專利名稱：一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)變頻控制技術(shù)領(lǐng)域、更具體地說涉及一拖二空調(diào)壓縮機(jī)的正弦直流變頻驅(qū)動控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的到來，各國政府都在為經(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，傳統(tǒng)空調(diào)器由于其運(yùn)行效率低下正在逐漸退出市場。直流變頻的節(jié)能效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的定頻空調(diào)和交流變頻空調(diào)。眾所周知，定頻空調(diào)耗電很大，而交流變頻的變頻范圍窄，壓縮機(jī)效率低，而直流變頻是從根本上改變壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)空調(diào)無級調(diào)速，節(jié)電效果提高40％。直流變頻空調(diào)器因?yàn)榱己玫墓?jié)能性、精確控溫、超低溫啟動、快速制熱等特點(diǎn)而越來越受到廣大用戶的喜愛。直流變頻迅速成為當(dāng)前中國消費(fèi)者選擇空調(diào)的首要因素。
一拖二空調(diào)具有節(jié)約空間，降低成本等優(yōu)勢，在市場上一直受到用戶關(guān)注。不過原來的氣拖二空調(diào)大都是定頻一拖二、交流變頻一拖二或者120度直流變頻一拖二空調(diào)，他門均有各自的缺點(diǎn)。比如定頻一拖二的頻率不能變化，這樣，無論開一個內(nèi)機(jī)或兩個內(nèi)機(jī)壓縮機(jī)的頻率都一樣，所消耗的電力也差不多，甚至有可能開一個內(nèi)機(jī)比兩個內(nèi)機(jī)更耗電(由于系統(tǒng)壓力原因)，這就失去了節(jié)能的效果；交流變頻一拖二可以根據(jù)內(nèi)機(jī)的需要而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，克服了定頻一拖二的缺點(diǎn)，不過由于交流變頻的壓縮機(jī)的本質(zhì)是交流異步電動機(jī)，就決定了它在節(jié)能方面不會有大的突破？直流變頻技術(shù)的出現(xiàn)使得更加節(jié)能的空調(diào)技術(shù)成為可能，由于直流變頻壓縮機(jī)的電機(jī)是直流無刷電動機(jī)，在效率方面大大優(yōu)于交流異步電動機(jī)，而空調(diào)的能耗主要是在壓縮機(jī)上，所以直流變頻空調(diào)要在效率上大大優(yōu)于交流變頻空調(diào)和定頻空調(diào)，所以直流變頻一拖二空調(diào)要大大優(yōu)于定頻一拖二空調(diào)和交流變頻一拖二空調(diào)。
在直流變頻空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，按壓縮機(jī)控制方案來分有兩種，一種是用120度控制的方案，又叫梯形波控制方案。該方案在檢測轉(zhuǎn)子位置時采用過零檢測法，即檢測不導(dǎo)通相反電勢的過零點(diǎn)來判斷轉(zhuǎn)子的位置，根據(jù)過零點(diǎn)信息及換相邏輯來選擇最佳的換流順序。目前的直流變頻空調(diào)大都采用這個方法來檢測壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。但由于過零檢測法只能檢測一些特定的點(diǎn)，而且隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速在大范圍內(nèi)變化，反電勢的變頻率也會變化，檢測電路中的濾波器件會帶來一定的相移，這會大大影響檢測過零點(diǎn)的準(zhǔn)確性；同時由于功率器件上續(xù)流二極管的反向電流作用，在大電流情況下也會對過零點(diǎn)的檢測帶來一定的影響，而且這種檢測方式需要被檢測相不導(dǎo)通，只能用于120度變頻模式，而無法用于180度正弦波變頻模式，這就大大降低了壓縮機(jī)的利用效率，而且120度控制模式的低頻特性不好，振動大，這就使得這種控制模式不能很好的發(fā)揮直流變頻壓縮機(jī)的特性，也使得一拖二的空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)不能很好的發(fā)揮。
另一種控制方式是180度控制方案。180度控制方案又叫正弦直流變頻控制方案。該方案采用母線電流預(yù)測算法來估算無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子的瞬時位置與速度信息，為無刷直流電動機(jī)無傳感器控制提供了一種較好的解決方法；而且正弦控制方案在檢測轉(zhuǎn)子位置時不需要不導(dǎo)通相，變頻驅(qū)動模式用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，大大改善了系統(tǒng)的高頻特性和低頻特性，因此，把180度直流變頻技術(shù)應(yīng)用在一拖二空調(diào)上是目前空調(diào)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過實(shí)現(xiàn)對一拖二空調(diào)直流壓縮機(jī)的180度正弦控制，在整個變頻控制要求的前提下，確定了變頻驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)了變頻空調(diào)系統(tǒng)的匹配，提高一拖二空調(diào)的效率，改善了系統(tǒng)的高頻特性和低頻特性。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出一種一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制裝置以及控制方法，其中，一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制裝置包括一電流采樣部分，包括檢測電阻，其串聯(lián)在壓縮機(jī)直流電源的母線回路中，對母線電流進(jìn)行采樣并輸出母線電流信息；一控制部分，由變頻模塊和智能控制模塊組成，其根據(jù)電流采樣部采集的母線電流信息，計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制，以及計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，向逆變部分輸出控制信號。
