CN113541536B - 一种电机的超前角控制装置、方法和空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机的超前角控制装置、方法和空调系统，该装置包括：频率检测模块，检测电机的运行参数；判断单元，判断电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若运行参数小于设定运行参数，则输出第一状态信号；若运行参数大于或等于设定运行参数，则输出第二状态信号；超前角控制单元，在接收到第一状态信号的情况下，根据速度指令电压控制电机的超前角；在接收到第二状态信号的情况下，根据速度指令电压和运行参数控制电机的超前角；相位控制模块，根据电机的超前角，对电机进行相位控制。该方案，通过在超前角设置为跟随速度指令电压VSP控制方式时，调节速度指令电压VSP可实现超前角的跟随变化，提升电机性能。
Description
技术领域
本发明属于空调技术领域，具体涉及一种电机的超前角控制装置、方法和空调系统，尤其涉及一种永磁同步电机的超前角控制装置、方法和空调系统。
背景技术
在空调系统中，为了获得高效的转矩特性，永磁同步电机的控制，多是通过弱磁升速方法来提高转速或频率。超前角控制方法就是一种有效的弱磁调速方法。在电机控制中超前角调整有一定的盲目性，这使得在电机控制系统中电压利用率不高的同时，也增加了电机的运行噪音，使电机的性能不佳。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电机的超前角控制装置、方法和空调系统，以解决空调系统中为了获得高效的转矩特性，采用超前角控制方法提高电机的转速或频率，使得电机性能不佳的问题，达到通过在超前角设置为跟随速度指令电压VSP控制方式时，调节速度指令电压VSP可实现超前角的跟随变化，提升电机性能的效果。
本发明提供一种电机的超前角控制装置，包括：控制单元、判断单元和超前角控制单元；所述控制单元，包括：频率检测模块和相位控制模块；其中，所述频率检测模块，被配置为检测所述电机的运行参数；所述判断单元，被配置为判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号；所述超前角控制单元，被配置为在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角；所述相位控制模块，被配置为根据所述超前角控制单元控制得到的所述电机的超前角，对施加于所述电机的激励信号的相位进行调整。
在一些实施方式中，所述判断单元，包括：转换模块和开关模块；其中，所述判断单元，判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号，包括：所述转换模块，被配置为将所述电机的运行参数转换为电压参数；所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率；所述设定运行参数，包括：设定转速或设定频率；所述开关模块，被配置为在所述电压参数小于设定电压参数的情况下，处于关断状态，以将所述开关模块处于关断状态的信号作为所述第一状态信号；在所述电压参数大于或等于所述设定电压参数的情况下，处于开通状态，以将所述开关模块处于开通状态的信号作为所述第二状态信号；所述超前角控制单元，在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：在所述开关模块处于关断状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
在一些实施方式中，所述超前角控制单元，在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：将所述电机的速度指令电压拉低，以同步降低所述电机的超前角控制电压。
在一些实施方式中，所述转换模块，包括：微分模块、半波整流模块和滤波模块；其中，所述转换模块，将所述电机的运行参数转换为电压参数，包括：所述微分模块，被配置为在所述电机的运行参数以设定波形信号输出的情况下，进行正反向充电，产生微分电流；所述半波整流模块，被配置为在所述微分电流为正向脉冲的情况下，输出正向微分电流并进行耦合放大处理，得到放大电流；所述滤波模块，被配置为对所述放大电流进行滤波处理后，通过电阻模块输出直流电压，作为所述电压参数。
在一些实施方式中，所述微分模块，包括：第一电阻模块和第一电容模块；所述第一电阻模块和所述第一电容模块构成的微分电路。
在一些实施方式中，所述半波整流模块，包括：第一运放模块、二极管模块、第一开关管和第二开关管；其中，所述第一运放模块、所述二极管模块、所述第一开关管和所述第二开关管，构成半波整流电路；所述第一开关管和所述第二开关管，构成耦合放大电路。
在一些实施方式中，所述滤波模块，包括：第二运放模块、第二电容模块和第二电阻模块；所述第二运放模块、所述第二电容模块和所述第二电阻模块，构成低通滤波器电路。
在一些实施方式中，所述开关模块，包括：第三开关管和第三电阻模块；其中，所述第三开关管的控制端，连接至所述转换模块的输出端；所述所述第三开关管的第一连接端，连接至所述超前角控制单元的输入端；所述所述第三开关管的第二连接端，经所述第三电阻模块后接地。
