壓縮機的控制裝置及具有其的壓縮機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓縮機的控制裝置及具有其的壓縮機控制系統(tǒng)，其中控制裝置包括：電流電壓采集模塊，用于采集壓縮機的三相電流和直流母線電壓；轉子位置檢測模塊，用于獲取壓縮機的轉子位置估計值和轉速估計值；電流變換模塊，用于對三相電流進行變換以生成d軸電流和q軸電流；轉速控制模塊，用于生成d軸電流指令和q軸電流指令；電流控制模塊，用于生成d軸電壓初始指令和q軸電壓初始指令；電壓補償模塊，用于生成d軸補償電壓和q軸補償電壓；矢量控制模塊，用于生成d軸電壓指令和q軸電壓指令，以及根據d軸電壓指令和q軸電壓指令對壓縮機進行矢量控制。本發(fā)明的壓縮機的控制裝置通過抑制d/q軸電流的波動，提高壓縮機驅動的效率。
【專利說明】壓縮機的控制裝置及具有其的壓縮機控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及壓縮機控制【技術領域】，特別涉及一種壓縮機的控制裝置以及一種具有該控制裝置的壓縮機控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著社會對節(jié)能減排重視程度的日益提高，變頻空調的效率提升受到越來越多的關注。由于壓縮機的消耗功率占變頻空調總功率的絕大部分，因此，對壓縮機的控制在變頻空調的效率提升方面起到關鍵的作用。
[0003]目前，各空調廠家一般都是對變頻空調中壓縮機控制裝置進行優(yōu)化設計，以達到變頻空調節(jié)能的效果。例如在相關技術中，通過采用最大扭矩電流比的控制方式，壓縮機控制裝置能令壓縮機的銅耗在穩(wěn)態(tài)意義下達到最?。换蛘?，通過采用過調制方式，壓縮機控制裝置能輸出幅值更大的交流電壓，從而減小弱磁的深度，以實現(xiàn)壓縮機運行效率的提高；還通過采用兩相調制方式，可減小壓縮機控制系統(tǒng)中功率器件的開關次數，有效降低壓縮機控制裝置自身損耗，從而提升壓縮機的運行效率。
[0004]然而，相關技術中對壓縮機控制裝置優(yōu)化設計雖然都能對空調效率的提升起到一定的作用，但效果并不十分明顯，因此，需要進行改進。

【發(fā)明內容】

[0005]本申請是基于發(fā)明人對以下問題和事實的認識發(fā)現(xiàn)作出的:
[0006]相關技術中對壓縮機控制裝置優(yōu)化設計都未對壓縮機負載的波動特性進行分析與綜合，未能消除因壓縮機相電流波動造成的額外功率損耗。
[0007]由于制造成本與效率方面的優(yōu)勢，在目前空調行業(yè)中，家用變頻空調主要使用單轉子壓縮機，并且由于單轉子壓縮機存在壓縮與排氣的循環(huán)運行過程，其負載隨轉子角度發(fā)生周期性變化。
[0008]進一步地，由于壓縮機轉速波動一方面會引起反電勢波動，進而通過電壓與電流之間關系產生頻率與轉速一致的電流波動；另一方面由于轉速與d/q軸電流存在一定的耦合關系，因此壓縮機轉速波動可通過耦合項產生頻率與轉速一致的電流波動，從而可知，單轉子壓縮機在運行過程中存在d/q軸電流的波動，且波動的頻率與壓縮機運行頻率一致。
[0009]這種d/q軸電流的波動，一方面會加大壓縮機自身的銅耗，另一方面會增大壓縮機的無功功率，從而加大了流過壓縮機控制系統(tǒng)中功率器件的電流，造成壓縮機控制裝置效率降低。
[0010]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術缺陷。
[0011]為此，針對d/q軸電流波動引起壓縮機額外功率損耗的問題，本發(fā)明的一個目的在于提出一種壓縮機的控制裝置，通過抑制d/q軸電流的波動，提高壓縮機驅動的效率。
[0012]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種壓縮機控制系統(tǒng)。
