專利名稱：一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流變頻空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直流變頻壓縮機(jī)智 能控制器及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的到來(lái)，各國(guó)政府都在為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的 積極地推廣節(jié)能降耗技術(shù)。作為家庭用電的主要設(shè)備，直流變頻空調(diào)器因?yàn)?良好的節(jié)能性、精確控溫、超低溫啟動(dòng)、快速制熱等特點(diǎn)而越來(lái)越受到廣大 用戶的喜愛(ài)，直流變頻空調(diào)也必然成為空調(diào)技術(shù)的發(fā)展方向。
在直流變頻空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，按壓縮機(jī)控制方案來(lái)分有兩種， 一種是用120 度控制的方案，又叫梯形波控制方案，這種控制方式簡(jiǎn)單，對(duì)壓縮機(jī)的參數(shù) 依賴性低，不過(guò)該控制方式對(duì)壓縮機(jī)的利用效率低，頻率特性差，低頻振動(dòng) 大，高頻噪聲大，不能很好的發(fā)揮直流變頻壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)；另一種控制方式 是180度控制方案，又叫正弦直流變頻控制方案或矢量直流變頻控制方案。 這種控制方案在檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置時(shí)不需要不導(dǎo)通相，變頻驅(qū)動(dòng)模式用180度正 弦波直流變頻模式，大大提高了壓縮機(jī)的使用效率，而且該控制方式的頻率 特性也遠(yuǎn)好于120度控制方式。但是180度直流變頻控制技術(shù)難度大，需要 建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，需要使用高速芯片才能完成相關(guān)運(yùn)算，而且180度控 制方式對(duì)壓縮機(jī)的參數(shù)依賴性強(qiáng)，所以使用這種控制方式的直流變頻空調(diào)控 制器的通用性很差， 一般一個(gè)控制器只能控制一款壓縮機(jī)。
變頻空調(diào)中，其功率前級(jí)一般都采用二極管全橋整流方式，造成電網(wǎng)諧 波污染，功率因數(shù)下降。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電 流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不成線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生 諧波。在空調(diào)變頻控制系統(tǒng)中，220VAC的交流電源經(jīng)過(guò)整流橋整流、大功率 晶體管逆變，結(jié)果是在輸入輸出回路產(chǎn)生電流高次諧波。電流諧波可造成電
網(wǎng)電壓的嚴(yán)重畸變；電纜電線過(guò)熱，絕緣老化加速，損壞并導(dǎo)致線間短路和 接地故障并引起電器火災(zāi)和人身電擊事故；整流后的平波電容器過(guò)熱，易損 壞，壽命短；系統(tǒng)的功率因數(shù)降低等危害，對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備的安全運(yùn)
行造成潛在危害。由于變頻空調(diào)的使用量大面廣，其危害更加嚴(yán)重。所以一 個(gè)完善的變頻空調(diào)控制系統(tǒng)需要有諧波抑制和功率因數(shù)校正方案，應(yīng)用于變 頻空調(diào)中去實(shí)現(xiàn)其功率因數(shù)校正，原來(lái)的直流變頻方案一般采用附加功率因 數(shù)矯正模塊的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，功率因數(shù)矯正模塊需要價(jià)格很貴的專用 控制芯片來(lái)控制，從而增加了變頻空調(diào)方案的成本，降低了市場(chǎng)竟?fàn)幜Α?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器及其控制 方法，實(shí)現(xiàn)直流變頻壓縮機(jī)的矢量變頻控制和變頻空調(diào)的功率因數(shù)校正。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例的技術(shù)方案提出一種直流變頻壓縮 機(jī)智能控制器，包括一核心控制模塊、 一變頻逆變模塊和一功率因數(shù)矯正模
塊；所述核心控制模塊，用于控制所述變頻逆變模塊和所述功率因數(shù)矯正模 塊；所述變頻逆變才莫塊，用于正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮^a;所述功率因數(shù)矯正 模塊，用于矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。
所述核心控制模塊包括通訊控制單元，用于實(shí)現(xiàn)所述核心控制模塊與上 位機(jī)之間信息的通訊。