在一些实施方式中，所述超前角控制模块，包括：第四电阻模块和第五电阻模块；其中，所述第四电阻模块，设置在所述电机的速度指令电压的输入端与所述相位控制模块的输入端之间；所述第五电阻模块，连接在所述相位控制模块的输入端与地之间。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种空调系统，包括：以上所述的电机的超前角控制装置。
与上述空调系统相匹配，本发明再一方面提供一种电机的超前角控制方法，包括：检测所述电机的运行参数；判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号；在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角；根据所述超前角控制单元控制得到的所述电机的超前角，对施加于所述电机的激励信号的相位进行调整。
在一些实施方式中，判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号，包括：将所述电机的运行参数转换为电压参数；所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率；所述设定运行参数，包括：设定转速或设定频率；在所述电压参数小于设定电压参数的情况下，处于关断状态，以将所述开关模块处于关断状态的信号作为所述第一状态信号；在所述电压参数大于或等于所述设定电压参数的情况下，处于开通状态，以将所述开关模块处于开通状态的信号作为所述第二状态信号；在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：在所述开关模块处于关断状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
在一些实施方式中，在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：将所述电机的速度指令电压拉低，以同步降低所述电机的超前角控制电压。
由此，本发明的方案，通过获取电机的转速或频率，根据电机的转速或频率控制状态开关电路的通断状态；使状态开关电路与超前角控制电路连接，通过状态开关电路可控制基于速度指令电压VSP的超前角相位分压，实现超前角的调节；从而，通过在超前角设置为跟随速度指令电压VSP控制方式时，调节速度指令电压VSP可实现超前角的跟随变化，提升电机性能。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电机的超前角控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为永磁同步电机的超前角控制装置的一实施例的结构示意图；
图3为永磁同步电机的超前角控制装置的一实施例的电气原理示意图；
图4为本发明的电机的超前角控制方法的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
超前角，是指：在永磁直流无刷电机驱动理论中，当电流相位与反电动势相位相同时，电机效率最大。但由于线圈的电感成分以及其他机械、电子因素的延迟，使得线圈电流滞后于输出电压。为了使反电动势电压和线圈电流相位相同，将输出电流相位提前一定的角度，这一提前的角度称为“超前角”。
相关方案中，调整超前角的方法主要有两种：一种超前角调整方法，是给超前角赋固定的值；但给超前角赋固定的值的方法，忽略了超前角会随着电机负载的变化而变化的事实，实时性差，运行特性不好。另一种超前角调整方法，是将超前角设置为跟随电机速度指令电压VSP（速度控制端口，该端口是马达的速度控制端口）变化；但该将超前角设置为跟随电机速度指令电压VSP变化的方法，可以满足超前角随着负载实时变化，但在电机空载运行情况下，因空载和超前角过大两个因素，会导致电机空载转速飙升，达到上万转，而此时电机母线电流不大，无法启动限流保护，电机转速过高会致使电机受到损害，此种情况在实际应用中是不被允许的。
为了解决克服获得高效的转矩特性，采用超前角控制方法提高电机的转速或频率，使得电机性能不佳的问题。同时，为了电机的兼容性及通用化。本发明的方案，提供一种永磁同步电机超前角控制方式，旨在通过一种新的永磁同步电机超前角控制方式，不会造成空载时转速瞬变过大，同时负载时又能高效平稳运行，解决超前角跟随VSP控制方式下的劣势，使电机在各种工况下都可以运行在最优效率状态。
根据本发明的实施例，提供了一种电机的超前角控制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电机的超前角控制装置可以包括：控制单元、判断单元和超前角控制单元。所述控制单元，包括：频率检测模块和相位控制模块。控制单元，如控制IC。频率检测模块，如内部频率检测电路。相位控制模块，如内部相位控制电路。判断单元，如频率/电压转换电路和状态开关电路。超前角控制单元，如超前角控制电路。
其中，所述频率检测模块，被配置为检测所述电机的运行参数。所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率。