所述智能控制模塊組成包括電流演算器，輸入為檢測電阻采集的母線電流，輸出為驅(qū)動壓縮機(jī)的三相電流；矢量控制分析和變頻控制部，輸入為電流演算器計(jì)算的三相電流，輸出為逆變部分控制信號；3/2轉(zhuǎn)換模塊，輸入為電流演算器計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，輸出為d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流；PI控制模塊1，輸入為目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，輸出為目標(biāo)力矩；dq電流指令演算器，輸入為目標(biāo)力矩，輸出為d軸目標(biāo)電流和q軸目標(biāo)電流；PI控制模塊2，輸入為d軸實(shí)際電流和d軸目標(biāo)電流，輸出為d軸電壓；PI控制模塊3，輸入為q軸實(shí)際電流和q軸目標(biāo)電流，輸出為q軸電壓；2/3轉(zhuǎn)換模塊，輸入為d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓和目標(biāo)角度，輸出為三相電壓；位置、速度推定器，輸入為d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓、d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，輸出為目標(biāo)角度和實(shí)際角速度；非干涉化演算器，輸入為d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，輸出為d軸調(diào)整電壓和q軸調(diào)整電壓。
所述智能控制模塊包括位置、力矩計(jì)算和變頻控制部，根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流和壓縮機(jī)的參數(shù)，計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，并對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制。
3/2轉(zhuǎn)換模塊，輸入為電流檢測部計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，輸出為γδ坐標(biāo)系電流；速度計(jì)算模塊，輸入為目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，輸出為目標(biāo)力矩；力矩計(jì)算調(diào)整模塊，輸入為目標(biāo)力矩和實(shí)際角速度，輸出為dq坐標(biāo)系電流；電流計(jì)算模塊，輸入為dq坐標(biāo)系電流、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，輸出為dq坐標(biāo)系電壓；2/3轉(zhuǎn)換模塊，輸入為dq坐標(biāo)系電壓和目標(biāo)角度，輸出為三相電壓；無傳感器速度誤差計(jì)算模塊，輸入為dq坐標(biāo)系電壓、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，輸出為磁通量誤差；角度誤差計(jì)算模塊，輸入為磁通量誤差、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，輸出為角度誤差；速度位置計(jì)算模塊，輸入為角度誤差，輸出為目標(biāo)角度和實(shí)際角速度。
本發(fā)明的一拖二空調(diào)直流變頻控制方法，包括步驟(1)電流采樣，對所述壓縮機(jī)直流電源的母線電流進(jìn)行采樣；(2)智能控制，根據(jù)檢測電阻采集的母線電流，計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，并對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，以及計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制。
所述計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，并對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括電流計(jì)算步驟，根據(jù)檢測電阻采集的母線電流計(jì)算驅(qū)動所述壓縮機(jī)的三相電流；矢量控制分析和變頻控制步驟，根據(jù)電流演算器計(jì)算的三相電流，計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，并對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)；根據(jù)電流演算器計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，利用3/2轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流；根據(jù)目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，利用PI控制模塊1計(jì)算目標(biāo)力矩；根據(jù)目標