CN114006562A - 一种空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空调器，当实际总电流is小于给定电流im*时，将给定电流im*与实际总电流is的差值输入至滞后角PI调节器，滞后角PI调节器输出滞后角θi增大，导致iq*减小，从而引起iq减小，进而引起实际转速ω降低，继而is*增大，导致iq*增大，引起iq增大，从而使总电流is增大，最终is增大至im*时，滞后角PI调节器输出的滞后角θi稳定，从而保证电机的运行电流，保证电机电流的采样精度，使得电机稳定运行，解决了现有技术中永磁同步电机电流检测困难的问题。当实际总电流is大于给定电流im*时，说明is足够大，可以满足电流采样精度，无需引入滞后角θi，因此，滞后角PI调节器输出θi减小，最终减小到0，避免影响电机的正常运行。

Description

一种空调器
技术领域
本发明涉及家用电器技术领域，尤其涉及一种空调器。
背景技术
永磁同步电机由于具有高效率、高功率密度、无碳刷等优点，广泛应用于空调器中。
当直流变频空调用永磁同步电机，如压缩机或风机处于低速、轻负荷运行时，由于负载扭矩较小，所需要的电磁力矩较小，因此电机电流很小。通常电流采样电路的输出信号比较小，如采用采样电阻方式进行电流检测，较小的电机电流在采样电阻上的电压很小，容易被噪声和干扰覆盖。另一方面，如果采用单电阻采样方法来检测电机电流，对采样时刻和脉冲宽度要求较高，较小的电机电流使采样信号无法重构电机相电流，导致电机控制无法正常进行，出现失步、过电流等问题。
目前的解决方法，一是通过限制最低频率的方法，使电机电流不小于某个可采集的电流值，这种方法限制了电机的低频运行范围。二是提高采样电阻值或运放放大倍数使采样电压加大，这种方法会导致较大电流运行时，采样电压过大而达到限制值，同样限制了电机频率运行范围，影响电机的正常运行。
发明内容
本发明提供了一种空调器，解决了现有技术中永磁同步电机电流检测困难的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种空调器，包括永磁同步电机和控制器，所述控制器被配置为：
计算永磁同步电机的实际总电流is；
当实际总电流is小于给定电流im*时，将给定电流im*与实际总电流is的差值输入至滞后角PI调节器，得到滞后角θi；
将给定转速ω*与电机实际转速ω的差值输入速度环PI调节器，得到电流is*；
计算电流iq*＝is*·cosθi和电流id*＝is*·sinθi；
将电流iq*与iq的差值输入至第一电流环PI调节器，得到电压uq；将电流id*与id的差值输入至第二电流环PI调节器，得到电压ud；
进行PARK逆变换，将旋转坐标系下的电压ud、uq转换为两相静止坐标系下的电压uα、uβ；
根据电压uα、uβ进行空间矢量调制，生成控制信号，控制永磁同步电机运行。
进一步的，所述控制器还被配置为：当实际总电流is大于给定电流im*时，如果滞后角θi不等于0，则控制滞后角PI调节器输出的滞后角θi逐渐减小到零。
又进一步的，所述计算永磁同步电机的实际总电流is，具体包括：
获取永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic；
将永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic进行CLARK变换，转换为两相静止坐标系下的电流iα、iβ；
将两相静止坐标系下的电流iα、iβ进行PARK变换，转换旋转坐标系下的电流id、iq；
计算永磁同步电机的实际总电流
Figure BDA0003328843010000021
更进一步的，CLARK变换的公式为：
iα＝ia；
Figure BDA0003328843010000022
ia+ib+ic＝0。
再进一步的，
PARK变换的公式为：
id＝iα·cosθ+iβ·sinθ；
iq＝-iα·sinθ+iβ·cosθ；
PARK逆变换的公式为：
uα＝ud·cosθ-uq·sinθ；
uβ＝ud·sinθ+uq·cosθ。
进一步的，所述空调器还包括IPM，通过IPM控制永磁同步电机的运行。
又进一步的，所述给定电流im*、给定转速ω*通过空调器的遥控器或/和空调器的控制面板进行设定。
