CN112910231B - 空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调系统包括驱动系统，其位于压缩机中，包括变频器和控制模块；其中，所述控制模块用于计算变频器的q轴修正输出电流i_q；所述q轴修正输出电流i_q的计算公式为：i_q=i_q’+α*Kpi；i_q’为变频器的q轴输出电流，α为系数，Kpi为增益值；所述控制模块还用于实时采集母线电压检测值U_dc，检测周期为T。本发明中将变频器的输出电流作为控制量，根据母线电压的检测值计算相应的增益值，在电机运行状态连续变化时也同样具备良好的控制效果；有效抑制了母线小电容和无极性电容导致无电解电容电机驱动系统输出电流脉动，改善了输出电流的波形，提升了无电解电容电机驱动系统带负载能力。

Description

空调系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调系统。

背景技术

现有空调系统中大多采用无电解电容变频器，该无电解电容变频器是指将变频器上用于储能的电解电容替换为薄膜电容，以规避电解电容寿命低和温升高的问题，同时具备一定的经济效益；然而使用小容量薄膜电容代替大容量电解电容后，变频器的母线电压波动会导致电机电流发生周期性脉动。这一问题对于变频器的带负载能力和可靠性均有一定影响。

目前，在无电解电容变频器的应用中，通常采用硬件电路在变频器输入端进行电流和电压相位的采样，从而根据输入功率对输出电流进行调整，进而达到抑制电流脉动的效果。但该方式由于额外增加了部分硬件电路，导致变频器基板尺寸增大，生产成本提高；同时新增加硬件电路会导致系统故障率提高，变频器整体可靠性下降等问题，进而影响空调系统的质量。

综上，现需要设计空调系统来解决现有技术中电解电容变频器的电流脉动的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种空调系统，可以在不增加外部硬件电路的前提下，有效地抑制变频器输出电流的脉动。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空调系统，包括：

驱动系统，其位于压缩机中，包括变频器和控制模块；

其中，所述控制模块用于计算变频器的q轴修正输出电流i_q；

所述q轴修正输出电流i_q的计算公式为：

i_q＝i_q’+α*Kpi；

i_q’为变频器的q轴输出电流，α为系数，Kpi为增益值；

所述控制模块还用于实时采集母线电压检测值U_dc，检测周期为T。

在本发明的一些实施例中，所述控制模块包括PI控制器，其用于计算所述增益值Kpi；所述增益值Kpi的计算公式为：Kpi＝Kp+Ki，其中为比例增益值，Ki为积分增益值。

在本发明的一些实施例中，所述比例增益值Kp的计算公式为：

K_p＝A_p×U_{m_ave}；

A_p为常数；U_{m_ave}为变频器的电压余量。

在本发明的一些实施例中，所述积分增益值Ki的计算公式为：

K_i＝A_i+A_i×U_{m_ave}；

A_i为常数；U_{m_ave}为变频器的电压余量。

在本发明的一些实施例中，所述控制模块还包括低通滤波单元，其用于计算电压余量U_{m_ave}，所述电压余量U_{m_ave}的计算公式为：

其中，U_lim为所述变频器的输出电压限值；U_s为所述变频器的输出电压值。

在本发明的一些实施例中，所述检测周期T内包括N个采样点；所述检测周期T与采样点数量N满足下列关系：

f_power为电源频率。

在本发明的一些实施例中，所述变频器的输出电压值U_s由下列公式得到：

U′_d为d轴电压设定值，U′_q为q轴电压设定值。

在本发明的一些实施例中，所述变频器的输出电压值U_s与所述变频器的输出电压限值U_lim的关系满足：U_s≤U_lim。

在本发明的一些实施例中，所述变频器的输出电压限值U_lim的计算公式为：U_lim＝0.707*U_{dc_peak}；U_{dc_peak}为所述母线电压检测峰值；所述控制模块还用于采用冒泡法计算所述母线电压检测峰值U_{dc_peak}。

在本发明的一些实施例中，所述控制模块还用于设置控制周期T_ctrl；该控制周期T_ctrl内包括N_ctrl个控制点；控制周期T_ctrl与检测周期T的关系满足下列公式：T_ctrl＝T*N_ctrl。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明中将变频器的输出电流作为控制量，根据母线电压的检测值计算相应的增益值，在电机运行状态连续变化时也同样具备良好的控制效果；有效抑制了母线小电容和无极性电容导致无电解电容电机驱动系统输出电流脉动，改善了输出电流的波形，提升了无电解电容电机驱动系统带负载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为所述母线电压检测值的波形图。

