專利名稱：直流變頻空調壓縮機的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流變頻空調，特別是一種直流變頻空調壓縮機的控制方法。
背景技術：
永磁同步電機由于具備體積小、效率高、調速范圍寬和運行可靠等優(yōu)點，被廣泛應 用于需求高性能的電驅動控制系統(tǒng)的領域。直流變頻空調目前在空調產品中已占據主導地位，其核心部件壓縮機中的電機就是永磁同步電機，我們常說的壓縮機控制實際就是對壓縮機里面的電機進行控制。為了實現(xiàn)永磁同步電機系統(tǒng)的高性能控制，獲知永磁同步電機中的轉子的位置信號是必不可少的。轉子的位置信號信號通常采用光電編碼器或旋轉變壓器來檢測，由于光電編碼器和旋轉變壓器為機械式傳感器，而機械式傳感器存在機械安裝、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的使用范圍。為了解決機械式傳感器帶來的各種缺陷，無位置傳感器的電機控制技術得到了廣泛的研究和應用。目前，無位置傳感器的電機轉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、模型參考自適應估算法、擴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，但用于轉子位置估算所需的基波參數(shù)與電機轉速成正比，限制了其在零速和低速范圍內的應用，只適用于電機在中、高速范圍內的無位置傳感器運行。為了實現(xiàn)整個速度范圍內都能精確估算轉子的位置信號，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轉子的空間凸極效應估算出轉子的位置信號，高頻信號成份法主要應用在具有空間凸極性的永磁同步電機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子的空間凸極性，因此，高頻信號成份法對電機參數(shù)的依賴性小，可以實現(xiàn)電機在低速甚至零速狀態(tài)下的無位置傳感器運行。高頻信號成份法的工作原理是利用電機轉子的空間凸極效應估算轉子的位置信號，但是，由于電機存在著磁飽和特性，即電機隨著電流增大其空間凸極性會變弱，此時，高頻信號成份法控制電機效果會變差甚至失效?；谶@個原因，在電機控制中使用的高頻信號成份法大都處于實驗室理論研究階段，基本沒有應用到任何實際產品中。

發(fā)明內容
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壓縮機的控制方法，以克服現(xiàn)有技術中的不足之處。
按此目的設計的一種直流變頻空調壓縮機的控制方法，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啟動和升速過程中，壓縮機啟動時采用位置估算法A，啟動后壓縮機開始升速，當壓縮機的轉速< Vl時仍然采用位置估算法A，當壓縮機的轉速> Vl時則采用位置估算法B ；當壓縮機在中速或高速運行一段時間后，系統(tǒng)制冷或制熱需求開始減少，此時壓縮機開始降速，在降速過程中，當壓縮機的轉速時，采用位置估算法B，當壓縮機的轉速<￥2，則采用位置估算法A;其中，360rpm^ Vl ^ 1200rpm ； 180rpm ^ V2 ^ 600rpm, rpm 為轉 / 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，永磁同步電機的控制策略主要有矢量控制和直接轉矩控制兩種，其中，矢量控制相比直接轉矩控制具備轉矩脈動小、調速范圍寬、啟動和低速性能好等優(yōu)點，被廣泛應用到直流變頻空調壓縮機的控制中。矢量控制的基本思想源于對直流電機的模擬，通過電機磁場定向將定子電流分為勵磁分量和轉矩分量，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子的位置估算，轉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。基波激磁估算法包括反電勢估算法、磁鏈估算法、模型參考自適應估算法、擴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)明給直流變頻空調產品帶來兩大好處第一個好處是使直流變頻空調的壓縮機實現(xiàn)真正的軟啟動，壓縮機可以從零速逐漸啟動起來，從而使得壓縮機的啟動噪聲非常小，并且可以防止壓縮機受到沖擊，起到保護壓縮機的目的；第二個好處是讓直流變頻空調壓縮機在低速范圍內穩(wěn)定運行，最低轉速可以無窮接近為零速，這一特點可以提高直流變頻空調產品的溫度控制精度和擴大低速運行在整個速度運行范圍中的比重，從而提高變頻空調產品的舒適性和節(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。


圖I為本發(fā)明中的矢量控制框圖。圖2為本發(fā)明中的壓縮機啟動升速過程控制流程圖。圖3為本發(fā)明中的壓縮機降速過程控制流程圖。
具體實施方式
、