更进一步的，所述空调器的压缩机，或/和外风机，或/和内风机配备有所述的永磁同步电机。
一种空调器，包括永磁同步电机和控制器，所述控制器包括：
位置和转速估算模块，用于计算永磁同步电机的转子角度θ和实际转速ω；
CLARK变换模块，用于将永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic转换为两相静止坐标系下的电流iα、iβ；
PARK变换模块，用于将两相静止坐标系下的电流iα、iβ转换旋转坐标系下的电流id、iq；
实际总电流计算模块，用于计算实际总电流
Figure BDA0003328843010000031
滞后角PI调节器，用于将给定电流im*与实际总电流is的差值进行调节得到滞后角θi；
速度环PI调节器，其用于将给定转速ω*与实际转速ω的差值进行调节得到电流is*；
q轴给定电流计算模块，其用于计算电流iq*＝is*·cosθi；
d轴给定电流计算模块，其用于计算电流id*＝is*·sinθi；
第一电流环PI调节器，用于将电流iq*与iq的差值进行调节得到电压uq；
第二电流环PI调节器，用于将电流id*与id的差值进行调节得到电压ud；
PARK逆变换模块，用于将旋转坐标系下的电压ud、uq转换为两相静止坐标系下的电压uα、uβ；
空间矢量控制模块，用于根据电压uα、uβ生成控制信号，控制永磁同步电机运行。
进一步的，所述位置和转速估算模块包括位置传感器和转速计算模块；
所述位置传感器，用于获取转子角度θ；
所述转速计算模块，用于根据转子角度θ计算转子的实际转速ω；
所述位置传感器内置在永磁同步电机上。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明的空调器，当实际总电流is小于给定电流im*时，将给定电流im*与实际总电流is的差值输入至滞后角PI调节器，滞后角PI调节器输出滞后角θi增大，导致iq*减小，从而引起iq减小，进而引起实际转速ω降低，继而is*增大，导致iq*增大，引起iq增大，从而使总电流is增大，最终is增大至im*时，滞后角PI调节器输出的滞后角θi稳定，从而保证电机的运行电流，保证电机电流的采样精度，使得电机稳定运行，解决了现有技术中永磁同步电机电流检测困难的问题。当实际总电流is大于给定电流im*时，说明is足够大，可以满足电流采样精度，无需引入滞后角θi，因此，滞后角PI调节器输出θi减小，最终减小到0，避免影响电机的正常运行。
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为本发明空调器的控制器的一种实施例的结构框图；
图2是图1中滞后角θi与q轴的关系图；
图3是图1中滞后角PI调节器的结构框图；
图4为本发明空调器的一种实施例的控制流程图。
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。
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和制热循环，由控制器执行控制，实现制冷剂的流向控制以及膨胀阀的开度控制等。制冷循环和制热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。
空调器室外机是指制冷循环的包括压缩机和室外热交换器的部分，空调器室内机包括室内热交换器，并且膨胀阀可以提供在空调器室外机或室内机中。
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。
本实施例的空调器，包括永磁同步电机和控制器，控制器控制永磁同步电机的运行。
控制器包括位置和转速估算模块、CLARK变换模块、PARK变换模块、实际总电流计算模块、滞后角PI调节器、速度环PI调节器、q轴给定电流计算模块、d轴给定电流计算模块、第一电流环PI调节器、第二电流环PI调节器、PARK逆变换模块、空间矢量控制模块，参见图1所示。
(1)位置和转速估算模块，用于计算永磁同步电机的转子角度θ和实际转速ω。
在本实施例中，位置和转速估算模块包括位置传感器和转速计算模块。
位置传感器，用于获取转子角度θ；位置传感器将转子角度θ输出至转速计算模块。