(biāo)力矩，利用dq電流指令演算器計(jì)算d軸目標(biāo)電流和q軸目標(biāo)電流；根據(jù)d軸實(shí)際電流和d軸目標(biāo)電流，利用PI控制模塊2計(jì)算d軸電壓；根據(jù)q軸實(shí)際電流和q軸目標(biāo)電流，利用PI控制模塊3計(jì)算q軸電壓；根據(jù)d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓和目標(biāo)角度，利用2/3轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算三相電壓；根據(jù)d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓、d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，利用位置、速度推定器計(jì)算目標(biāo)角度和實(shí)際角速度；根據(jù)d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，利用非干涉化演算器計(jì)算d軸調(diào)整電壓和q軸調(diào)整電壓。
所述步驟采用180度正弦波直流變頻方式。
計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制包括
電流計(jì)算步驟，根據(jù)電流采樣部采集的母線電流計(jì)算驅(qū)動所述壓縮機(jī)的三相電流；位置、力矩計(jì)算和變頻控制步驟，根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流和壓縮機(jī)的參數(shù)，計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，并對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制。
8、如權(quán)利要求7所述的一拖二空調(diào)直流變頻控制方法，其特征在于所述位置、力矩計(jì)算和變頻控制步驟進(jìn)一步包括根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，利用3/2轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算γδ坐標(biāo)系電流；根據(jù)目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，利用速度計(jì)算模塊計(jì)算目標(biāo)力矩；根據(jù)目標(biāo)力矩和實(shí)際角速度，利用力矩計(jì)算調(diào)整模塊計(jì)算dq坐標(biāo)系電流；根據(jù)dq坐標(biāo)系電流、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，利用電流計(jì)算模塊計(jì)算dq坐標(biāo)系電壓；根據(jù)dq坐標(biāo)系電壓和目標(biāo)角度，利用2/3轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算三相電壓；根據(jù)dq坐標(biāo)系電壓、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，利用無傳感器速度誤差計(jì)算模塊計(jì)算磁通量誤差；根據(jù)磁通量誤差、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，利用角度誤差計(jì)算模塊計(jì)算角度誤差；根據(jù)角度誤差，利用速度位置計(jì)算模塊計(jì)算目標(biāo)角度和實(shí)際角速度。
所述步驟采用180度正弦波直流變頻方式，檢測轉(zhuǎn)子位置時不需要不導(dǎo)通相。
本發(fā)明的技術(shù)方案克服了以往一拖二空調(diào)的很多缺點(diǎn)，使得一拖二空調(diào)的特性有了大幅的提高。根據(jù)整個系統(tǒng)要求，電腦檢測系統(tǒng)、系統(tǒng)控制、變頻控制整個控制器，并在此過程中用到了一些先進(jìn)的控制理論和方法，解決了一系列技術(shù)難題，采用高速32位單片機(jī)，，通過軟件實(shí)現(xiàn)對直流壓縮機(jī)的180度正弦控制，在整個變頻控制要求的前提下，確定了變頻驅(qū)動方式，建立了數(shù)學(xué)模型并實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)控制，確定系統(tǒng)組件間的通訊方式，實(shí)現(xiàn)一拖二系統(tǒng)的頻率控制、流量分配、保護(hù)功能等系統(tǒng)控制，完成控制器的硬件、軟件設(shè)計(jì)，并且實(shí)現(xiàn)了變頻空調(diào)系統(tǒng)的匹配。


圖1是本發(fā)明的壓縮機(jī)的驅(qū)動電路圖。
圖2是本發(fā)明矢量分析和變頻控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖2中矢量控制分析和變頻控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的位置和力矩計(jì)算和變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖5是圖4中位置和力矩計(jì)算和變頻控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案采用以下主要技術(shù)單電阻轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)一—通過直流母線電流及獨(dú)特的控制算法，通過建立精確的數(shù)學(xué)模型，推算出UVW三相的電流及電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確的位置控制。實(shí)現(xiàn)了對渦漩.雙轉(zhuǎn)子.單轉(zhuǎn)子壓機(jī)的控制，能廣泛用于直流變頻空調(diào)的控制。