所述變頻逆變模塊進(jìn)一步包括智能變頻單元和控制單元；所述控制單元 進(jìn)一步包括電流檢測(cè)分析子單元與位置計(jì)算和變頻時(shí)序控制子單元，所述電 流檢測(cè)分析子單元，用于檢測(cè)和分析母線電流，根據(jù)所述母線電流計(jì)算壓縮 機(jī)的三相電流；所述位置計(jì)算和變頻時(shí)序控制子單元，用于根據(jù)所述三相電 流，計(jì)算轉(zhuǎn)子的位置信息和速度信息，控制所述智能變頻單元輸出的電流， 進(jìn)而正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)所述壓縮才幾。
所述功率因數(shù)矯正模塊，用于在次回路上產(chǎn)生電流，使該電流通過(guò)二極
管輸送到平波電容端，將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波。 所述通訊控制單元進(jìn)一步包括通訊數(shù)據(jù)接收子單元、通訊數(shù)據(jù)輸出子單元和通訊時(shí)鐘接收子單元，所述子單元分別用于與上位才幾進(jìn)行信息的通訊。 所述子單元分別用于與上位機(jī)進(jìn)行信息的通訊中，所述通訊采用波特率
為1200的串行外設(shè)接口 SPI通訊模式。
所述子單元分別用于與上位機(jī)進(jìn)行信息的通訊中，所述信息包括壓縮機(jī) 的參數(shù)和控制指令。
所述核心控制模塊采用32位單片機(jī)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例的技術(shù)方案提出一種直流變頻壓縮 機(jī)智能控制方法，包括以下步驟
A、 核心控制模塊與上位機(jī)通訊，傳遞相關(guān)信息；
B、 變頻逆變才莫塊通過(guò)正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮^L;
C、 矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。
所述步驟A中，所述核心控制模塊與上位機(jī)之間傳遞的相關(guān)信息包括壓 縮機(jī)的參數(shù)和控制指令。
所述步驟B進(jìn)一步包括以下步驟
Bl、檢測(cè)并分析母線電流，計(jì)算壓縮機(jī)的三相電流；
B2、根據(jù)所述三相電流，利用所述運(yùn)行的壓縮機(jī)的參數(shù)計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 的位置信息和速度信息，控制智能變頻單元輸出的電流；
B3、根據(jù)所述智能變頻單元輸出的電流驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)。
所述步驟C進(jìn)一步包括以下步驟
Cl、在正向電壓還不足以使主回路整流橋?qū)〞r(shí)，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制
PWM控制，將絕緣柵雙擊型場(chǎng)效應(yīng)管IGBT導(dǎo)通；
C2、次回路上產(chǎn)生電流，所述電流在儲(chǔ)能電感上儲(chǔ)存能量；
C3、當(dāng)所述電流達(dá)到由系統(tǒng)決定的數(shù)值后關(guān)斷絕緣柵雙擊型場(chǎng)效應(yīng)管
IGBT;
C4、將所述電感儲(chǔ)存的電流通過(guò)二極管輸送到平波電容端； C5、多次導(dǎo)通和關(guān)閉絕緣柵雙擊型場(chǎng)效應(yīng)管IGBT; C6、將交流電源的電流波形提前。
本發(fā)明的實(shí)施例的技術(shù)方案通過(guò)智能控制器及其控制方法實(shí)現(xiàn)了直流變頻壓縮機(jī)的矢量變頻控制和變頻空調(diào)的功率因數(shù)校正，使直流變頻空調(diào) 控制器的通用性更廣，提高了空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。


圖1是180度正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電流波形； 圖2是本發(fā)明中功率因數(shù)矯正模塊校正后的電流波形和功率因數(shù)矯正 模塊控制信號(hào)波形；
圖3是本發(fā)明直流變頻壓縮機(jī)智能控制器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明直流變頻壓縮機(jī)智能控制方法的實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的特征與實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)配合附圖作最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下 本發(fā)明的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器如圖3所示，包括核心控制模 塊2、變頻逆變模塊1和功率因數(shù)矯正模塊3。其中，核心控制模塊2，采用 32位單片機(jī)，用于控制變頻逆變模塊1和功率因數(shù)矯正模塊3;核心控制模 塊2進(jìn)一步包括通訊控制單元21 ，用于實(shí)現(xiàn)核心控制模塊2與上位機(jī)之間信 息的通訊；通訊控制單元21進(jìn)一步包括通訊時(shí)鐘接收子單元213、通訊數(shù)據(jù) 接收子單元211和通訊數(shù)據(jù)輸出子單元212,所述子單元分別用于與上位機(jī)進(jìn) 行信息的通訊，所述信息包括壓縮機(jī)的參數(shù)和控制指令，其通訊采用波特率 為1200的SPI ( Serial Peripheral Interface,串行外設(shè)接口 )通訊模式。