[0013]為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出的一種壓縮機的控制裝置，包括:電流電壓采集模塊，所述電流電壓采集模塊用于采集所述壓縮機的三相電流和直流母線電壓；轉子位置檢測模塊，所述轉子位置檢測模塊用于根據所述壓縮機的d軸電流、q軸電流以及所述壓縮機的d軸電壓指令、q軸電壓指令獲取所述壓縮機的轉子位置估計值和轉速估計值；電流變換模塊，所述電流變換模塊用于根據所述轉子位置估計值對所述三相電流進行變換以生成所述d軸電流和q軸電流；轉速控制模塊，所述轉速控制模塊用于根據所述壓縮機的給定轉速指令和所述轉速估計值生成d軸電流指令和q軸電流指令；電流控制模塊，所述電流控制模塊用于根據所述d軸電流和所述d軸電流指令生成d軸電壓初始指令，并根據所述q軸電流和所述q軸電流指令生成q軸電壓初始指令；電壓補償模塊，所述電壓補償模塊根據所述轉子位置估計值、所述d軸電流和q軸電流生成d軸補償電壓和q軸補償電壓；以及矢量控制模塊，所述矢量控制模塊用于根據所述d軸電壓初始指令和所述d軸補償電壓生成所述d軸電壓指令，并根據所述q軸電壓初始指令和所述q軸補償電壓生成所述q軸電壓指令，以及根據所述d軸電壓指令和q軸電壓指令對所述壓縮機進行矢量控制。
[0014]根據本發(fā)明實施例的壓縮機的控制裝置，通過將d軸補償電壓和q軸補償電壓分別疊加到對應的d軸電壓初始指令和q軸電壓初始指令后以對壓縮機進行矢量控制，從而可抑制d軸電流波動和q軸電流波動，能夠減少壓縮機自身的銅耗，減小壓縮機的無功功率，提高了壓縮機的驅動效率。
[0015]根據本發(fā)明的一個實施例，所述電壓補償模塊進一步包括:d/q軸電流基波成分檢測子模塊，所述d/q軸電流基波成分檢測子模塊用于根據所述轉子位置估計值和所述d軸電流生成d軸電流的余弦分量和正弦分量，并根據所述轉子位置估計值和所述q軸電流生成q軸電流的余弦分量和正弦分量；d/q軸電壓補償子模塊，所述d/q軸電壓補償子模塊用于根據所述轉子位置估計值、所述d軸電流的余弦分量和正弦分量生成所述d軸補償電壓，并根據所述轉子位置估計值、所述q軸電流的余弦分量和正弦分量生成所述q軸補償電壓。
[0016]根據本發(fā)明的一個實施例，所述d/q軸電流基波成分檢測子模塊具體包括:角度轉換單元，所述角度轉換單元用于將所述轉子位置估計值對應的轉子角度電氣角轉換為轉子角度機械角；余弦計算單元，所述余弦計算單元用于對所述轉子角度機械角進行余弦計算以獲得余弦值；正弦計算單元，所述正弦計算單元用于對所述轉子角度機械角進行正弦計算以獲得正弦值；第一乘法器，所述第一乘法器用于將所述d軸電流或q軸電流與所述余弦值進行相乘；第一低通濾波器，所述第一低通濾波器用于對與所述余弦值相乘后的所述d軸電流進行低通濾波處理以獲得所述d軸電流的余弦分量，并對與所述余弦值相乘后的所述q軸電流進行低通濾波處理以獲得所述q軸電流的余弦分量；第二乘法器，所述第二乘法器用于將所述d軸電流或q軸電流與所述正弦值進行相乘；第二低通濾波器，所述第二低通濾波器用于對與所述正弦值相乘后的所述d軸電流進行低通濾波處理以獲得所述d軸電流的正弦分量，并對與所述正弦值相乘后的所述q軸電流進行低通濾波處理以獲得所述q軸電流的正弦分量。
[0017]根據本發(fā)明的一個實施例，所述d/q軸電壓補償子模塊具體包括:第一 PI控制器，所述第一 PI控制器用于分別對所述d軸電流的余弦分量和所述q軸電流的余弦分量進行PI控制；第三乘法器，所述第三乘法器用于將進行PI控制后的d軸電流的余弦分量與所述余弦值相乘以輸出第一值，并將進行PI控制后的q軸電流的余弦分量與所述余弦值相乘以輸出第二值；第二 PI控制器，所述第二 PI控制器用于分別對所述d軸電流的正弦分量和所述q軸電流的正弦分量進行PI控制；第四乘法器，所述第四乘法器用于將進行PI控制后的d軸電流的正弦分量與所述正弦值相乘以輸出第三值，并將進行PI控制后的q軸電流的正弦分量與所述正弦值相乘以輸出第四值；疊加單元，所述疊加單元用于對所述第一值和所述第三值進行疊加以輸出所述d軸補償電壓，并對所述第二值和所述第四值進行疊加以輸出所述q軸補償電壓。
[0018]根據本發(fā)明的一個實施例，所述角度轉換單元通過以下公式獲得所述轉子角度機械角:
【權利要求】
1.一種壓縮機的控制裝置，其特征在于，包括: 電流電壓采集模塊，所述電流電壓采集模塊用于采集所述壓縮機的三相電流和直流母線電壓； 轉子位置檢測模塊，所述轉子位置檢測模塊用于根據所述壓縮機的d軸電流、q軸電流以及所述壓縮機的d軸電壓指令、q軸電壓指令獲取所述壓縮機的轉子位置估計值和轉速估計值； 電流變換模塊，所述電流變換模塊用于根據所述轉子位置估計值對所述三相電流進行變換以生成所述d軸電流和q軸電流； 轉速控制模塊，所述轉速控制模塊用于根據所述壓縮機的給定轉速指令和所述轉速估計值生成d軸電流指令和q軸電流指令； 電流控制模塊，所述電流控制模塊用于根據所述d軸電流和所述d軸電流指令生成d軸電壓初始指令，并根據所述q軸電流和所述q軸電流指令生成q軸電壓初始指令； 電壓補償模塊，所述電壓補償模塊根據所述轉子位置估計值、所述d軸電流和q軸電流生成d軸補償電壓和q軸補償電壓；以及 矢量控制模塊，所述矢量控制模塊用于根據所述d軸電壓初始指令和所述d軸補償電壓生成所述d軸電壓指令，并根據所述q軸電壓初始指令和所述q軸補償電壓生成所述q軸電壓指令，以及根 據所述d軸電壓指令和q軸電壓指令對所述壓縮機進行矢量控制。