180度正弦控制的軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)一—把電機(jī)的三相座標(biāo)通過旋轉(zhuǎn)空間矢量變換為dq軸坐標(biāo)進(jìn)行控制，采用高速32位單片機(jī)，通過軟件算法來實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)的180度正弦控制，使壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)，壓縮機(jī)的工作效率更高，節(jié)能效果更加明顯，而且使壓縮機(jī)工作更加可靠，延長壓縮機(jī)的使用壽命。
退磁電流的自動控制技術(shù)一—由直流變頻壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子是由永磁材料構(gòu)成的，一旦出現(xiàn)退磁，壓縮機(jī)的性能就會大大降低，甚至空調(diào)不能工作，所以如何防止退磁一直是直流變頻壓縮機(jī)控制的一個技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。直流變頻壓縮機(jī)返磁的機(jī)理是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子受到過大的逆磁場而引起轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生退磁。在以往的120度方波控制方案里由于不能獨(dú)立的控制逆磁場的大小，所以防止壓縮機(jī)退磁問題一直是一個棘手的問題。由于本方案是建立在空間矢量數(shù)學(xué)模型上的，所以可以很方便的區(qū)分出Id和Iq，其中Id是壓縮機(jī)的D軸電流，也是可能引起壓縮機(jī)退磁的電流Iq是壓縮機(jī)的Q軸電流，是壓縮機(jī)的驅(qū)動電流，不會引起壓縮機(jī)退磁。這樣就可以控制Id的大小，避免因?yàn)镮d太大而引起壓縮機(jī)返磁。
弱磁控制技術(shù)-—流變頻壓縮機(jī)從電機(jī)的角度來說就是永磁同步電動機(jī)，但是又不同于一般的永磁同步電動機(jī)，因?yàn)樗鼪]有位置檢測傳感器，也就是說直流變頻壓縮機(jī)是一種無傳感器的永磁同步電動機(jī)。直流變頻壓縮機(jī)的弱磁控制技術(shù)就是無傳感器永磁同步電動機(jī)的弱磁控制技術(shù)。永磁同步電動機(jī)的弱磁控制思想來源于他勵直流電動機(jī)的調(diào)速控制。根據(jù)電機(jī)學(xué)的知識，他勵直流電動機(jī)的電磁方程如下E＝Ce×φ×n；N=ECe×φ=U-Ia×RaCe×φ;]]>φ∝If式中，E為直流電動機(jī)反電動勢，Ce為直流電動機(jī)電勢系數(shù)，φ為直流電動機(jī)每相磁通，n為直流電動機(jī)定子的線圈扎數(shù)，U為直流電動機(jī)定子電壓，Ia為直流電動機(jī)電樞電流，Ra直流電動機(jī)電樞電阻，If為直流電動機(jī)勵磁電流。
從上式可以看出，當(dāng)他勵直流電動機(jī)的端電壓達(dá)到極限電壓值時，要使電動機(jī)能夠恒功率運(yùn)行到更高的速度，應(yīng)設(shè)法降低電動機(jī)的勵磁電流，以保證電壓的平衡，換句話說，他勵直流電動機(jī)可以通過降低勵磁電流而弱磁擴(kuò)速。
與電勵磁的同步電動機(jī)不同，永磁同步電動機(jī)的勵磁磁動勢因由永磁體產(chǎn)生而無法調(diào)節(jié)，只有通過調(diào)節(jié)定子電流，來維持高速運(yùn)行時的電壓平衡，達(dá)到弱磁擴(kuò)速的目的。永磁同步電動機(jī)的電壓方程如下u=ω(ρLdiq)2+(Ldid+Ψf)2]]>式中，u為電動機(jī)的端電壓，ω為電動機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度，ρ為電動機(jī)的突極率(常數(shù))，Ψf為電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈，Ld為電動機(jī)d軸電感(常數(shù))，id為電動機(jī)d軸電流，iq為電動機(jī)q軸電流。
由上式可以看出，當(dāng)永磁同步電動機(jī)的端電壓達(dá)到逆變器所能提供的最高電壓極限時，要想繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速只有調(diào)節(jié)D軸電流Id和Q軸電流Iq。這就是永磁同步電動機(jī)的弱磁控制方式。本發(fā)明方案就是在弱磁控制階段使D軸電流Id＞0，并起去磁作用，以削弱永磁場，且隨著速度的升高，起去磁作用的Id要不斷增加，使電磁平衡繼續(xù)維持，從而可以用較低的母線電壓來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的高頻驅(qū)動。通過運(yùn)用弱磁控制理論，在本控制方案里，當(dāng)母線電壓不足以驅(qū)動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定頻率時，就啟動弱磁控制功能，、當(dāng)?shù)慕o壓縮機(jī)提供一定的去磁電流以滿足壓縮機(jī)的設(shè)定頻率要求。不過D軸電流也不能無限制的增加，因?yàn)閴嚎s機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體，當(dāng)其受到較大的逆磁(去磁電流會產(chǎn)生相對永磁體磁場的逆磁場)時，會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，這就是壓縮機(jī)的退磁現(xiàn)象，壓縮機(jī)一旦退磁，其工作特性就會變壞，甚至不能正常工作。因此在本發(fā)明方案里，根據(jù)壓縮機(jī)的退磁特性對壓縮機(jī)的去磁電流Id的大小做了限制，保證壓縮機(jī)不因?yàn)槿醮趴刂贫霈F(xiàn)退磁現(xiàn)象。本方案是在對壓縮機(jī)控制實(shí)行矢量控制的基礎(chǔ)上才得以實(shí)施的，因?yàn)橹挥性谑噶靠刂频幕A(chǔ)上才能把壓縮機(jī)的電流分解成D軸電流Id和Q軸電流Iq，以往的壓縮機(jī)控制技術(shù)是120度控制技術(shù)，不是矢量控制技術(shù)，所以不能對壓縮機(jī)實(shí)施弱磁控制技術(shù)；而本發(fā)明方案里對壓縮機(jī)的控制是180度正弦直流變頻技術(shù)，是矢量控制技術(shù)。
