CN113285650A - 空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了空调系统，包括：电机；电流采样电路，通过三相逆变电路上串联采样电阻采集母线电流Idc；控制模块，其用于设置最小采样时间Tmin和获取采样时间Ts，还用于输出d轴电流目标值Id’的补偿值；调节电路，根据补偿后的所述d轴电流目标值Id’通过电流环作用调节母线电流I，使Ts与Tmin之间的差值ΔT大于零。本发明根据采样时间Ts和最小采样时间Tmin的差值ΔT，通过增大d轴电流实现采样窗口时间的增加来满足采样时间的要求，而对电机输出扭矩影响较小；实现了在不增加外部硬件电路和不改变电机变频控制系统的转速的前提下，有效增加采样时间，使其大于最小采样窗口，准确获取母线电流信息，进而获取电机相电流，实现系统的电流闭环控制。

Description

空调系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体涉及空调系统。
背景技术
在空调系统的电机控制中，电机电流采样在反馈环节是相当重要的一部分，相电流是三相交流同步电机在进行坐标变换的关键，在各种相电流采样方式中单电阻采样相电流重构方法结构简单，成本低廉，十分适用于成本较高的应用场合。图1即为此种技术的结构原理图，采样电阻R1串联在三个下桥臂连接点X和直流电源负端之间，通过对母线电流瞬时值idc和对开关管状态的分析，通常需要在一个PWM周期内在采样电阻R1上进行两次采样，获取到两相电流，然后通过电流重构方法得出U/V/W三相线圈相电流。
但由于死区延迟、振铃延迟、A/D转换延迟等原因，采样时间Ts必须大于最小采样窗口Tmin，当采样时间Ts小于Tmin时，无法采集到准确的母线电流，进而无法获取电机相电流，导致系统无法形成电流闭环控制而失控。
综上，现需要设计空调系统以解决电机的变频控制中采样时间短的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中问题，本发明提供了空调系统，在不增加外部硬件电路的前提下，有效增加采样时间，使其大于最小采样窗口，准确获取母线电流信息，实现系统的电流闭环控制。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
空调系统，包括：
电机；
电流采样电路，通过三相逆变电路上串联采样电阻采集母线电流Idc；
控制模块，其用于设置最小采样时间Tmin和获取采样时间Ts，还用于输出d轴电流目标值Id’的补偿值；
调节电路，根据补偿后的所述d轴电流目标值Id’通过电流环作用调节母线电流I，使Ts与Tmin之间的差值ΔT大于零。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块用于当ΔT小于零时，增大所述d轴电流目标值Id’，直至ΔT大于零。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块还用于计算Ts和Tmin之间的差值ΔT；所述控制模块还用于当ΔT≥0时选择第一通路，当ΔT<0时选择第二通路。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块还包括单刀双掷开关单元，其动端的输入量为差值ΔT；第一不动端与所述动端组成所述第一通路；第二不动端与所述动端组成所述第二通路。
在本发明的一些实施例中，当所述控制模块选择所述第一通路时，其输出所述补偿值为0；当所述控制模块选择所述第二通路时，其接入控制器以输出用于增大d轴电流目标值Id’的补偿值。
在本发明的一些实施例中，所述控制器为PID控制器、PI控制器或PD控制器中的一种。
在本发明的一些实施例中，所述调节电路包括电流调节、PARK逆变换和空间矢量控制和PWM驱动单元。
在本发明的一些实施例中，所述调节电路还包括通过对d轴电流的目标值Id’进行弱磁控制。
在本发明的一些实施例中，所述电流调节包括电流环控制单元，该电流环控制单元用于将d轴电流Id跟随d轴电流的目标值Id’变化。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明根据采样时间Ts和最小采样时间Tmin的差值ΔT，对d轴电流进行调节来满足采样时间的要求，对电机输出扭矩影响较小；实现了在不增加外部硬件电路的前提下，有效增加采样时间，使其大于最小采样窗口，准确获取母线电流信息，进而获取电机相电流，实现系统的电流闭环控制。
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为所述空调系统的电控原理图。
图2为现有技术中用于控制电机的脉冲信号的局部波形图、及对应的母线电流波形图；
