專利名稱：直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流變頻空調(diào)，特別是一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)由于具備體積小、效率高、調(diào)速范圍寬和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng) 用于需求高性能的電驅(qū)動控制系統(tǒng)的領(lǐng)域。直流變頻空調(diào)目前在空調(diào)產(chǎn)品中已占據(jù)主導(dǎo)地位，其核心部件壓縮機(jī)中的電機(jī)就是永磁同步電機(jī)，我們常說的壓縮機(jī)控制實(shí)際就是對壓縮機(jī)里面的電機(jī)進(jìn)行控制。為了實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的高性能控制，獲知永磁同步電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的位置信號是必不可少的。轉(zhuǎn)子的位置信號信號通常采用光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器來檢測，由于光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器為機(jī)械式傳感器，而機(jī)械式傳感器存在機(jī)械安裝、電纜連接、容易出故障等問題，降低了系統(tǒng)的可靠性，而且增加了系統(tǒng)的體積和成本，這都限制了永磁同步電機(jī)的使用范圍。為了解決機(jī)械式傳感器帶來的各種缺陷，無位置傳感器的電機(jī)控制技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。目前，無位置傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號獲取控制方法主要有兩大類，即基波激磁估算法和高頻信號成份法?；ご殴浪惴ㄊ腔陔姍C(jī)的基波動態(tài)模型，目前的主要估算法有反電勢估算法、磁鏈估算法、模型參考自適應(yīng)估算法、擴(kuò)展卡爾曼濾波估算法以及狀態(tài)觀測器估算法。這類方法具有良好的動態(tài)性能，但用于轉(zhuǎn)子位置估算所需的基波參數(shù)與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，限制了其在零速和低速范圍內(nèi)的應(yīng)用，只適用于電機(jī)在中、高速范圍內(nèi)的無位置傳感器運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)速度范圍內(nèi)都能精確估算轉(zhuǎn)子的位置信號，克服基波激磁估算法的不足，高頻信號成份法常常被采用。高頻信號成份法就是利用電機(jī)轉(zhuǎn)子的空間凸極效應(yīng)估算出轉(zhuǎn)子的位置信號，高頻信號成份法主要應(yīng)用在具有空間凸極性的永磁同步電機(jī)的無位置傳感器的速度控制。高頻信號成份法所需注入的高頻信號主要有旋轉(zhuǎn)高頻信號、脈動高頻信號、逆變器載波頻率成份信號等。由于高頻信號成份法是跟蹤轉(zhuǎn)子的空間凸極性，因此，高頻信號成份法對電機(jī)參數(shù)的依賴性小，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在低速甚至零速狀態(tài)下的無位置傳感器運(yùn)行。高頻信號成份法的工作原理是利用電機(jī)轉(zhuǎn)子的空間凸極效應(yīng)估算轉(zhuǎn)子的位置信號，但是，由于電機(jī)存在著磁飽和特性，即電機(jī)隨著電流增大其空間凸極性會變?nèi)酰藭r(shí)，高頻信號成份法控制電機(jī)效果會變差甚至失效?；谶@個(gè)原因，在電機(jī)控制中使用的高頻信號成份法大都處于實(shí)驗(yàn)室理論研究階段，基本沒有應(yīng)用到任何實(shí)際產(chǎn)品中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種操作靈活、節(jié)能性好、舒適性好的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。
按此目的設(shè)計(jì)的一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，其特征是包含兩種位置估算法位置估算法A和位置估算法B，該兩種位置估算法的使用和切換方法如下在壓縮機(jī)啟動和升速過程中，壓縮機(jī)啟動時(shí)采用位置估算法A，啟動后壓縮機(jī)開始升速，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速< Vl時(shí)仍然采用位置估算法A，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速> Vl時(shí)則采用位置估算法B ；當(dāng)壓縮機(jī)在中速或高速運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)制冷或制熱需求開始減少，此時(shí)壓縮機(jī)開始降速，在降速過程中，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，采用位置估算法B，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速<￥2，則采用位置估算法A;其中，360rpm^ Vl ^ 1200rpm ； 180rpm ^ V2 ^ 600rpm, rpm 為轉(zhuǎn) / 分鐘。所述位置估算法A是高頻信號成份法中的任意一種，位置估算法B是基波激磁估算法中的任意一種。所述位置估算法A為高頻信號成份法中的旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法。所述位置估算法B為基波激磁估算法中的反電勢估算法。