转速计算模块，用于根据转子角度θ计算转子的实际转速ω。位置传感器内置在永磁同步电机上，直接输出电机的转子角度θ，可以提高永磁同步电机的集成度，减轻控制器的计算压力。
(2)CLARK变换模块，用于将永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic转换为两相静止坐标系下的电流iα、iβ。可以通过电流传感器获取永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic，并发送给CLARK变换模块。
(3)PARK变换模块，用于将两相静止坐标系下的电流iα、iβ转换旋转坐标系下的电流id、iq。
(4)实际总电流计算模块，用于计算实际总电流
Figure BDA0003328843010000061
(5)滞后角PI调节器，用于将给定电流im*与实际总电流is的差值进行调节得到滞后角θi。给定电流im*与实际总电流is作差后进入滞后角PI调节器，滞后角PI调节器输出滞后角θi。
(6)速度环PI调节器，其用于将给定转速ω*与实际转速ω的差值进行调节得到电流is*。给定转速ω*与实际转速ω作差后进入速度环PI调节器，速度环PI调节器输出电流is*。
(7)q轴给定电流计算模块，其用于计算q轴给定电流iq*＝is*·cosθi。
(8)d轴给定电流计算模块，其用于计算d轴给定电流id*＝is*·sinθi。
(9)第一电流环PI调节器，用于将电流iq*与iq的差值进行调节得到电压uq。电流iq*与iq作差后进入第一电流环PI调节器，第一电流环PI调节器输出电压uq。
(10)第二电流环PI调节器，用于将电流id*与id的差值进行调节得到电压ud。电流id*与id作差后进入第二电流环PI调节器，第二电流环PI调节器，输出电压ud。
(11)PARK逆变换模块，用于将旋转坐标系下的电压ud、uq转换为两相静止坐标系下的电压uα、uβ。
(12)空间矢量控制模块，用于根据电压uα、uβ生成控制信号，控制永磁同步电机运行。
在本实施例中，空调器还包括IPM(智能功率模块)。空间矢量控制模块根据电压uα、uβ进行空间矢量调制调整，生成PWM信号，输出至IPM，通过IPM控制永磁同步电机运行。IPM具有高电流、高耐压等优点，性价比高，可以实现对电机的精确控制。
本实施例的空调器，通过设计控制器包括位置和转速估算模块、CLARK变换模块、PARK变换模块、实际总电流计算模块、滞后角PI调节器、速度环PI调节器、q轴给定电流计算模块、d轴给定电流计算模块、第一电流环PI调节器、第二电流环PI调节器、PARK逆变换模块、空间矢量控制模块，使得电机的实际总电流is达到给定电流im*，从而保证电流采样精度，使电机控制能够顺利进行，解决了现有技术中永磁同步电机电流检测困难的问题。
本实施例的空调器，控制器被配置为执行下述操作，参见图4所示。
步骤S1：计算永磁同步电机的实际总电流is。
计算永磁同步电机的实际总电流is，具体包括下述步骤：
S11：通过电流传感器获取永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic。
S12：将永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic进行CLARK变换，转换为两相静止坐标系下的电流iα、iβ。
CLARK变换的公式为：
iα＝ia；
Figure BDA0003328843010000071
ia+ib+ic＝0。
S13：将两相静止坐标系下的电流iα、iβ进行PARK变换，转换旋转坐标系下的电流id、iq。
PARK变换的公式为：
id＝iα·cosθ+iβ·sinθ；
iq＝-iα·sinθ+iβ·cosθ。
S14：计算永磁同步电机的实际总电流
Figure BDA0003328843010000072
通过步骤S11～S14，可以简单快速地计算出永磁同步电机的实际总电流is。
步骤S2：判断实际总电流is是否小于给定电流im*。
给定电流im*为设定的可以保证采样精度的电机的最小运行电流。
当实际总电流is小于给定电流im*时，说明is较小，则执行步骤S3。
步骤S3：将给定电流im*与实际总电流is的差值输入至滞后角PI调节器，滞后角PI调节器输出滞后角θi，从而得到滞后角θi。