變頻逆 變模塊l，用于正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，其進(jìn)一步包括智能變頻單元11和 控制單元12,控制單元12進(jìn)一步包括電流4企測(cè)分析子單元121與位置計(jì)算和 變頻時(shí)序控制子單元122，其中，電流檢測(cè)分析子單元121,用于檢測(cè)和分析 母線電流，根據(jù)所述母線電流計(jì)算壓縮機(jī)的三相電流；位置計(jì)算和變頻時(shí)序 控制子單元122，用于根據(jù)所述三相電流，計(jì)算轉(zhuǎn)子的位置信息和速度信息， 控制智能變頻單元ll輸出的電流，進(jìn)而正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)。功率 因數(shù)矯正模塊3，用于在次回路上產(chǎn)生電流，使該電流通過(guò)二極管輸送到平波 電容端，將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波，從而矯正變
頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。
實(shí)施例一，當(dāng)采用圖3所示的直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，本發(fā)明的直 流變頻壓縮機(jī)智能控制方法的流程如圖4所示，本發(fā)明包括以下步驟
步驟S101,核心控制模塊2通過(guò)通訊控制單元21中的通訊時(shí)鐘接收子單 元213、通訊數(shù)據(jù)接收子單元211和通訊數(shù)據(jù)輸出子單元212與上位機(jī)通訊， 傳遞相關(guān)信息，所述相關(guān)信息包括壓縮機(jī)的參數(shù)和控制指令。
步驟S102,變頻逆變模塊1通過(guò)正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，步驟S102 進(jìn)一步包括以下步驟
電流檢測(cè)分析子單元121檢測(cè)并分析母線電流，計(jì)算壓縮機(jī)的三相電流；
位置計(jì)算和變頻時(shí)序控制子單元122根據(jù)所述三相電流，利用矢量控制 理論和所述壓縮機(jī)的參數(shù)，計(jì)算轉(zhuǎn)子的位置信息和速度信息，控制智能變頻 單元11輸出的電流；
變頻逆變模塊1根據(jù)所述智能變頻單元11輸出的電流正弦直流變頻驅(qū)動(dòng) 所述壓縮一幾運(yùn)轉(zhuǎn)。
步驟S103，矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)，步驟S103進(jìn)一步包括以下步
驟
功率因數(shù)矯正模塊3在正向電壓還不足以使主回路整流橋?qū)〞r(shí)，進(jìn)行 PWM (Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)控制，將IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)導(dǎo)通；
在次回路上產(chǎn)生電流，所述電流在儲(chǔ)能電感上儲(chǔ)存能量；
當(dāng)電流達(dá)到由系統(tǒng)決定的數(shù)值后，關(guān)斷IGBT;
功率因數(shù)矯正模塊3控制將所述電感儲(chǔ)存的電流通過(guò)二極管輸送到平波 電容端；
功率因數(shù)矯正模塊3控制多次導(dǎo)通和關(guān)閉IGBT;
將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，
任何熟習(xí)相像技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)
與潤(rùn)飾，這些更動(dòng)與潤(rùn)飾也應(yīng)^L為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于包括一核心控制模塊、一變頻逆變模塊和一功率因數(shù)矯正模塊，所述核心控制模塊，用于控制所述變頻逆變模塊和所述功率因數(shù)矯正模塊；所述變頻逆變模塊，用于正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)；所述功率因數(shù)矯正模塊，用于矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于， 所述核心控制模塊包括通訊控制單元，用于實(shí)現(xiàn)所述核心控制模塊與上位機(jī) 之間信息的通訊。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于， 所述變頻逆變模塊進(jìn)一步包括智能變頻單元和控制單元，所述控制單元進(jìn)一步包括電流檢測(cè)分析子單元與位置計(jì)算和變頻時(shí)序控 制子單元；其中，所述電流檢測(cè)分析子單元，用于檢測(cè)和分析母線電流，根據(jù)所述 母線電流計(jì)算壓縮機(jī)的三相電流；所述位置計(jì)算和變頻時(shí)序控制子單元，用于根據(jù)所述三相電流，計(jì)算轉(zhuǎn) 子的位置信息和速度信息，控制所述智能變頻單元輸出的電流，進(jìn)而正弦直 流變頻驅(qū)動(dòng)所述壓縮才幾。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于， 所述功率因數(shù)矯正模塊，用于在次回路上產(chǎn)生電流，使該電流通過(guò)二極管輸送到平波電容端，將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波。