所述判断单元，被配置为判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号。若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号。所述第一状态信号，是表示所述电机的运行参数正常的信号。所述第二状态信号，是表示所述电机的运行参数异常的信号。
所述超前角控制单元，被配置为在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角。在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
所述相位控制模块，被配置为根据所述超前角控制单元控制得到的所述电机的超前角，对施加于所述电机的激励信号的相位进行调整。
本发明的方案，提出的一种新的永磁同步电机超前角控制方式，在超前角设置为跟随速度指令电压VSP控制方式时，避免出现电机空载下因超前角过大、母线电流小无法启动限流保护而致使的转速飙升异常情况，具有可控制性高，稳定可靠，解决电机性能范围受限问题，提高电机的通用性。
在一些实施方式中，所述判断单元，包括：转换模块和开关模块。转换模块，如频率/电压转换电路。开关模块，如状态开关电路。
其中，所述判断单元，判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号。若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号，包括：
所述转换模块，被配置为将所述电机的运行参数转换为电压参数。所述电压参数，如直流电压Vo。所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率。所述设定运行参数，包括：设定转速或设定频率。
所述开关模块，被配置为在所述电压参数小于设定电压参数的情况下，处于关断状态，以将所述开关模块处于关断状态的信号作为所述第一状态信号。在所述电压参数大于或等于所述设定电压参数的情况下，处于开通状态，以将所述开关模块处于开通状态的信号作为所述第二状态信号。
相应地，所述超前角控制单元，在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角。在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：
所述超前角控制单元，具体还被配置为在所述开关模块处于关断状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角。在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
图2为永磁同步电机的超前角控制装置的一实施例的结构示意图。本发明的方案提出的一种永磁同步电机超前角控制方式原理图如图2所示。如图2所示，永磁同步电机的超前角控制装置，如超前角控制方式的电路，主要由控制IC（即控制芯片）、超前角控制电路（即基于速度指令电压VSP的超前角控制电路）、频率/电压转换电路和状态开关电路组成。控制IC内置有相位控制电路（即内部的相位控制电路）和频率检测电路（即内部的频率检测电路）。内部的频率检测电路、外部的频率/电压转换电路、外部的状态开关电路，依次连接。频率/电压转换电路，还能接收参考转速频率。状态开关电路，还经超前角控制电路，连接至内部的频率检测电路。速度指令电压VSP，还能输入至超期角控制电路。
本发明的方案中，频率/电压转换电路、状态开关电路和基于速度指令电压VSP的超前角控制电路、控制IC内置相位控制电路依次连接，状态开关电路由开关器件组成。能够解决超前角设置为跟随电机调速指令VSP时，出现的空载时因超前角过大转速飙升至上万转的异常情况。能够解决超前角设置为跟随电机调速指令VSP时，出现因电流小无法启动限流保护时的转速过高异常情况。能够提高电机的效率，解决电机运行性能不兼容，整体运行适用范围受限的问题。
在图2所示的例子中，频率检测电路，检测控制IC内部转速信号输出频率，即IC转速信号频率，如实时监测并输出代表永磁同步电机转速的频率f。
永磁同步电机的频率f，通过频率/电压转换电路，将电机转速或频率转换输出为直流电压信号Vo，可以得到正比于频率的直流电压信号Vo。频率/电压转换电路的比例系数，由参考转速或频率和开关器件导通电压阈值决定，其中参考转速或频率由电机预设的最大转速可得。
在一些实施方式中，所述超前角控制单元，在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：将所述电机的速度指令电压拉低，以同步降低所述电机的超前角控制电压。
这样，基于速度指令电压VSP的超前角控制电路，处于速度指令电压VSP与控制IC内置的相位控制电路之间，调节速度指令电压VSP可实现超前角的跟随变化，将速度指令电压VSP拉低，电机超前角也会随之减小。通过状态开关电路可控制基于速度指令电压VSP的超前角相位分压，实现超前角的调节。能够解决永磁同步电机轻载尤其是空载时出现转速飙升等异常问题，同时保证负载点具有合适的超前角值，保证在负载点有很高的效率，使超前角能适应电机负载变化，提高电机性能及适用范围。