在一拖二系統(tǒng)里，由于雙機(jī)運(yùn)行的時候系統(tǒng)負(fù)荷很大，壓縮機(jī)需要運(yùn)行到高頻。本方案可以利用弱磁控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的高頻運(yùn)行。而在120度控制方案里只有采用PFC升壓的方式來實(shí)現(xiàn)高頻運(yùn)行，這樣不但增加成本，而且會使空調(diào)系統(tǒng)的EMC(電磁兼容)特性變壞。和PFC方式相比，弱磁控制方式具有成本低，電磁兼容性能好的特點(diǎn)。
自動力矩控制技術(shù)-—在一拖二空調(diào)系統(tǒng)里，由于系統(tǒng)負(fù)荷變化大，所以需要壓縮機(jī)的可運(yùn)行頻率范圍盡量寬。本控制方案是一種瞬時的力矩控制，在壓機(jī)轉(zhuǎn)動一周的時間里對壓機(jī)的阻力矩進(jìn)行上千次的檢測，從而可以時時的根據(jù)壓機(jī)阻力矩的大小來相應(yīng)的調(diào)節(jié)動力矩的大小，從而大大減小了空調(diào)的振動，可以很平穩(wěn)的控制壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)從而使壓縮機(jī)可以在更低的頻率運(yùn)行，可以更好的發(fā)揮一拖二空調(diào)的系統(tǒng)優(yōu)勢。根據(jù)測試，本控制方案可以使壓縮機(jī)長期運(yùn)行在10赫茲而無明顯振動，這在120度控制方案里是不可能的，120度控制方案在有電流的120度的周期內(nèi)給壓縮機(jī)施加的是恒定的力矩，而不能根據(jù)壓機(jī)阻力矩的大小來相應(yīng)的調(diào)節(jié)動力矩的大小，從而使得壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中時刻處于力矩不平衡狀態(tài)，壓縮機(jī)振動比較大，特別是在低頻區(qū)段。所以120度控制方案一般把最低運(yùn)行頻率限制在20赫茲以上，不然振動很大，影響空調(diào)的使用壽命，不過這樣一來就會影響一拖二空調(diào)的系統(tǒng)優(yōu)勢，因?yàn)橐煌隙到y(tǒng)的優(yōu)勢在于根據(jù)內(nèi)機(jī)的不同負(fù)載運(yùn)行不同的頻率，要求有盡量大的頻率范圍，可見120度在這方面是有缺陷的，180度控制就很好的解決了這個問題。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明壓縮機(jī)的驅(qū)動電路如圖1所示。該系統(tǒng)包括整流部分、平波部分、控制部分、逆變部分、交流電源和壓縮機(jī)。其中整流部分由一個整流橋構(gòu)成，平波部分由一個電容構(gòu)成，控制部分包括一個檢測電阻和一個智能控制模塊，逆變部分由一個智能變頻模塊構(gòu)成。交流電源通過整流部分和平波部分轉(zhuǎn)換為直流電源；逆變部分將該直流電源變頻后，驅(qū)動壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；控制部分對逆變部分的智能變頻模塊進(jìn)行控制。
圖2是本發(fā)明矢量分析和變頻控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示。該系統(tǒng)包括一個檢測電阻，一個智能控制模塊，一個直流電源V，一個智能變頻模塊和一個壓縮機(jī)。直流電源V通過智能變頻模塊變頻后，驅(qū)動壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；檢測電阻對智能變頻模塊的母線電流進(jìn)行采樣，然后將采樣電流Idc送到智能控制模塊進(jìn)行檢測；智能控制模塊向智能變頻模塊發(fā)出控制信號，對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行控制。智能控制模塊還包括電流演算器與矢量控制分析和變頻控制部。電流演算器對采樣電流Idc進(jìn)行檢測，計(jì)算出三相電流Iu、Iv、Iw，并將三相電流送到矢量控制分析和變頻控制部。智能變頻模塊還包括一個過流保護(hù)裝置和6個IGBT晶體管UP、VP、WP、UN、VN和WN。
圖3是圖2中矢量控制分析和變頻控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，該模塊又包括電流演算器與矢量控制分析和變頻控制部。
電流演算器根據(jù)母線電流Idc計(jì)算驅(qū)動壓縮機(jī)的三相電流Iu、Iv、Iw。電流演算器運(yùn)行的一種時序如圖6所示。上部為與U、V、W三相相關(guān)的IGBT的開關(guān)狀態(tài)，中部為母線電流Idc，下部為驅(qū)動壓縮機(jī)的三相電流Iu、Iv、Iw，該時序中還包括A和B兩個區(qū)間。各個IGBT的狀態(tài)分別對應(yīng)于0，Iu，Iv，Iw，-Iu，-Iv，-Iw的值。根據(jù)圖4可以得出在A區(qū)間，UP、VP、WN導(dǎo)通，UN、VN、WP截止，所以A區(qū)間的母線電流Idc1＝-Iw；在B區(qū)間，UP、VN、WN導(dǎo)通，VP、WP、UN截止，所以B區(qū)間的母線電流Idc2＝Iu；又由于Iu、Iv、Iw的矢量和為零，即Iu+Iv+Iw＝0，所以Iu、Iv、Iw的值可以由下面的關(guān)系式求出Iu＝Idc2，Iv＝Idc1-Idc2，Iw＝-Idc1。