图3为本发明的实施例中用于控制电机的脉冲信号的局部波形图、及对应的母线电流波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，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。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发明中的具体含义。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。
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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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。
参照图1所示，采样电阻R1的一端连接三相逆变电路的三个下桥臂UN/VN/WN连接点，另一端连接母线直流电源Vdc负端。
采样电阻R1用于采集母线电流Idc，即，电机线圈的相电流。
在一个PWM周期TPWM内需要采集两次母线电流，以获取电机线圈的两相电流，以实现对电机的FOC控制。在本申请中，主要涉及FOC控制的两方面内容：1、FOC控制会输出用于三相逆变电路的三相PWM波；2、需要在一个PWM周期TPWM内，对采样电阻R1采集的母线电流进行两次采样，获取两相电流。
空调系统，包括：
电机；
电流采样电路，通过三相逆变电路上串联采样电阻采集母线电流Idc；
控制模块，其用于设置最小采样时间Tmin和获取采样时间Ts，还用于输出d轴电流目标值Id’的补偿值；
调节电路，根据补偿后的所述d轴电流目标值Id’通过电流环作用调节母线电流I，使Ts与Tmin之间的差值ΔT大于零。
在本发明的一些实施例中，对于控制模块，考虑到母线电流Idc的采样需要足够的采样窗口，这就要求非零电压矢量必须持续一个最小采样时间Tmin。在一个PWM周期TPWM内可能存在非零电压矢量的作用时间小于Tmin的情况，在这种情况下，采样的母线电流Idc没有意义。
其中Tmin一般为Tmin=Td+Tset+Tconv，其中Td为死区时间，Tset为母线电流建立时间，Tconv为AD转换时间，Tmin大小一般为3μs-5μs。在一个已经设定好的系统中，Tmin可以认为是已知的。
完成单电阻采样电流重构必须保证每个非零电压矢量在一个PWM周期TPWM内的作用时间均大于Tmin。
继续参照图1所示，虚线框内为控制模块的控制原理图。
具体地是，控制模块由电流采样电路中获取采样时间Ts，并计算Ts和Tmin之间的差值ΔT。
所述控制模块还包括单刀双掷开关单元，其动端的输入量为差值ΔT；第一不动端与所述动端组成所述第一通路；第二不动端与所述动端组成所述第二通路。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块还用于当ΔT≥0时选择第一通路，当ΔT<0时选择第二通路。
在本发明的一些实施例中，当所述控制模块选择所述第一通路时，其输出所述补偿值为0，即d轴电流Id与其目标值Id’一致，无需进行补偿；当所述控制模块选择所述第二通路时，其接入控制器以输出用于增大d轴电流目标值Id’的补偿值，即d轴电流的目标值Id’逐渐增大，控制模块将该增大后的d轴电流的目标值Id’传输到后续的调节电路中时可以带动d轴电流Id逐渐增大，进而使得电机总电流增大，然后作用在电机绕组上的有效电压减小，采样窗口则逐渐增大以满足要求。
在本发明的一些实施例中，所述控制模块用于当ΔT小于零时，增大所述d轴电流目标值Id’，直至ΔT大于零。
在本发明的一些实施例中，控制模块中的控制器为PID控制器、PI控制器或PD控制器中的一种。
在本发明的一些实施例中，对于调节电路，所述调节电路包括电流调节、PARK逆变换和空间矢量控制和PWM驱动单元。
该调节电路将母线电流Idc进行三相电流重构后再经坐标变换得到d轴电流Id和q轴电流Iq。
电流调节部分，通过电流环对d轴电流Id和q轴电流Iq进行调和节后，再同时进行电流调节；此处的电流环指的是电流反馈系统，d轴电流Id跟随d轴电流的目标值Id’的增大而增大。q轴电流Iq的调节原理与其相同。
另外，该调节电路还包括通过对d轴电流的目标值Id’进行弱磁控制。由于逆变器直流侧电压达到最大值后引起电流调节器的饱和，为了获得较宽的调速范围，在基速以上高速运行时实现恒功率调速，需要对电机进行弱磁控制。通过调节定子电流，即通过增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时的电压平衡，达到弱磁扩速的目的。
PARK逆变换部分，是将上一步骤中得到的d轴电压Ud与q轴电压Uq结合转速位置估算得到的角度θ进行坐标轴变换得到电压Uɑ与电压Uβ。
空间矢量控制部分，是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量；最后将控制结论传输到PWM驱动，该PWM驱动根据控制信号调节开关管的通断。
本发明空调系统的具体调整过程参见如下说明：
当电机运行在低频且负荷较小时，电机电流较小，作用在电机绕组上的有效电压偏小，采样窗口较小，容易出现采样时间Ts小于Tmin，无法准确的采样到母线电流。