目前，永磁同步電機(jī)的控制策略主要有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種，其中，矢量控制相比直接轉(zhuǎn)矩控制具備轉(zhuǎn)矩脈動小、調(diào)速范圍寬、啟動和低速性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制中。矢量控制的基本思想源于對直流電機(jī)的模擬，通過電機(jī)磁場定向?qū)⒍ㄗ与娏鞣譃閯?lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，分別加以控制，從而獲得良好的解耦特性，圖I所示為矢量控制框圖。矢量控制中最為核心的部分是轉(zhuǎn)子的位置估算，轉(zhuǎn)子的位置估算有基波激磁估算法和高頻信號成份法兩大類?；ご殴浪惴òǚ措妱莨浪惴?、磁鏈估算法、模型參考自適應(yīng)估算法、擴(kuò)展卡爾曼濾波估算法以及狀態(tài)觀測器估算法；高頻信號成份法包括旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法、脈動高頻信號注入法和逆變器載波頻率成份法。本發(fā)明的基礎(chǔ)是矢量控制，創(chuàng)新之處在于位置估算環(huán)節(jié)包含兩種位置信號的獲取方法，分別為位置估算法A和位置估算法B。其中，位置估算法A是高頻信號成份法中的任意一種，位置估算法B是基波激磁估算法中任意一種。本發(fā)明給直流變頻空調(diào)產(chǎn)品帶來兩大好處第一個(gè)好處是使直流變頻空調(diào)的壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動，壓縮機(jī)可以從零速逐漸啟動起來，從而使得壓縮機(jī)的啟動噪聲非常小，并且可以防止壓縮機(jī)受到?jīng)_擊，起到保護(hù)壓縮機(jī)的目的；第二個(gè)好處是讓直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)在低速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，最低轉(zhuǎn)速可以無窮接近為零速，這一特點(diǎn)可以提高直流變頻空調(diào)產(chǎn)品的溫度控制精度和擴(kuò)大低速運(yùn)行在整個(gè)速度運(yùn)行范圍中的比重，從而提高變頻空調(diào)產(chǎn)品的舒適性和節(jié)能性。本發(fā)明具有操作靈活、節(jié)能性好、舒適性好的特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明中的矢量控制框圖。圖2為本發(fā)明中的壓縮機(jī)啟動升速過程控制流程圖。圖3為本發(fā)明中的壓縮機(jī)降速過程控制流程圖。
具體實(shí)施方式
、
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參見圖1，永磁同步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，要分析求解該坐標(biāo)系下的方程往往非常困難。矢量變換控制技術(shù)利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的變換，實(shí)現(xiàn)了定子電流中的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，從而使永磁同步電機(jī)能像直流電機(jī)那樣分別對磁通和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立控制。其中，靜止坐標(biāo)系為互成90度直角的α、β坐標(biāo)系，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為互成90度直角的d、q坐標(biāo)系。一、矢量控制涉及到的變換方法有三相靜止坐標(biāo)系變換到二相靜止坐標(biāo) 系的CLARKE變換，即圖I中的iu、iv、iw變換到i a、i β ；二相靜止坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系的CLARKE逆變換，即圖I中的V a、V β變換到 Vu、Vv> Vw ；二相靜止坐標(biāo)系變換到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系PARK變換，即圖I中的i a、i β變換到id、iq ；二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到二相靜止坐標(biāo)系PARK逆變換，即圖I中的Vd、Vq變換到Va、νβ。二、永磁同步電機(jī)的矢量控制除了上面提到的變換方法，其基本原理主要包括兩個(gè)控制環(huán)路一速度控制環(huán)路和電流控制環(huán)路，圖I中的第一控制環(huán)路為速度控制環(huán)路，第二控制環(huán)路為電流控制環(huán)路。三、永磁同步電機(jī)的矢量控制除了上面提到內(nèi)容之外，還有一個(gè)很重要的內(nèi)容就是壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置估算，即圖I中的“位置估算”控制環(huán)節(jié)，本發(fā)明也主要是針對“位置估算”控制環(huán)節(jié)的一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)。參見圖2-圖3，本直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，包含兩種位置估算法位置估算法A和位置估算法B，該兩種位置估算法的使用和切換方法如下當(dāng)直流變頻空調(diào)接收到用戶開機(jī)命令后，開始啟動壓縮機(jī)，此時(shí)采用位置估算法A獲取壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。