相关方案中，超前角设置为跟随速度指令电压VSP模式时，超前角度仅由速度指令电压VSP控制。本发明的方案，在相关方案的基础上新增转速频率反馈至速度指令电压VSP，通过转换电路将转速频率线性转换为直流电压，控制状态开关电路与速度指令电压VSP连接。转速正常时，状态开关电路关断，超前角仅由速度指令电压VSP控制。转速异常时，直流电压触发状态开关电路导通，拉低速度指令电压VSP，从而降低超前角度。
在一些实施方式中，所述转换模块，包括：微分模块、半波整流模块和滤波模块。微分模块，如微分电路。半波整流模块，如半波整流电路。滤波模块，如低通滤波器电路。
其中，所述转换模块，将所述电机的运行参数转换为电压参数，包括：
所述微分模块，被配置为在所述电机的运行参数以设定波形信号输出的情况下，进行正反向充电，产生微分电流。
所述半波整流模块，被配置为在所述微分电流为正向脉冲的情况下，输出正向微分电流并进行耦合放大处理，得到放大电流。
所述滤波模块，被配置为对所述放大电流进行滤波处理后，通过电阻模块输出直流电压，作为所述电压参数。
这样，通过直流电压信号Vo驱动状态开关电路的触发端，判断电机转速是否达到参考转速或频率。该直流电压信号，控制状态开关电路的通断状态，如控制状态开关电路中开关器件的开通程度。当电机转速或频率低于参考转速或频率时，状态开关电路中的开关器件处于关断状态，超前角仅由速度指令电压VSP决定，速度指令电压VSP越大，超前角越大。当电机转速或频率高于参考转速或频率时，状态开关电路中的开关器件完全导通，将速度指令电压VSP拉低，同步降低超前角控制电压，从而实现减小超前角度。其中，速度指令电压VSP通过串联电阻进行实时分压。
在一些实施方式中，所述微分模块，包括：第一电阻模块和第一电容模块。所述第一电阻模块和所述第一电容模块构成的微分电路。所述第一电阻模块，如电阻R1。所述第一电容模块，如电容C1。
图3为永磁同步电机的超前角控制装置的一实施例的电气原理示意图，即以电子元器件构成的超前角控制方式实施电路为例的结构示意图。在图3所示的例子中，设置有频率/电压转换电路、开关状态电路与速度指令电压VSP连接。在图3所示的例子中，控制IC内部的频率检测电路的FG端，输出频率为f、幅值为E的矩形波信号，经过电阻R1、电容C1组成的微分电路，对微分电路实现正、反方向充放电，产生微分电流 i(t)，电容C1的充电时间由R1、C1决定，只要电阻R1、电容C1放电常数远小于矩形波信号周期，则每个周期的电流都是完整的。FG是转速反馈信号，电机工作状态时，将转速信号以脉冲的形式对外输出。
在一些实施方式中，所述半波整流模块，包括：第一运放模块、二极管模块、第一开关管和第二开关管。第一运放模块，如运算放大器A1。二极管模块，如二极管D。第一开关管，如三极管T1。第二开关管，如三极管T2。
其中，所述第一运放模块、所述二极管模块、所述第一开关管和所述第二开关管，构成半波整流电路。所述第一开关管和所述第二开关管，构成耦合放大电路。
在图3所示的例子中，运算放大器A1、整流二极管D、三极管T1和三极管T2构成半波整流电路，只有当微分电流i(t)为正向脉冲时，运算放大器A1输出反向电压，二极管D导通，整流电路输出正向微分电流i1(t)，三极管T1和三极管T2构成耦合放大电路，用以增大微分电流i1(t)的分辨率。
在一些实施方式中，所述滤波模块，包括：第二运放模块、第二电容模块和第二电阻模块。第二运放模块，如运算放大器A2。第二电容模块，如电容C2。第二电阻模块，如电阻R2。
所述第二运放模块、所述第二电容模块和所述第二电阻模块，构成低通滤波器电路。
在图3所示的例子中，微分电流i1(t)通过运算放大器A2、电容C2、电阻R2构成的低通滤波器电路，形成平均值直流电流，再通过电阻R2得到输出直流电压Vo。在一个周期T内，直流电压Vo与被测矩形波信号频率的关系为：
其中，E表示被测矩形波信号的幅值，C1表示电容C1的容置，R2表示电阻R2的阻值，f表示频率检测电路检测到的能够代表电机的转速的频率。
在图3所示的例子中，频率/电压转换电路由电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、二极管D、运算放大器A1、运算放大器A2、三极管T1、三极管T2构成。开关状态电路由三极管T3、电阻R3构成。微分电路、半波整流电路和低通滤波器电路，构成频率/电压转换电路。由参考转速或频率fc及三极管T3的基极导通电压Uc，可以确定C1、R2的具体数值，使得当矩形波频率为fc时，经过频率/电压转换电路输出的直流电压为Uc，触发三极管T3导通。其中，运算放大器A1、运算放大器A2的正相输入端均接地。直流电压Vo为变量，跟随被测矩形波信号频率实时变化；Uc为常量，为三极管的基极导通电压。
在一些实施方式中，所述开关模块，包括：第三开关管和第三电阻模块。第三开关管，如三极管T3。第三电阻模块，如电阻R3。
其中，所述第三开关管的控制端，连接至所述转换模块的输出端。所述所述第三开关管的第一连接端，连接至所述超前角控制单元的输入端。所述所述第三开关管的第二连接端，经所述第三电阻模块后接地。