参照图2所示，给出了一个PWM周期TPWM内三相PWM波形及母线电流的波形图。
非零电压矢量在一个PWM周期TPWM内的作用时间记为T1'和T2'。
若T1'和T2'均大于Tmin，这样，才能够根据PWM波及Tmin确定Ts，使得Tmin＜Ts且Ts小于T1'和T2'中较小一个，满足单电阻采样要求。
若令T1'和T2'均等于Tmin，且在TPWM内对母线电流的两次采样的采样时间Ts均小于Tmin，因此，此时不能准确采样到母线电流Idc。
在典型的三相逆变电路中，其中的采样电阻R1位于母线上，采样母线电流Idc。
为了满足单电阻采样的要求，以准确采样到母线电流，控制模块首先对采样时间Ts与最小采样时间Tmin计算差值ΔT，只需在ΔT<0时对电流进行补偿。
具体地是，在ΔT<0时，将ΔT输出控制器中，该控制器的输出量作为d轴电流目标值Id’的补偿值，该补偿值是大于0的，d轴电流的目标值Id’逐渐增大，控制模块将该增大后的d轴电流的目标值Id’经过调节电路中的电流环控制，可以带动d轴电流Id逐渐增大，进而使得电机总电流增大，然后作用在电机绕组上的有效电压减小，采样窗口则逐渐增大以满足要求。
参见图3，应控制调整三相PWM波形，使每个非零电压矢量在一个PWM周期TPWM内的作用时间T1''和T2''均大于Tmin。
即，根据调整后的三相PWM波形，获取到每个非零电压矢量在一个PWM周期TPWM内的作用时间T1''和T2''，例如T1''≤T2''。
若Tmin＜Ts，则可以采样到准确的母线电流。
需要说明得是，Ts＜T1'，这是能够实现单电阻采样的前提条件。
因此，Tmin＜Ts＜T1'。
在控制调整三相PWM波以获取到Ts后，会判断Ts与Tmin之间的差值ΔT，直至判断Ts＞Tmin时停止调整三相PWM波。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明根据采样时间Ts和最小采样时间Tmin的差值ΔT，通过增大d轴电流实现采样窗口时间的增加来满足采样时间的要求，而对电机输出扭矩影响较小；实现了在不增加外部硬件电路和不改变电机变频控制系统的转速的前提下，有效增加采样时间，使其大于最小采样窗口，准确获取母线电流信息，进而获取电机相电流，实现系统的电流闭环控制。
增大施加在电机绕组上的脉冲宽度，满足单电阻采样电流的要求，从而能够在一个PWM周期TPWM内正确采集到两相电机线圈的电流，便于采用FOC控制闭环控制电机，实现对电机的可靠控制，从而实现对家用电器的可靠控制。
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 (9)

1.空调系统，其特征在于，包括：
电机；
电流采样电路，通过三相逆变电路上串联采样电阻采集母线电流Idc；
控制模块，其用于设置最小采样时间Tmin和获取采样时间Ts，还用于输出d轴电流目标值Id’的补偿值；
调节电路，根据补偿后的所述d轴电流目标值Id’通过电流环作用调节母线电流I，使Ts与Tmin之间的差值ΔT大于零。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述控制模块用于当ΔT小于零时，增大所述d轴电流目标值Id’，直至ΔT大于零。
3.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计算Ts和Tmin之间的差值ΔT；所述控制模块还用于当ΔT≥0时选择第一通路，当ΔT<0时选择第二通路。
4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述控制模块还包括单刀双掷开关单元，其动端的输入量为差值ΔT；第一不动端与所述动端组成所述第一通路；第二不动端与所述动端组成所述第二通路。
5.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，当所述控制模块选择所述第一通路时，其输出所述补偿值为0；当所述控制模块选择所述第二通路时，其接入控制器以输出用于增大d轴电流目标值Id’的补偿值。
6.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述控制器为PID控制器、PI控制器或PD控制器中的一种。
7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述调节电路包括电流调节、PARK逆变换和空间矢量控制和PWM驱动单元。
8.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述调节电路还包括通过对d轴电流的目标值Id’进行弱磁控制。
9.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述电流调节包括电流环控制单元，该电流环控制单元用于将d轴电流Id跟随d轴电流的目标值Id’变化。
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