矢量控制分析和變頻控制部進(jìn)一步包括3/2轉(zhuǎn)換模塊，該模塊根據(jù)電流演算器計(jì)算的三相電流Iu、Iv、Iw和目標(biāo)角度θ，計(jì)算d軸實(shí)際電流Id1和q軸實(shí)際電流Iq1。
PI控制模塊1，該模塊根據(jù)目標(biāo)角速度ω2和實(shí)際角速度ω1，計(jì)算目標(biāo)力矩T。
dq電流指令演算器，該模塊根據(jù)目標(biāo)力矩T，計(jì)算d軸目標(biāo)電流Id2和q軸目標(biāo)電流Iq2。
PI控制模塊2，該模塊根據(jù)d軸實(shí)際電流Id1和d軸目標(biāo)電流Id2，計(jì)算d軸電壓Vd1。
PI控制模塊3，該模塊根據(jù)q軸實(shí)際電流Iq1和q軸目標(biāo)電流Iq2，計(jì)算q軸電壓Vq1。
2/3轉(zhuǎn)換模塊，該模塊根據(jù)d軸目標(biāo)電壓Vd、q軸目標(biāo)電壓Vq和目標(biāo)角度θ，計(jì)算三相電壓Vu、Vv、Vw。
位置、速度推定器，該模塊根據(jù)d軸目標(biāo)電壓Vd、q軸目標(biāo)電壓Vq、d軸實(shí)際電流Id1和q軸實(shí)際電流Iq1，計(jì)算目標(biāo)角度θ和實(shí)際角速度ω1。
非干涉化演算器，該模塊根據(jù)d軸實(shí)際電流Id1和q軸實(shí)際電流Iq1，計(jì)算d軸調(diào)整電壓Vd2和q軸調(diào)整電壓Vq2。
圖4是本發(fā)明的位置和力矩計(jì)算和變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)包括一個電流采樣部，一個控制部，一個直流電源V，一個智能變頻模塊和一個壓縮機(jī)。直流電源V通過智能變頻模塊變頻后，驅(qū)動壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；電流采樣部對智能變頻模塊的母線電流進(jìn)行采樣，然后將采樣電流Idc送到控制部進(jìn)行檢測；控制部向智能變頻模塊發(fā)出控制信號，對壓縮機(jī)的驅(qū)動電壓進(jìn)行控制。控制部還包括電流檢測部與位置、力矩計(jì)算和變頻控制部。電流檢測部對采樣電流Idc進(jìn)行檢測，計(jì)算出三相電流Iu、Iv、Iw，并將三相電流送到位置、力矩計(jì)算和變頻控制部。智能變頻模塊還包括一個過流保護(hù)裝置和6個IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)UP、VP、WP、UN、VN和WN。
電流采樣部由與智能變頻模塊母線串連的采樣電阻構(gòu)成，該電阻對母線電流Idc進(jìn)行實(shí)時采樣，并將Idc信息傳送至電流檢測部。
圖5是圖4中位置和力矩計(jì)算和變頻控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。該部又包括電流檢測部與位置、力矩計(jì)算和變頻控制部。
電流檢測部根據(jù)母線電流Idc計(jì)算驅(qū)動壓縮機(jī)的三相電流Iu、Iv、Iw。電流檢測部的一種時序如圖5所示。上部為與U、V、W三相相關(guān)的IGBT的開關(guān)狀態(tài)，中部為母線電流Idc，下部為驅(qū)動壓縮機(jī)的三相電流Iu、Iv、Iw，該時序中還包括A和B兩個區(qū)間。各個IGBT的狀態(tài)分別對應(yīng)于0，Iu，Iv，Iw，-Iu，-Iv，-Iw的值。根據(jù)圖3可以得出在A區(qū)間，UP、VP、WN導(dǎo)通，UN、VN、WP截止，所以A區(qū)間的母線電流Idc1＝-Iw；在B區(qū)間，UP、VN、WN導(dǎo)通，VP、WP、UN截止，所以B區(qū)間的母線電流Idc2＝Iu；又由于Iu、Iv、Iw的矢量和為零，即Iu+Iv+Iw＝0，所以I u、Iv、Iw的值可以由下面的關(guān)系式求出Iu＝Idc2，Iv＝Idc1-Idc2，Iw＝-Idc1。
位置、力矩計(jì)算和變頻控制部進(jìn)一步包括3/2轉(zhuǎn)換模塊，該模塊根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流Iu、Iv、Iw和目標(biāo)角度θ2，計(jì)算γδ坐標(biāo)系電流Iγδ；速度計(jì)算模塊，該模塊根據(jù)目標(biāo)角速度ω1和實(shí)際角速度ω2，計(jì)算目標(biāo)力矩T；力矩計(jì)算調(diào)整模塊，該模塊根據(jù)目標(biāo)力矩T和實(shí)際角速度ω2，計(jì)算dq坐標(biāo)系電流Idq；電流計(jì)算模塊，該模塊根據(jù)dq坐標(biāo)系電流Idq、γδ坐標(biāo)系電流Iγδ和實(shí)際角速度ω2，計(jì)算dq坐標(biāo)系電壓Vdq；2/3轉(zhuǎn)換模塊，該模塊根據(jù)dq坐標(biāo)系電壓Vdq和目標(biāo)角度θ2，計(jì)算三相電壓Vu、Vv、Vw；無傳感器速度誤差計(jì)算模塊，該模塊根據(jù)dq坐標(biāo)系電壓Vdq、γδ坐標(biāo)系電流Iγδ和實(shí)際角速度ω2，計(jì)算磁通量誤差Δλ；角度誤差計(jì)算模塊，該模塊根據(jù)磁通量誤差Δλ、γδ坐標(biāo)系電流Iγδ和實(shí)際角速度ω2，計(jì)算角度誤差θ1；速度位置計(jì)算模塊，該模塊根據(jù)角度誤差θ1，計(jì)算目標(biāo)角度θ2和實(shí)際角速度ω2。