啟動后壓縮機(jī)開始升速，升速過程中實(shí)時(shí)判斷壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速< Vl時(shí)仍然采用位置估算法A獲取壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速> Vl時(shí)則采用位置估算法B獲取壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，見圖2.當(dāng)直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)在中速或高速運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)的制冷或制熱需求開始減少，此時(shí)壓縮機(jī)需要降速。在降速過程中，實(shí)時(shí)檢測判斷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速^ V2時(shí)，采用位置估算法B獲取壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速< V2時(shí)，則采用位置估算A獲取壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，見圖3。根據(jù)常見的直流變頻空調(diào)系統(tǒng)，將壓縮機(jī)的運(yùn)行速度范圍
定義為低速，運(yùn)行速度范圍(1200rpm，3600rpm]定義為中速，運(yùn)行速度范圍(3600rpm，9000rpm]定義
為高速。其中，根據(jù)直流變頻空調(diào)的產(chǎn)品特性，360rpm ^ Vl ^ 1200rpm ；180rpm ^ V2 ^ 600rpm, rpm 為轉(zhuǎn) / 分鐘。所述位置估算法A是高頻信號成份法中的任意一種，位置估算法B是基波激磁估算法中的任意一種。在本實(shí)施例中，位置估算法A為高頻信號成份法中的旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法，位置估算法B為基波激磁估算法中的反電勢估算法，本直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法已經(jīng)在 直流變頻空調(diào)產(chǎn)品中成功實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，其特征是包含兩種位置估算法位置估算法A和位置估算法B，該兩種位置估算法的使用和切換方法如下 在壓縮機(jī)啟動和升速過程中，壓縮機(jī)啟動時(shí)采用位置估算法A，啟動后壓縮機(jī)開始升速，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速< Vl時(shí)仍然采用位置估算法A，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速> Vl時(shí)則采用位置估算法B ； 當(dāng)壓縮機(jī)在中速或高速運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)制冷或制熱需求開始減少，此時(shí)壓縮機(jī)開始降速，在降速過程中，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，采用位置估算法B，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速<V2，則采用位置估算法A;其中，360rpm ^ Vl ^ 1200rpm ； 180rpm ^ V2 ^ 600rpm, rpm 為轉(zhuǎn) / 分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，其特征是所述位置估算法A是高頻信號成份法中的任意一種，位置估算法B是基波激磁估算法中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，其特征是所述位置估算法A為高頻信號成份法中的旋轉(zhuǎn)高頻信號注入法。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，其特征是所述位置估算法B為基波激磁估算法中的反電勢估算法。
全文摘要
一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的控制方法，包含兩種位置估算法位置估算法A和位置估算法B，該兩種位置估算法的使用和切換方法如下在壓縮機(jī)啟動和升速過程中，壓縮機(jī)啟動時(shí)采用位置估算法A，啟動后壓縮機(jī)開始升速，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速≤V1時(shí)仍然采用位置估算法A，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速＞V1時(shí)則采用位置估算法B；當(dāng)壓縮機(jī)在中速或高速運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)制冷或制熱需求開始減少，此時(shí)壓縮機(jī)開始降速，在降速過程中，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速≥V2時(shí)，采用位置估算法B，當(dāng)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速＜V2，則采用位置估算法A；其中，360rpm≤V1≤1200rpm；180rpm≤V2≤600rpm，rpm為轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明具有操作靈活和舒適性好的特點(diǎn)。
文檔編號H02P21/14GK102647145SQ20121009675
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者付新, 朱良紅, 李強(qiáng), 羅宇華 申請人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司