2.如權利要求1所述的壓縮機的控制裝置，其特征在于，所述電壓補償模塊進一步包括: d/q軸電流基波成分檢測子模塊，所述d/q軸電流基波成分檢測子模塊用于根據所述轉子位置估計值和所述d軸電流生成d軸電流的余弦分量和正弦分量，并根據所述轉子位置估計值和所述q軸電流生成q軸電流的余弦分量和正弦分量； d/q軸電壓補償子模塊，所述d/q軸電壓補償子模塊用于根據所述轉子位置估計值、所述d軸電流的余弦分量和正弦分量生成所述d軸補償電壓，并根據所述轉子位置估計值、所述q軸電流的余弦分量和正弦分量生成所述q軸補償電壓。
3.如權利要求2所述的壓縮機的控制裝置，其特征在于，所述d/q軸電流基波成分檢測子模塊具體包括: 角度轉換單元，所述角度轉換單元用于將所述轉子位置估計值對應的轉子角度電氣角轉換為轉子角度機械角； 余弦計算單元，所述余弦計算單元用于對所述轉子角度機械角進行余弦計算以獲得余弦值； 正弦計算單元，所述正弦計算單元用于對所述轉子角度機械角進行正弦計算以獲得正弦值； 第一乘法器，所述第一乘法器用于將所述d軸電流或q軸電流與所述余弦值進行相乘； 第一低通濾波器，所述第一低通濾波器用于對與所述余弦值相乘后的所述d軸電流進行低通濾波處理以獲得所述d軸電流的余弦分量，并對與所述余弦值相乘后的所述q軸電流進行低通濾波處理以獲得所述q軸電流的余弦分量； 第二乘法器，所述第二乘法器用于將所述d軸電流或q軸電流與所述正弦值進行相乘； 第二 低通濾波器，所述第二低通濾波器用于對與所述正弦值相乘后的所述d軸電流進行低通濾波處理以獲得所述d軸電流的正弦分量，并對與所述正弦值相乘后的所述q軸電流進行低通濾波處理以獲得所述q軸電流的正弦分量。
4.如權利要求3所述的壓縮機的控制裝置，其特征在于，所述d/q軸電壓補償子模塊具體包括: 第一 PI控制器，所述第一 PI控制器用于分別對所述d軸電流的余弦分量和所述q軸電流的余弦分量進行PI控制； 第三乘法器，所述第三乘法器用于將進行PI控制后的d軸電流的余弦分量與所述余弦值相乘以輸出第一值，并將進行PI控制后的q軸電流的余弦分量與所述余弦值相乘以輸出第二值； 第二 PI控制器，所述第二 PI控制器用于分別對所述d軸電流的正弦分量和所述q軸電流的正弦分量進行PI控制； 第四乘法器，所述第四乘法器用于將進行PI控制后的d軸電流的正弦分量與所述正弦值相乘以輸出第三值，并將進行PI控制后的q軸電流的正弦分量與所述正弦值相乘以輸出第四值； 疊加單元,所述疊加單元用于對所述第一值和所述第三值進行疊加以輸出所述d軸補償電壓，并對所述第二值和所述第四值進行疊加以輸出所述q軸補償電壓。
5.如權利要求3所述的壓縮機的控制裝置，其特征在于，所述角度轉換單元通過以下公式獲得所述轉子角度機械角:
6.如權利要求1-5中任一項所述的壓縮機的控制裝置，其特征在于，所述矢量控制模塊進一步包括: 電壓指令生成子模塊，所述電壓指令生成子模塊用于根據所述d軸電壓初始指令和所述d軸補償電壓生成所述d軸電壓指令，并根據所述q軸電壓初始指令和所述q軸補償電壓生成所述q軸電壓指令； 電壓變換子模塊，所述電壓變換子模塊用于根據所述轉子位置估計值對所述d軸電壓指令和q軸電壓指令進行變換以生成三相電壓指令； PWM控制信號生成子模塊，所述PWM控制信號生成子模塊根據所述三相電壓指令和所述直流母線電壓生成PWM控制信號以對所述壓縮機進行矢量控制。
7.—種壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:壓縮機；以及如權利要求1-6中任一項所述的壓縮機的控制裝置。
8.如權利要求7所述的壓縮機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機為單轉子壓縮機。
【文檔編號】H02P21/14GK103953546SQ201410150843
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權日:2014年4月15日
【發(fā)明者】張國柱 申請人:廣東美的制冷設備有限公司