步骤S4：将给定转速ω*与实际转速ω的差值输入速度环PI调节器，速度环PI调节器输出is*，从而得到电流is*。
步骤S5：计算电流iq*＝is*·cosθi和电流id*＝is*·sinθi。
步骤S6：将电流iq*与iq的差值输入至第一电流环PI调节器，第一电流环PI调节器输出uq，从而得到电压uq；将电流id*与id的差值输入至第二电流环PI调节器，第二电流环PI调节器输出ud，从而得到电压ud。
步骤S7：进行PARK逆变换，将旋转坐标系下的电压ud、uq转换为两相静止坐标系下的电压uα、uβ。
PARK逆变换的公式为：
uα＝ud·cosθ-uq·sinθ；
uβ＝ud·sinθ+uq·cosθ。
步骤S8：根据电压uα、uβ进行空间矢量调制，生成控制信号，控制永磁同步电机运行。
空调器中还包括IPM，根据电压uα、uβ进行空间矢量调制调整，生成PWM信号，输出至IPM，通过IPM控制永磁同步电机运行，实现对电机的精确控制。
本实施例引入滞后角θi，参见图2所示，θi定义为电机总电流is与q轴的夹角，θi∈[0，90°]。给定电流im*为设定的可以保证采样精度的最小运行电流，参见图3所示，将im*与实际的总电流
Figure BDA0003328843010000081
比较作差后进入滞后角PI调节器，滞后角PI调节器的输出作为θi的大小。
当电机进入低速、轻负荷运行时，电机电流减小，如果电机实际的总电流is小于im*，滞后角PI调节器输出的θi增大，从而导致d轴电流的给定值id*增大、q轴电流的给定值iq*减小；id*增大会使id增大,iq*减小会引起iq减小，iq减小使电机实际转速ω降低，ω*-ω增大，速度环PI调节器输入的速度差增大，从而输出的is*增大，导致id*增大、iq*增大，id*增大引起id增大，iq*增大引起iq增大，从而使总电流is增大，最终总电流is达到im*时，滞后角PI调节器输出的滞后角θi稳定在一个角度。
当实际总电流is大于给定电流im*时，如果滞后角θi不等于0，则控制滞后角PI调节器输出的滞后角θi逐渐减小到零。因此，如果电机实际的总电流is大于im*，滞后角PI调节器输出的θi减小，最终滞后角PI调节器输出的θi减小到零退出该控制，避免控制器引入多余计算，避免影响电机的正常运行。
因此，本实施例的空调器，当实际总电流is小于给定电流im*时，将给定电流im*与实际总电流is的差值输入至滞后角PI调节器，滞后角PI调节器输出滞后角θi增大，导致iq*减小，从而引起iq减小，进而引起实际转速ω降低，继而is*增大，导致iq*增大，引起iq增大，从而使总电流is增大，最终is增大至im*时，滞后角PI调节器输出的滞后角θi稳定，从而保证电机的运行电流，保证电机电流的采样精度，使得电机稳定运行，解决了现有技术中永磁同步电机电流检测困难的问题。当实际总电流is大于给定电流im*时，说明is足够大，可以满足电流采样精度，无需引入滞后角θi，因此，滞后角PI调节器输出θi减小，最终减小到0，避免影响电机的正常运行。
本实施例的空调器，可以保证在低频、轻负荷的情况下仍能保持电机的运行实际总电流is在大于等于im*的电流大小，从而保证电流采样精度，使电机控制能够顺利进行。本实施例的空调器，在不增加额外的硬件电路前提下，有效解决直流变频空调用永磁同步电机低速、轻负荷运行时电机电流小、电流检测困难的问题。
在本实施例中，给定电流im*、给定转速ω*通过空调器的遥控器或/和空调器的控制面板进行设定，可以根据空调器的具体控制要求简单方便地进行设定，以使得电机及空调器顺利运行。
本实施例中，空调器的压缩机，或/和外风机，或/和内风机配备有所述的永磁同步电机，提高空调器的性能，以保证空调器的运行效果。
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 (10)

1.一种空调器，包括永磁同步电机，其特征在于：还包括控制器，所述控制器被配置为：
计算永磁同步电机的实际总电流is；
当实际总电流is小于给定电流im*时，将给定电流im*与实际总电流is的差值输入至滞后角PI调节器，得到滞后角θi；
将给定转速ω*与电机实际转速ω的差值输入速度环PI调节器，得到电流is*；
计算电流iq*＝is*·cosθi和电流id*＝is*·sinθi；