图2为所述控制模块的控制框图。

图3未进入控制周期时母线电压采样波形以及变频器的输出电压波形示意图。

图4为进入控制周期时母线电压采样波形以及变频器的输出电压波形示意图。

附图标记：

100-一阶低通滤波器；200-系数设置单元；300-PI控制器。

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。

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。

本申请中空气调节器通过使用压缩机、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。

一种空调系统，包括：

驱动系统，其位于压缩机中，包括变频器和控制模块；

其中，所述控制模块用于计算变频器的q轴修正输出电流i_q；

所述q轴修正输出电流i_q的计算公式为：

i_q＝i_q’+α*Kpi；

i_q’为变频器的q轴输出电流，α为系数，Kpi为增益值；

所述控制模块还用于实时采集母线电压检测值U_dc，检测周期为T。

在本发明的一些实施例中，在对变频器的q轴输出电流进行修正前，该空调系统通过在母线上设置电流传感器，对母线电流进行采样；根据采样结果以及桥臂开关的状态，进行电流重构，获取此时的三项电流。因为电流采用及重构的功能采用电机控制行业内的通用方法实现，此处不再赘述。

在本发明的一些实施例中，根据重构的三项电流，利用状态观测器获取当前时刻的转子位置和角度。另外通过在母线上设置分压电阻，对母线电压进行采样。参照图1所示，三相电输入经由全桥整流后，其母线电压在各相相交处的值为U_base。

U_base＝0.866*U_{dc_peak}；

其中，U_{dc_peak}为所述母线电压检测值U_dc中的峰值，控制模块通过冒泡法计算得到该母线电压检测峰值U_{dc_peak}；U_base以下的部分为直流分量，U_base以上的部分为6倍工频的馒头波形。对于三项无电解电容电机驱动来讲，当电机运行在高转速高负荷的工况下，在母线电压到达U_base部分的区间内，电机线电压有可能高于母线电压，进而造成电力回馈，使母线电压泵升，降低输入侧的功率因数；此时输入侧的电流无法正常供给，导致输出转矩无法维持，电机带载能力下降。

在本发明的一些实施例中，为了避免上述情况，变频器的输出电压设定值U_s需要满足下列公式：

U_S≤U_lim；

其中，U_lim＝0.707*U_{dc_peak}；

在本发明的一些实施例中，继续参照图1所示，母线电压谐波波形为6倍工频的馒头波形，其为造成变频器输出电流脉动的原因。因为母线电压是作为变频器的驱动的电压，因此当该母线电压出现波动时，相应地变频器的输出电流也出现了脉动。

在设定检测周期T时，采用公式：

f_power为电源频率；N为单个检测周期T内的采样点个数。以常用的电源形式为例，当电源频率为50Hz时，N为16，即对母线电压进行检测时，将连续16个采样点作为一个检测周期T；T＝0.208ms。

在本发明的一些实施例中，控制模块还用于设定控制周期T_ctrl；该控制周期T_ctrl；当控制模块在检测周期T内检测到母线电压的检测峰值U_{dc_peak}时，将此采样点作为控制周期的起始点，同时在相角计数器中将此时的相角设定为0°。

在本发明的一些实施例中，控制周期T_ctrl内包括N_ctrl个控制点；控制周期T_ctrl与检测周期T的关系满足下列公式：T_ctrl＝T*N_ctrl。具体地，控制点N_ctrl的数量要小于采样点N的数量。在该实施例中，当N＝16时，将第一个控制点后的第7个采样点作为控制周期T_ctrl的终止点，即每个控制周期T_ctrl＝T*8；控制点N_ctrl的个数为8。

在本发明的一些实施例中，例如当电源频率为50Hz时，T_ctrl＝1.67ms。

在本发明的一些实施例中，参照图2所示，其为该空调系统的控制框图。变频器的输出电压限值U_lim与变频器的输出电压设定值U_s的差值经过一阶低通滤波器100输入到PI控制器200中，PI控制器200计算修正值Kpi，控制模块根据修正值对变频器的q轴输出电流进行控制。

在本发明的一些实施例中，实际运行过程中，由于难以控制每一时刻均有足够的电压余量供电机负载端使用，所以本发明采用电压余量来控制变频器的输出电流。低通滤波器的作用是获取电压余量U_{m_ave}；计算公式为：

所述变频器的输出电压设定值U_s由下列公式得到：

U′_d为d轴电压设定值，U′_q为q轴电压设定值。

在本发明的一些实施例中，PI控制器200用于计算所述增益值Kpi；所述增益值Kpi的计算公式为：Kpi＝Kp+Ki，其中为比例增益值，Ki为积分增益值。

在本发明的一些实施例中，所述比例增益值Kp的计算公式为：

Kp＝A_p×U_{m_ave}；

A_p为常数；U_{m_ave}为变频器的电压余量。

在本发明的一些实施例中，所述积分增益值Ki的计算公式为：

Ki＝A_i+A_i×U_{m_ave}；

A_i为常数；U_{m_ave}为变频器的电压余量。

在本发明的一些实施例中，比例增益值Kp和积分增益值Ki的计算过程中的A_p和A_i均为常数系数，本实施例中不做具体限定。

在本发明的一些实施例中，关于系数α的设定，所述控制模块包括系数设置单元200；当控制点的个数N_ctrl为8，且将母线电压的检测值到达检测峰值U_{dc_peak}时的采样点作为第一控制点，在该实施例中，第一个控制点的q轴修正输出电流i_q的计算公式为：