在图3所示的例子中，状态开关电路，包括一个NPN三极管T3和一个缓压电阻R3。三极管T3的发射极连接在基于速度指令电压VSP的超前角控制回路上，三极管T3的集电极通过连接缓压电阻R3接地，三极管T3的基极连接运算放大器A2输出端。
在一些实施方式中，所述超前角控制模块，包括：第四电阻模块和第五电阻模块。所述第四电阻模块，如电阻R4。所述第五电阻模块，如电阻R5。
其中，所述第四电阻模块，设置在所述电机的速度指令电压的输入端与所述相位控制模块的输入端之间。所述第五电阻模块，连接在所述相位控制模块的输入端与地之间。
在图3所示的例子中，超前角控制电路，处在速度指令电压VSP和控制IC内部相位控制电路引脚LA之间，该回路由两电阻R4、电阻R5组成。速度指令电压VSP通过由电阻R4和电阻R5组成的分压器连接到LA引脚，分压电阻R5接地。直流电压Vo驱动NPN三极管T3的基极，控制三极管T3的通断。当电机转速过高如超过参考转速或频率fc时，直流电压Vo达到三极管T3导通电压Uc以上，三极管T3导通，将速度指令电压VSP拉低，在电阻R4上降低相应的分压，即降低控制IC相位控制引脚LA的电压，从而减小超前角度。当电机实际转速或频率低于参考转速或频率fc时，三极管T3不导通，超前角控制电路仅由速度指令电压VSP控制，速度指令电压VSP越大，超前角越大。
需要说明的是，在频率/电压转换电路形式中，本发明的方案仅对以集成运放组成的基本电路加以示例介绍，包括但不限于以上电路形式，如电子开关器件、集成电路器件等组成的转换电路。状态开关电路形式中，本发明的方案仅对NPN三极管构成的状态开关电路加以示例介绍，包括但不限于以上电路形式，如电压控制型电子开关器件等组成的状态开关电路。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过获取电机的转速或频率，根据电机的转速或频率控制状态开关电路的通断状态。使状态开关电路与超前角控制电路连接，通过状态开关电路可控制基于速度指令电压VSP的超前角相位分压，实现超前角的调节。从而，通过在超前角设置为跟随速度指令电压VSP控制方式时，调节速度指令电压VSP可实现超前角的跟随变化，提升电机性能。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的超前角控制装置的一种空调系统。该空调系统可以包括：以上所述的电机的超前角控制装置。
由于本实施例的空调系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过获取电机的转速或频率，根据电机的转速或频率控制状态开关电路的通断状态。使状态开关电路与超前角控制电路连接，通过状态开关电路可控制基于速度指令电压VSP的超前角相位分压，实现超前角的调节，能够保证负载点具有合适的超前角值，保证在负载点有很高的效率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于空调系统的一种电机的超前角控制方法，如图4所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机的超前角控制方法可以包括：步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处，检测所述电机的运行参数。
在步骤S120处，判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号。若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号。所述第一状态信号，是表示所述电机的运行参数正常的信号。所述第二状态信号，是表示所述电机的运行参数异常的信号。
在步骤S130处，在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角。在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
在步骤S140处，根据所述超前角控制单元控制得到的所述电机的超前角，对施加于所述电机的激励信号的相位进行调整。
本发明的方案，提出的一种新的永磁同步电机超前角控制方式，在超前角设置为跟随速度指令电压VSP控制方式时，避免出现电机空载下因超前角过大、母线电流小无法启动限流保护而致使的转速飙升异常情况，具有可控制性高，稳定可靠，解决电机性能范围受限问题，提高电机的通用性。
在一些实施方式中，步骤S120中判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图5所示本发明的方法中判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数的具体过程，包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，将所述电机的运行参数转换为电压参数。所述电压参数，如直流电压Vo。所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率。所述设定运行参数，包括：设定转速或设定频率。