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。參見圖1，永磁同步電機在三相靜止坐標系上的數(shù)學模型是一個多變量、非線性、強耦合的復雜系統(tǒng)，要分析求解該坐標系下的方程往往非常困難。矢量變換控制技術利用從靜止坐標系到旋轉坐標系之間的變換，實現(xiàn)了定子電流中的勵磁分量和轉矩分量的解耦，從而使永磁同步電機能像直流電機那樣分別對磁通和轉矩進行獨立控制。其中，靜止坐標系為互成90度直角的α、β坐標系，旋轉坐標系為互成90度直角的d、q坐標系。一、矢量控制涉及到的變換方法有三相靜止坐標系變換到二相靜止坐標 系的CLARKE變換，即圖I中的iu、iv、iw變換到i a、i β ；二相靜止坐標系變換到三相靜止坐標系的CLARKE逆變換，即圖I中的V a、V β變換到 Vu、Vv> Vw ；二相靜止坐標系變換到二相旋轉坐標系PARK變換，即圖I中的i a、i β變換到id、iq ；二相旋轉坐標系變換到二相靜止坐標系PARK逆變換，即圖I中的Vd、Vq變換到Va、νβ。二、永磁同步電機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、永磁同步電機的矢量控制除了上面提到內容之外，還有一個很重要的內容就是壓縮機的電機轉子的位置估算，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)新設計。參見圖2-圖3，本直流變頻空調壓縮機的控制方法，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直流變頻空調接收到用戶開機命令后，開始啟動壓縮機，此時采用位置估算法A獲取壓縮機的電機轉子位置。啟動后壓縮機開始升速，升速過程中實時判斷壓縮機的轉速，當壓縮機的轉速< Vl時仍然采用位置估算法A獲取壓縮機的電機轉子位置，當壓縮機的轉速> Vl時則采用位置估算法B獲取壓縮機的電機轉子位置，見圖2.當直流變頻空調壓縮機在中速或高速運行一段時間后，系統(tǒng)的制冷或制熱需求開始減少，此時壓縮機需要降速。在降速過程中，實時檢測判斷壓縮機轉速，當壓縮機的轉速^ V2時，采用位置估算法B獲取壓縮機的電機轉子位置，當壓縮機的轉速< V2時，則采用位置估算A獲取壓縮機的電機轉子位置，見圖3。根據常見的直流變頻空調系統(tǒng)，將壓縮機的運行速度范圍
定義為低速，運行速度范圍(1200rpm，3600rpm]定義為中速，運行速度范圍(3600rpm，9000rpm]定義
為高速。其中，根據直流變頻空調的產品特性，360rpm ^ Vl ^ 1200rpm ；180rpm ^ V2 ^ 600rpm, rpm 為轉 / 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。在本實施例中，位置估算法A為高頻信號成份法中的旋轉高頻信號注入法，位置估算法B為基波激磁估算法中的反電勢估算法，本直流變頻空調壓縮機的控制方法已經在 直流變頻空調產品中成功實施。
權利要求
1.一種直流變頻空調壓縮機的控制方法，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 在壓縮機啟動和升速過程中，壓縮機啟動時采用位置估算法A，啟動后壓縮機開始升速，當壓縮機的轉速< Vl時仍然采用位置估算法A，當壓縮機的轉速> Vl時則采用位置估算法B ； 當壓縮機在中速或高速運行一段時間后，系統(tǒng)制冷或制熱需求開始減少，此時壓縮機開始降速，在降速過程中，當壓縮機的轉速時，采用位置估算法B，當壓縮機的轉速<V2，則采用位置估算法A;其中，360rpm ^ Vl ^ 1200rpm ； 180rpm ^ V2 ^ 600rpm, rpm 為轉 / 分鐘。
2.根據權利要求I所述的直流變頻空調壓縮機的控制方法，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.根據權利要求2所述的直流變頻空調壓縮機的控制方法，其特征是所述位置估算法A為高頻信號成份法中的旋轉高頻信號注入法。
4.根據權利要求2所述的直流變頻空調壓縮機的控制方法，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
一種直流變頻空調壓縮機的控制方法，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啟動和升速過程中，壓縮機啟動時采用位置估算法A，啟動后壓縮機開始升速，當壓縮機的轉速≤V1時仍然采用位置估算法A，當壓縮機的轉速＞V1時則采用位置估算法B；當壓縮機在中速或高速運行一段時間后，系統(tǒng)制冷或制熱需求開始減少，此時壓縮機開始降速，在降速過程中，當壓縮機的轉速≥V2時，采用位置估算法B，當壓縮機的轉速＜V2，則采用位置估算法A；其中，360rpm≤V1≤1200rpm；180rpm≤V2≤600rpm，rpm為轉/分鐘。本發(fā)明具有操作靈活和舒適性好的特點。
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)先權日2012年4月1日
發(fā)明者付新, 朱良紅, 李強, 羅宇華 申請人:廣東美的制冷設備有限公司