5、 如權(quán)利要求2所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于， 所述通訊控制單元進(jìn)一步包括通訊數(shù)據(jù)接收子單元、通訊數(shù)據(jù)輸出子單元和 通訊時(shí)鐘接收子單元，所述子單元分別用于與上位機(jī)進(jìn)行信息的通訊。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于， 所述子單元分別用于與上位機(jī)進(jìn)行信息的通訊中，所述通訊采用波特率為 1200的串行外設(shè)接口 SPI通訊模式。
7、 如權(quán)利要求5所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于， 所述信息包括壓縮機(jī)的參數(shù)和控制指令。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，其特征在 于，所述核心控制模塊采用32位單片機(jī)。
9、 一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制方法，其特征在于，包括以下步驟A、 核心控制模塊與上位機(jī)通訊，傳遞相關(guān)信息；B、 變頻逆變模塊通過(guò)正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)；C、 矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。
10、 如權(quán)利要求9所述一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制方法，其特征在于， 所述步驟A中，所述核心控制模塊與上位機(jī)之間傳遞的相關(guān)信息包括壓縮機(jī) 的參數(shù)和控制指令。
11、 如權(quán)利要求9所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制方法，其特征在 于，所述步驟B進(jìn)一步包括以下步驟Bl、檢測(cè)并分析母線電流，計(jì)算壓縮才幾的三相電流； B2、根據(jù)所述三相電流，利用所述運(yùn)行的壓縮機(jī)的參數(shù)計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子 的位置信息和速度信息，控制智能變頻單元輸出的電流；B3、根據(jù)所述智能變頻單元輸出的電流驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)。
12、 如權(quán)利要求9所述的一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制方法，其特征在 于，所述步驟C進(jìn)一步包括以下步驟Cl、在正向電壓還不足以使主回路整流橋?qū)〞r(shí)，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制PWM控制，將絕緣柵雙擊型場(chǎng)效應(yīng)管IGBT導(dǎo)通；C2、次回路上產(chǎn)生電流，所述電流在儲(chǔ)能電感上儲(chǔ)存能量；C 3 、當(dāng)所述電流達(dá)到由系統(tǒng)決定的數(shù)值后關(guān)斷絕緣柵雙擊型場(chǎng)效應(yīng)管IGBT;C4、將所述電感儲(chǔ)存的電流通過(guò)二+及管輸送到平波電容端； C5、多次導(dǎo)通和關(guān)閉絕緯^冊(cè)雙擊型場(chǎng)效應(yīng)管IGBT; C6、將交流電源的電流波形提前。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制器，包括一核心控制模塊、一變頻逆變模塊和一功率因數(shù)矯正模塊。核心控制模塊，用于控制變頻逆變模塊和功率因數(shù)矯正模塊；變頻逆變模塊，用于正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)；功率因數(shù)矯正模塊，用于矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種直流變頻壓縮機(jī)智能控制方法，首先將核心控制模塊與上位機(jī)通訊，傳遞相關(guān)信息，其次將變頻逆變模塊通過(guò)正弦直流變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，最后矯正變頻空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了直流變頻壓縮機(jī)的矢量變頻控制和變頻空調(diào)的功率因數(shù)校正，使直流變頻空調(diào)控制器的通用性更廣，提高了空調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101192807SQ200610144999
公開(kāi)日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者劉俊杰, 程永甫, 谷東照, 馬德新 申請(qǐng)人:海爾集團(tuán)公司;青島海爾空調(diào)器有限總公司