是其相对两相调制开关次数要多，七段式三相调制方式由于其采样的对称性，添加了两段零矢量，如图2所示，PWM代表S1、S2、S3的驱动信号。高电平导通IGBT，下桥臂与上桥臂互补输出。一个PWM周期内S1、S2、S3均发生开关动作，考虑到上下桥共6个IGBT，一个PWM周期动作6次。
五段式两相调制方式可以在每个PWM周期内总有一相开关状态不变，这非常有利于减少功率器件的开关损耗。如图3所示，五段式两相调制方式将零矢量集中插入，在一个PWM周期中将有一个桥臂不动作，6个桥臂在一个PWM周期内，仅动作4次。缺点是在低速时明显出现由于其开关次数少，采样点少，影响电流的采集与重构，会引起电机转子的抖动。
本领域技术人员可根据实际需要灵活选择其他的调整方式，这并不影响本申请的保护范围。
为了确定准确的转子的电频率和转矩电流，在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
根据与所述三相电流对应的三相坐标系生成αβ坐标系，并确定α轴电流和β轴电流；
根据所述αβ坐标系生成dq旋转坐标系，并基于无位置传感器算法获取所述转子的估算位置；
根据所述α轴电流、所述β轴电流和所述估算位置确定d轴电流和q轴电流；
根据所述d轴电流和所述q轴电流确定所述电频率和所述转矩电流。
具体的，由三相电流对应的三相坐标系转化为αβ坐标系，并确定α轴电流iα和β轴电流iβ，然后转化为dq旋转坐标系，基于无位置传感器算法获取所述转子的估算位置θ,根据α轴电流、β轴电流和估算位置确定d轴电流id和q轴电流iq,即iq＝iβ*cosθ-iα*sinθ；id＝iα*cosθ+iβ*sinθ。
然后根d轴电流id和q轴电流iq确定电频率和转矩电流。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据功率器件的三相电流确定电频率和转矩电流的方式均属于本申请的保护范围。
为了准确的转子的电频率和转矩电流，在本申请一些实施例中，所述控制器具体被配置为：
根据所述d轴电流和所述q轴电流确定所述转子的实际位置与所述估计位置的差值；
根据所述差值确定所述实际位置；
根据所述实际位置确定所述转子的角速度，并根据所述角速度和所述功率器件的极对数确定所述电频率；
根据所述α轴电流、所述β轴电流和所述实际位置确定所述转矩电流。
具体的，根据所述d轴电流和所述q轴电流计算其反生电动势的d轴分量Ed和q轴分量Eq：
其中，Vd为d轴施加电压，R为定子线圈电阻，Ld为d轴定子线圈电感，Lq为q轴定子线圈电感，Ψf为转子永磁体磁链，Vq为q轴施加电压，ω为初始给定角速度(即通过启动强拖到切闭环的速度做基本估测量得到，后续实现PI控制时可得到实际的角速度ω1)。
然后根据反生电动势的d轴分量Ed和q轴分量Eq确定转子的实际位置与所述估计位置的差值Δθ，具体为
根据差值Δθ可确定所述实际位置θ1，将转子拖动到一个基本初始位置，后面根据运动方程和锁相环Δθ来控制实际转速ω1，对ω1积分可以得到实际位置θ1，详细过程对本领域技术人员是显而易见的，在此不再赘述。
根据所述实际位置θ1确定所述转子的实际角速度ω1，ω1是通过PLL锁相环得出来的，锁相环输入Δθ，输出量是ω1和θ1，具体为：
ω1＝dθ1/dt。
然后根据角速度ω1和所述功率器件的极对数p确定所述电频率f，具体为：
根据公式n＝60f/p＝ω1/2π确定电频率f。
再根据α轴电流iα、β轴电流iβ和实际位置θ1确定所述转矩电流，即根据iq＝iβ*cosθ1-iα*sinθ1，确定所述转矩电流。
需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他根据d轴电流和q轴电流确定电频率和转矩电流的方式均属于本申请的保护范围。
通过应用以上技术方案，在包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器、室内热交换器、室内风扇、变频驱动电路和控制器的空调器中，控制器被配置为：当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式对所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，从而在不提高成本的基础上有效控制功率器件的温升，降低了开关损耗。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
本发明实施例提供一种空调器的控制方法，应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器、室内热交换器、室内风扇、变频驱动电路和控制器的空调器中，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S401，开始。
步骤S402，启动。
启动功率器件。
步骤S403，三相调制矢量合成。
在启动和低频时，三相调制矢量合成，保证电流重构的正弦度。
步骤S404，获取电频率Freq、输出电流I。
输出电流I即转矩电流。
步骤S405，判断是否Freq＞Freq_set1且I＞I_set1。
判断电频率Freq是否大于第一预设目标频率Freq_set1且转矩电流I大于预设目标电流I_set1，若是执行步骤S406，否则执行步骤S403。
步骤S406，两相调制矢量合成。
在高频大电流阶段，两相调制矢量合成，减少开关次数，降低功率器件温升。
步骤S407，获取电频率Freq。
步骤S408，判断是否Freq＜Freq_set2。
判断电频率Freq是否降低至小于第二预设目标频率Freq_set2，若是执行步骤S403，否则执行步骤S406。
工况变化电机降频时，三相调制矢量合成，保证电流重构的正弦度。