步骤S220，在所述电压参数小于设定电压参数的情况下，处于关断状态，以将所述开关模块处于关断状态的信号作为所述第一状态信号。在所述电压参数大于或等于所述设定电压参数的情况下，处于开通状态，以将所述开关模块处于开通状态的信号作为所述第二状态信号。
相应地，步骤S130中在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：在所述开关模块处于关断状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
图2为永磁同步电机的超前角控制方法的一实施例的结构示意图。本发明的方案提出的一种永磁同步电机超前角控制方式原理图如图2所示。如图2所示，永磁同步电机的超前角控制方法，如超前角控制方式的电路，主要由控制IC（即控制芯片）、超前角控制电路（即基于速度指令电压VSP的超前角控制电路）、频率/电压转换电路和状态开关电路组成。控制IC内置有相位控制电路（即内部的相位控制电路）和频率检测电路（即内部的频率检测电路）。内部的频率检测电路、外部的频率/电压转换电路、外部的状态开关电路，依次连接。频率/电压转换电路，还能接收参考转速频率。状态开关电路，还经超前角控制电路，连接至内部的频率检测电路。速度指令电压VSP，还能输入至超期角控制电路。
本发明的方案中，频率/电压转换电路、状态开关电路和基于速度指令电压VSP的超前角控制电路、控制IC内置相位控制电路依次连接，状态开关电路由开关器件组成。能够解决超前角设置为跟随电机调速指令VSP时，出现的空载时因超前角过大转速飙升至上万转的异常情况。能够解决超前角设置为跟随电机调速指令VSP时，出现因电流小无法启动限流保护时的转速过高异常情况。能够提高电机的效率，解决电机运行性能不兼容，整体运行适用范围受限的问题。
在图2所示的例子中，频率检测电路，检测控制IC内部转速信号输出频率，即IC转速信号频率，如实时监测并输出代表永磁同步电机转速的频率f。
永磁同步电机的频率f，通过频率/电压转换电路，将电机转速或频率转换输出为直流电压信号Vo，可以得到正比于频率的直流电压信号Vo。频率/电压转换电路的比例系数，由参考转速或频率和开关器件导通电压阈值决定，其中参考转速或频率由电机预设的最大转速可得。
在一些实施方式中，在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：将所述电机的速度指令电压拉低，以同步降低所述电机的超前角控制电压。
这样，基于速度指令电压VSP的超前角控制电路，处于速度指令电压VSP与控制IC内置的相位控制电路之间，调节速度指令电压VSP可实现超前角的跟随变化，将速度指令电压VSP拉低，电机超前角也会随之减小。通过状态开关电路可控制基于速度指令电压VSP的超前角相位分压，实现超前角的调节。能够解决永磁同步电机轻载尤其是空载时出现转速飙升等异常问题，同时保证负载点具有合适的超前角值，保证在负载点有很高的效率，使超前角能适应电机负载变化，提高电机性能及适用范围。
相关方案中，超前角设置为跟随速度指令电压VSP模式时，超前角度仅由速度指令电压VSP控制。本发明的方案，在相关方案的基础上新增转速频率反馈至速度指令电压VSP，通过转换电路将转速频率线性转换为直流电压，控制状态开关电路与速度指令电压VSP连接。转速正常时，状态开关电路关断，超前角仅由速度指令电压VSP控制。转速异常时，直流电压触发状态开关电路导通，拉低速度指令电压VSP，从而降低超前角度。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述空调系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过获取电机的转速或频率，根据电机的转速或频率控制状态开关电路的通断状态；使状态开关电路与超前角控制电路连接，通过状态开关电路可控制基于速度指令电压VSP的超前角相位分压，实现超前角的调节，能够使超前角能适应电机负载变化，提高电机性能及适用范围。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种电机的超前角控制装置，其特征在于，包括：控制单元、判断单元和超前角控制单元；所述控制单元，包括：频率检测模块和相位控制模块；其中，
所述频率检测模块，被配置为检测所述电机的运行参数；
所述判断单元，被配置为判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号；
所述超前角控制单元，被配置为在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角；
所述相位控制模块，被配置为根据所述超前角控制单元控制得到的所述电机的超前角，对施加于所述电机的激励信号的相位进行调整；
所述判断单元，包括：转换模块和开关模块；其中，
所述判断单元，判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号，包括：
所述转换模块，被配置为将所述电机的运行参数转换为电压参数；所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率；所述设定运行参数，包括：设定转速或设定频率；