将电流iq*与iq的差值输入至第一电流环PI调节器，得到电压uq；将电流id*与id的差值输入至第二电流环PI调节器，得到电压ud；
进行PARK逆变换，将旋转坐标系下的电压ud、uq转换为两相静止坐标系下的电压uα、uβ；
根据电压uα、uβ进行空间矢量调制，生成控制信号，控制永磁同步电机运行。
2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于：所述控制器还被配置为：当实际总电流is大于给定电流im*时，如果滞后角θi不等于0，则控制滞后角PI调节器输出的滞后角θi逐渐减小到零。
3.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于：所述计算永磁同步电机的实际总电流is，具体包括：
获取永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic；
将永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic进行CLARK变换，转换为两相静止坐标系下的电流iα、iβ；
将两相静止坐标系下的电流iα、iβ进行PARK变换，转换旋转坐标系下的电流id、iq；
计算永磁同步电机的实际总电流
Figure FDA0003328843000000011
4.根据权利要求3所述的空调器，其特征在于：CLARK变换的公式为：
iα＝ia；
Figure FDA0003328843000000012
ia+ib+ic＝0。
5.根据权利要求3所述的空调器，其特征在于：
PARK变换的公式为：
id＝iα·cosθ+iβ·sinθ；
iq＝-iα·sinθ+iβ·cosθ；
PARK逆变换的公式为：
uα＝ud·cosθ-uq·sinθ；
uβ＝ud·sinθ+uq·cosθ。
6.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于：所述空调器还包括IPM，通过IPM控制永磁同步电机的运行。
7.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于：所述给定电流im*、给定转速ω*通过空调器的遥控器或/和空调器的控制面板进行设定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的空调器，其特征在于：所述空调器的压缩机，或/和外风机，或/和内风机配备有所述的永磁同步电机。
9.一种空调器，包括永磁同步电机，其特征在于：还包括控制器，所述控制器包括：
位置和转速估算模块，用于计算永磁同步电机的转子角度θ和实际转速ω；
CLARK变换模块，用于将永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic转换为两相静止坐标系下的电流iα、iβ；
PARK变换模块，用于将两相静止坐标系下的电流iα、iβ转换旋转坐标系下的电流id、iq；
实际总电流计算模块，用于计算实际总电流
Figure FDA0003328843000000021
滞后角PI调节器，用于将给定电流im*与实际总电流is的差值进行调节得到滞后角θi；
速度环PI调节器，其用于将给定转速ω*与实际转速ω的差值进行调节得到电流is*；
q轴给定电流计算模块，其用于计算电流iq*＝is*·cosθi；
d轴给定电流计算模块，其用于计算电流id*＝is*·sinθi；
第一电流环PI调节器，用于将电流iq*与iq的差值进行调节得到电压uq；
第二电流环PI调节器，用于将电流id*与id的差值进行调节得到电压ud；
PARK逆变换模块，用于将旋转坐标系下的电压ud、uq转换为两相静止坐标系下的电压uα、uβ；
空间矢量控制模块，用于根据电压uα、uβ生成控制信号，控制永磁同步电机运行。
10.根据权利要求9所述的空调器，其特征在于：所述位置和转速估算模块包括位置传感器和转速计算模块；
所述位置传感器，用于获取转子角度θ；
所述转速计算模块，用于根据转子角度θ计算转子的实际转速ω；
所述位置传感器内置在永磁同步电机上。
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