与本申请实施例中的空调器相对应，本发明实施例还提出了一种空调器的控制方法，应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器、室内热交换器、室内风扇、变频驱动电路和控制器的空调器中，所述变频驱动电路用于驱动功率器件，如图5所示，所述方法包括：
步骤S501，当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式对所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；
步骤S502，根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；
步骤S503，根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
为了降低功率器件的开关损耗，在本申请一些实施例中，根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，具体为：
若所述电频率大于第一预设目标频率且所述转矩电流大于预设目标电流，基于第二预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
为了保证功率器件的稳定性，在本申请一些实施例中，所述方法还包括：
若所述电频率降低至小于第二预设目标频率，基于所述第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
为了有效控制功率器件的温升和开关损耗，在本申请优选的实施例中，所述第一预设调制方式为七段式三相调制方式，所述第二预设调制方式为五段式两相调制方式。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种空调器，包括：
冷媒循环回路，使冷媒在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和四通阀组成回路中进行循环；
压缩机，用于进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作；
室外热交换器和室内热交换器，其中，一个为冷凝器进行工作，另一个为蒸发器进行工作；
室内风扇，用于将气流经吸入口引入并经室内热交换器后由吹出口送出；
变频驱动电路，用于驱动功率器件；
其特征在于，控制器被配置为：
当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；
根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；
根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
2.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述控制器具体被配置为：
若所述电频率大于第一预设目标频率且所述转矩电流大于预设目标电流，基于第二预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
3.如权利要求2所述的空调器，其特征在于，所述控制器还被配置为：
若所述电频率降低至小于第二预设目标频率，基于所述第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
4.如权利要求2所述的空调器，其特征在于，所述第一预设调制方式为七段式三相调制方式，所述第二预设调制方式为五段式两相调制方式。
5.如权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述控制器具体被配置为：
根据与所述三相电流对应的三相坐标系生成αβ坐标系，并确定α轴电流和β轴电流；
根据所述αβ坐标系生成dq旋转坐标系，并基于无位置传感器算法获取所述转子的估算位置；
根据所述α轴电流、所述β轴电流和所述估算位置确定d轴电流和q轴电流；
根据所述d轴电流、所述q轴电流确定所述电频率和所述转矩电流。
6.如权利要求5所述的空调器，其特征在于，所述控制器具体被配置为：
根据所述d轴电流和所述q轴电流确定所述转子的实际位置与所述估计位置的差值；
根据所述差值确定所述实际位置；
根据所述实际位置确定所述转子的角速度，并根据所述角速度和所述功率器件的极对数确定所述电频率；
根据所述α轴电流、所述β轴电流和所述实际位置确定所述转矩电流。
7.一种空调器的控制方法，所述方法应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器、室内热交换器、室内风扇、变频驱动电路和控制器的空调器中，所述变频驱动电路用于驱动功率器件，其特征在于，所述方法包括：
当接收到用户发送的启动指令时，启动所述功率器件并基于第一预设调制方式对所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制；
根据所述功率器件的三相电流确定电机的电频率和转矩电流；
根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述电频率和所述转矩电流控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制，具体为：
若所述电频率大于第一预设目标频率且所述转矩电流大于预设目标电流，基于第二预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述电频率降低至小于第二预设目标频率，基于所述第一预设调制方式控制所述变频驱动电路进行空间矢量脉宽调制。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一预设调制方式为七段式三相调制方式，所述第二预设调制方式为五段式两相调制方式。
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