在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)，電流波形呈正弦特征，因此壓縮機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也呈正弦特征。本發(fā)明實(shí)時檢測壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的不同階段實(shí)時地調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩，使壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能時刻保持力矩平衡，降低直流變頻空調(diào)系統(tǒng)的低頻振動，增大直流變頻空調(diào)系統(tǒng)的變頻范圍，提高直流變頻空調(diào)的性能。經(jīng)過測試，單轉(zhuǎn)子直流變頻壓縮機(jī)可以長期在10赫茲的低頻階段運(yùn)行而無較大振動。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制設(shè)備，其特征在于，包括一電流采樣部分，包括檢測電阻，其串聯(lián)在壓縮機(jī)直流電源的母線回路中，對母線電流進(jìn)行采樣并輸出母線電流信息；一控制部分，由變頻模塊和智能控制模塊組成，其根據(jù)電流采樣部采集的母線電流信息，計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制，以及計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，向逆變部分輸出控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制設(shè)備，其特征在于，所述智能控制模塊組成包括電流演算器，輸入為檢測電阻采集的母線電流，輸出為驅(qū)動壓縮機(jī)的三相電流；矢量控制分析和變頻控制部，輸入為電流演算器計(jì)算的三相電流，輸出為逆變部分控制信號；3/2轉(zhuǎn)換模塊，輸入為電流演算器計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，輸出為d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流；PI控制模塊1，輸入為目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，輸出為目標(biāo)力矩；dq電流指令演算器，輸入為目標(biāo)力矩，輸出為d軸目標(biāo)電流和q軸目標(biāo)電流；PI控制模塊2，輸入為d軸實(shí)際電流和d軸目標(biāo)電流，輸出為d軸電壓；PI控制模塊3，輸入為q軸實(shí)際電流和q軸目標(biāo)電流，輸出為q軸電壓；2/3轉(zhuǎn)換模塊，輸入為d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓和目標(biāo)角度，輸出為三相電壓；位置、速度推定器，輸入為d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓、d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，輸出為目標(biāo)角度和實(shí)際角速度；非干涉化演算器，輸入為d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，輸出為d軸調(diào)整電壓和q軸調(diào)整電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的一拖二空調(diào)直流變頻控制裝置，其特征在于，所述智能控制模塊包括位置、力矩計(jì)算和變頻控制部，根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流和壓縮機(jī)的參數(shù)，計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，并對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制；3/2轉(zhuǎn)換模塊，輸入為電流檢測部計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，輸出為γδ坐標(biāo)系電流；速度計(jì)算模塊，輸入為目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，輸出為目標(biāo)力矩；力矩計(jì)算調(diào)整模塊，輸入為目標(biāo)力矩和實(shí)際角速度，輸出為dq坐標(biāo)系電流；電流計(jì)算模塊，輸入為dq坐標(biāo)系電流、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，輸出為dq坐標(biāo)系電壓；2/3轉(zhuǎn)換模塊，輸入為dq坐標(biāo)系電壓和目標(biāo)角度，輸出為三相電壓；無傳感器速度誤差計(jì)算模塊，輸入為dq坐標(biāo)系電壓、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，輸出為磁通量誤差；角度誤差計(jì)算模塊，輸入為磁通量誤差、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，輸出為角度誤差；速度位置計(jì)算模塊，輸入為角度誤差，輸出為目標(biāo)角度和實(shí)際角速度。
4.一種一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法，其特征在于包括步驟(1)電流采樣，對所述壓縮機(jī)直流電源的母線電流進(jìn)行采樣；(2)智能控制，根據(jù)檢測電阻采集的母線電流，計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，并對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，以及計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制。