所述开关模块，被配置为在所述电压参数小于设定电压参数的情况下，处于关断状态，以将所述开关模块处于关断状态的信号作为所述第一状态信号；在所述电压参数大于或等于所述设定电压参数的情况下，处于开通状态，以将所述开关模块处于开通状态的信号作为所述第二状态信号；
所述超前角控制单元，在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：
在所述开关模块处于关断状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角；
所述转换模块，包括：微分模块、半波整流模块和滤波模块；其中，
所述转换模块，将所述电机的运行参数转换为电压参数，包括：
所述微分模块，被配置为在所述电机的运行参数以设定波形信号输出的情况下，进行正反向充电，产生微分电流；
所述半波整流模块，被配置为在所述微分电流为正向脉冲的情况下，输出正向微分电流并进行耦合放大处理，得到放大电流；
所述滤波模块，被配置为对所述放大电流进行滤波处理后，通过电阻模块输出直流电压，作为所述电压参数。
2.根据权利要求1所述的电机的超前角控制装置，其特征在于，所述超前角控制单元，在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：
将所述电机的速度指令电压拉低，以同步降低所述电机的超前角控制电压。
3.根据权利要求1所述的电机的超前角控制装置，其特征在于，所述微分模块，包括：第一电阻模块和第一电容模块；所述第一电阻模块和所述第一电容模块构成的微分电路。
4.根据权利要求1所述的电机的超前角控制装置，其特征在于，所述半波整流模块，包括：第一运放模块、二极管模块、第一开关管和第二开关管；其中，
所述第一运放模块、所述二极管模块、所述第一开关管和所述第二开关管，构成半波整流电路；所述第一开关管和所述第二开关管，构成耦合放大电路。
5.根据权利要求1所述的电机的超前角控制装置，其特征在于，所述滤波模块，包括：第二运放模块、第二电容模块和第二电阻模块；
所述第二运放模块、所述第二电容模块和所述第二电阻模块，构成低通滤波器电路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机的超前角控制装置，其特征在于，所述开关模块，包括：第三开关管和第三电阻模块；其中，
所述第三开关管的控制端，连接至所述转换模块的输出端；所述第三开关管的第一连接端，连接至所述超前角控制单元的输入端；所述第三开关管的第二连接端，经所述第三电阻模块后接地。
7.根据权利要求6所述的电机的超前角控制装置，其特征在于，所述超前角控制模块，包括：第四电阻模块和第五电阻模块；其中，
所述第四电阻模块，设置在所述电机的速度指令电压的输入端与所述相位控制模块的输入端之间；所述第五电阻模块，连接在所述相位控制模块的输入端与地之间。
8.一种空调系统，其特征在于，包括：如权利要求1至7中任一项所述的电机的超前角控制装置。
9.一种如权利要求8所述的空调系统的电机的超前角控制方法，其特征在于，包括：
检测所述电机的运行参数；
判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号；
在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角；
根据所述超前角控制单元控制得到的所述电机的超前角，对施加于所述电机的激励信号的相位进行调整。
10.根据权利要求9所述的电机的超前角控制方法，其特征在于，判断所述电机的运行参数是否大于或等于设定运行参数，若所述电机的运行参数小于所述设定运行参数，则输出第一状态信号；若所述电机的运行参数大于或等于所述设定运行参数，则输出第二状态信号，包括：
将所述电机的运行参数转换为电压参数；所述电机的运行参数，包括：所述电机的转速，或所述电机的频率；所述设定运行参数，包括：设定转速或设定频率；
在所述电压参数小于设定电压参数的情况下，处于关断状态，以将所述开关模块处于关断状态的信号作为所述第一状态信号；在所述电压参数大于或等于所述设定电压参数的情况下，处于开通状态，以将所述开关模块处于开通状态的信号作为所述第二状态信号；
在接收到所述第一状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在接收到所述第二状态信号的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：
在所述开关模块处于关断状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压控制所述电机的超前角；在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角。
11.根据权利要求10所述的电机的超前角控制方法，其特征在于，在所述开关模块处于开通状态的情况下，根据所述电机的速度指令电压和所述电机的运行参数控制所述电机的超前角，包括：
将所述电机的速度指令电压拉低，以同步降低所述电机的超前角控制电压。
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