i_q＝i_q’+8*Kpi；第二个控制点的q轴修正输出电流i_q的计算公式为：

i_q＝i_q’+7*Kpi；依次类推，第8个控制点的q轴修正输出电流i_q的计算公式为：i_q＝i_q’+Kpi。

也就是说，在该q轴修正输出电流i_q计算公式中，系数α的取值与第一控制点的位置有关，也与控制点的个数N_ctrl相关。若以母线电压检测值U_dc的谷值作为控制周期的起始点的话，则该第一个控制点的q轴修正输出电流i_q的计算公式为：i_q＝i_q’+Kpi；若依旧以母线电压检测值U_dc的峰值作为控制周期的起始点的话，而控制周期T_ctrl内的控制点个数为16个，则第一个控制点的q轴修正输出电流i_q的计算公式为：i_q＝i_q’+16*Kpi。

在本发明的一些实施例中，本发明的控制原理是根据母线电压的检测值U_dc的波形，控制模块计算相应的增益值，对变频器的输出电流进行修正。具体是引入电压余量U_{dc_peak}作为参考量。当电压余量U_{dc_peak}增大时，相应的修正值也增大；当电压余量U_{dc_peak}减小时，相应的修正值也减小。

也就是说，在每个采样周期内根据母线电压的波动对输出电压和电流进行调整，即在母线电压上升的半波增大电压和电流输出，在母线电压下降的半波减小电压和电流的输出，从而保证整个控制周期的平均输出电压小于变频器的输出电压平均限值，进而提高母线电压的利用率。

在未添加基于电压余量的无电解电机驱动系统电流脉动抑制方法时，母线电压采样波形以及变频器的输出电压波形如图3所示；①为母线电压的采用波形；②为变频器的输出电压波形；两者存在相位差，进而会导致输出电流波动以及出转矩不足的问题。

采用基于电压余量的无电解电机驱动系统电流脉动抑制方法后母线电压采样波形以及变频器的输出电压波形如图4所示。两者的相位差已得到显著的减小，变频器的输出电压波形已经能够较好的跟随母线的采样电压，能够有效减小输出电流波动并解决输出转矩不足的问题。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明中将变频器的输出电流作为控制量，根据母线电压的检测值计算相应的增益值，在电机运行状态连续变化时也同样具备良好的控制效果；有效抑制了母线小电容和无极性电容导致无电解电容电机驱动系统输出电流脉动，改善了输出电流的波形，提升了无电解电容电机驱动系统带负载能力。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种空调系统，其特征在于，包括：

驱动系统，其位于压缩机中，包括变频器和控制模块；

其中，所述控制模块用于计算变频器的q轴修正输出电流i_q；

所述q轴修正输出电流i_q的计算公式为：

i_q＝i_q’+α*Kpi；

i_q’为变频器的q轴输出电流，α为系数，Kpi为增益值；

所述控制模块还用于实时采集母线电压检测值U_dc，检测周期为T；

所述控制模块包括PI控制器，其用于计算所述增益值Kpi；所述增益值Kpi的计算公式为：Kpi＝Kp+Ki，其中为比例增益值，Ki为积分增益值；

所述比例增益值Kp的计算公式为：

Kp＝A_p×U_{m_ave}；

A_p为常数；所述积分增益值Ki的计算公式为：

Ki＝A_i+A_i×U_{m_ave}；

A_i为常数；U_{m_ave}为变频器的电压余量；所述控制模块还包括低通滤波单元，其用于计算电压余量U_{m_ave}，所述电压余量U_{m_ave}的计算公式为：

其中，U_lim为所述变频器的输出电压限值；U_s为所述变频器的输出电压值。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述检测周期T内包括N个采样点；所述检测周期T与采样点数量N满足下列关系：

f_power为电源频率。

3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述变频器的输出电压值U_s由下列公式得到：

U′_d为d轴电压设定值，U′_q为q轴电压设定值。

4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述变频器的输出电压值U_s与所述变频器的输出电压限值U_lim的关系满足：U_s≤U_lim。

5.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述变频器的输出电压限值U_lim的计算公式为：U_lim＝0.707*U_{dc_peak}；U_{dc_peak}为所述母线电压检测峰值；所述控制模块还用于采用冒泡法计算所述母线电压检测峰值U_{dc_peak}。

6.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述控制模块还用于设置控制周期T_ctrl；该控制周期T_ctrl内包括N_ctrl个控制点；控制周期T_ctrl与检测周期T的关系满足下列公式：T_ctrl＝T*N_ctrl。

Images