5.如權(quán)利要求4所述的一拖二空調(diào)直流變頻控制方法，其特征在于，所述計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，并對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)進(jìn)一步包括電流計(jì)算步驟，根據(jù)檢測電阻采集的母線電流計(jì)算驅(qū)動所述壓縮機(jī)的三相電流；矢量控制分析和變頻控制步驟，根據(jù)電流演算器計(jì)算的三相電流，計(jì)算壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流，并對壓縮機(jī)的d軸電流和q軸電流進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)；根據(jù)電流演算器計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，利用3/2轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流；根據(jù)目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，利用PI控制模塊1計(jì)算目標(biāo)力矩；根據(jù)目標(biāo)力矩，利用dq電流指令演算器計(jì)算d軸目標(biāo)電流和q軸目標(biāo)電流；根據(jù)d軸實(shí)際電流和d軸目標(biāo)電流，利用PI控制模塊2計(jì)算d軸電壓；根據(jù)q軸實(shí)際電流和q軸目標(biāo)電流，利用PI控制模塊3計(jì)算q軸電壓；根據(jù)d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓和目標(biāo)角度，利用2/3轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算三相電壓；根據(jù)d軸目標(biāo)電壓、q軸目標(biāo)電壓、d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，利用位置、速度推定器計(jì)算目標(biāo)角度和實(shí)際角速度；根據(jù)d軸實(shí)際電流和q軸實(shí)際電流，利用非干涉化演算器計(jì)算d軸調(diào)整電壓和q軸調(diào)整電壓。
6.如權(quán)利要求4或5所述一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法，其特征在于所述步驟采用180度正弦波直流變頻方式。
7.如權(quán)利要求4所述的一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法，其特征在于計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制包括電流計(jì)算步驟，根據(jù)電流采樣部采集的母線電流計(jì)算驅(qū)動所述壓縮機(jī)的三相電流；位置、力矩計(jì)算和變頻控制步驟，根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流和壓縮機(jī)的參數(shù)，計(jì)算壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和力矩，并對驅(qū)動壓縮機(jī)的電動機(jī)中施加的驅(qū)動電壓進(jìn)行實(shí)時控制。
8.如權(quán)利要求7所述的一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法，其特征在于所述位置、力矩計(jì)算和變頻控制步驟進(jìn)一步包括根據(jù)電流檢測部計(jì)算的三相電流和目標(biāo)角度，利用3/2轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算γδ坐標(biāo)系電流；根據(jù)目標(biāo)角速度和實(shí)際角速度，利用速度計(jì)算模塊計(jì)算目標(biāo)力矩；根據(jù)目標(biāo)力矩和實(shí)際角速度，利用力矩計(jì)算調(diào)整模塊計(jì)算dq坐標(biāo)系電流；根據(jù)dq坐標(biāo)系電流、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，利用電流計(jì)算模塊計(jì)算dq坐標(biāo)系電壓；根據(jù)dq坐標(biāo)系電壓和目標(biāo)角度，利用2/3轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算三相電壓；根據(jù)dq坐標(biāo)系電壓、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，利用無傳感器速度誤差計(jì)算模塊計(jì)算磁通量誤差；根據(jù)磁通量誤差、γδ坐標(biāo)系電流和實(shí)際角速度，利用角度誤差計(jì)算模塊計(jì)算角度誤差；根據(jù)角度誤差，利用速度位置計(jì)算模塊計(jì)算目標(biāo)角度和實(shí)際角速度。
9.如權(quán)利要求4、7或8所述一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法，其特征在于所述步驟采用180度正弦波直流變頻方式，檢測轉(zhuǎn)子位置時不需要不導(dǎo)通相。
全文摘要
一種一拖二空調(diào)的正弦直流變頻控制方法及設(shè)備，包括整流部分、平波部分、控制部分和逆變部分，控制部分進(jìn)一步包括檢測電阻和智能控制模塊。本發(fā)明采用矢量弱磁控制技術(shù)和180度正弦波直流變頻方式，通過調(diào)節(jié)d軸電流i
文檔編號H02P27/04GK101047358SQ20061006586
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者谷東照, 程永甫, 劉俊杰 申請人:海爾集團(tuán)公司, 青島海爾空調(diào)器有限總公司