一種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，所述方法根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需升壓比，并根據(jù)升壓比設(shè)置斬波停止條件，從而可以有效的控制功率開關(guān)在一個(gè)電壓波形周期內(nèi)的開關(guān)區(qū)域，在永磁同步電機(jī)運(yùn)行于低頻時(shí)，此時(shí)平均電源電流小于預(yù)定值，不進(jìn)行功率因數(shù)校正，在永磁同步電機(jī)運(yùn)行于中高頻時(shí)，此時(shí)平均電源電流大于等于預(yù)定值，設(shè)定周期內(nèi)系統(tǒng)所需升壓比控制為設(shè)定值，并且根據(jù)負(fù)荷的增大，設(shè)定升壓比提升的控制條件值，當(dāng)達(dá)到條件值時(shí)，提高升壓比，使得功率因數(shù)校正開關(guān)領(lǐng)域增加或轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆性垂β室驍?shù)校正，從而有效的利用電源電壓，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行到更高的頻率。
【專利說明】—種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻式空調(diào)器體現(xiàn)了現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電控制技術(shù)的應(yīng)用成果，具有節(jié)能、高效、舒適的優(yōu)勢，有廣闊地發(fā)展前景。而由于變頻器供電的特點(diǎn)以及壓縮機(jī)運(yùn)行的特殊性，普通異步電機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)效率低，噪聲大等問題，難以達(dá)到較好的運(yùn)行性能。永磁式同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等特點(diǎn)。和異步電動(dòng)機(jī)相比，它由于不需要無功勵(lì)磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)性能、大范圍的調(diào)速控制，因此永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于在變頻空調(diào)中。
[0003]功率因數(shù)(Power Factor)是指有效功率和視在功率的比值，輸入電壓和電流之間的相位差以及電流或電壓波形的畸變均會(huì)導(dǎo)致電路功率因數(shù)下降導(dǎo)致系統(tǒng)無功功率上升，增加系統(tǒng)能耗。
[0004]為提高電源的利用率，提高功率因數(shù)，大多永磁同步電機(jī)的前級AC-DC電路都采用功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)電路,用于提高電源的功率因數(shù),從而提高直流母線電壓，一方面降低了電源整流回路的諧波含量，另一方面提高了變頻器的輸入電壓，使壓縮機(jī)可以運(yùn)行到更高頻頻率?，F(xiàn)有的功率因數(shù)控制方法一般分為三種方法，第一種采用無源PFC方法，無源PFC方法通過在電路中設(shè)置電感或電容改變電源輸入電壓和電流的相位差，從而提高功率因數(shù)。但是，無源PFC方案的缺點(diǎn)是采用大電感量的電抗器和交流電容，成本高，體積大，功率因數(shù)提高不夠理想，一般在0.9左右。
[0005]第二種方案稱為完全有源PFC方法，這種PFC方法采用是功率因數(shù)提高比較理想。有源PFC方案的基本原理是在電源的整流電路和濾波電容之間增加一個(gè)DC - DC的升壓斬波電路，如圖1所示，通過脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)驅(qū)動(dòng)器控制高頻功率開關(guān)期間(圖中示出為絕緣柵極雙極性晶體管IGBT)在整個(gè)電壓波形周期內(nèi)反復(fù)開關(guān)從而調(diào)節(jié)電感工作狀態(tài)，對電路因整流引起的波形畸變進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PFC控制。對于供電線路來說，該整流電路輸出沒有直接接濾波電容，所以其對于供電線路來說呈現(xiàn)的是純阻性的負(fù)載，其電壓和電流波形同相、相位相同。但采用完全有源PFC控制，在一個(gè)周期內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器IGBT的開關(guān)次數(shù)滿負(fù)荷運(yùn)行，開關(guān)損耗增大，溫升提高，從而導(dǎo)致必須采用大額定電流的IGBT，并同時(shí)加大散熱裝置，散熱體積增大，導(dǎo)致成本上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種效率更高，開關(guān)損耗低，散熱體積較小的PFC方法。
[0007]本發(fā)明公開了一種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，包括:
[0008]步驟100、設(shè)置當(dāng)前周期系統(tǒng)所需升壓比為設(shè)定升壓比；[0009]步驟200、基于當(dāng)前周期的系統(tǒng)所需升壓比確定斬波停止條件，根據(jù)斬波停止條件控制功率因數(shù)校正電路的功率開關(guān)在周期內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率因子校正；其中，所述斬波停止條件為IisI UJfflean, |is|為當(dāng)前電源電流絕對值，IisImean為平均電源電流，a為當(dāng)前周期系統(tǒng)所需升壓比；
[0010]步驟300、同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)條件判斷，判斷功率因數(shù)校正電路的直流輸出電壓是否小于預(yù)先設(shè)定的母線最大電壓閾值，以及判斷永磁同步電機(jī)勵(lì)磁電流是否大于預(yù)先設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值；如果兩個(gè)判斷結(jié)果均為是，則執(zhí)行步驟400 ;如果兩個(gè)判斷結(jié)果均為否，則執(zhí)行步驟500 ;如果兩個(gè)判斷結(jié)果一個(gè)為是一個(gè)為否；則執(zhí)行步驟600 ；
[0011]步驟400、將下一周期系統(tǒng)所需升壓比提高第一步進(jìn)值，執(zhí)行步驟700 ；
[0012]步驟500、保持下一周期系統(tǒng)所需升壓比不變，執(zhí)行步驟700 ；
[0013]步驟600、將下一周期系統(tǒng)所需升壓比降低第二步進(jìn)值；
[0014]步驟700、下一周期開始時(shí)轉(zhuǎn)步驟200。
[0015]優(yōu)選地，所述根據(jù)斬波停止條件控制功率因數(shù)校正電路的功率開關(guān)在周期內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率因子校正包括:
[0016]判斷斬波停止條件是否滿足，如果滿足，則控制器輸出信號控制脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)器停止向功率開關(guān)提供PWM信號，從而停止開關(guān)功率進(jìn)行斬波操作；如果不滿足，則控制器控制PWM驅(qū)動(dòng)器持續(xù)向功率開關(guān)提供PWM信號保持進(jìn)行斬波操作。
[0017]優(yōu)選地，所述設(shè)定升壓比為系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，取值為1.10至1.38。
[0018]優(yōu)選地，所述第一步進(jìn)值和第二步進(jìn)值相等均為0.02。
[0019]優(yōu)選地，所述勵(lì)磁電流閾值根據(jù)下式計(jì)算得到:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，包括: 步驟100、設(shè)置當(dāng)前周期系統(tǒng)所需升壓比為設(shè)定升壓比； 步驟200、基于當(dāng)前周期的系統(tǒng)所需升壓比確定斬波停止條件，根據(jù)斬波停止條件控制功率因數(shù)校正電路的功率開關(guān)在周期內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率因子校正；其中，所述斬波停止條件為IisI≤a.IsIfflean, IisI為當(dāng)前電源電流絕對值，|is|_n為平均電源電流，a為當(dāng)前周期系統(tǒng)所需升壓比； 步驟300、同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)條件判斷，判斷功率因數(shù)校正電路的直流輸出電壓是否小于預(yù)先設(shè)定的母線最大電壓閾值，以及判斷永磁同步電機(jī)勵(lì)磁電流是否大于預(yù)先設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值；如果兩個(gè)判斷結(jié)果均為是，則執(zhí)行步驟400 ;如果兩個(gè)判斷結(jié)果均為否，則執(zhí)行步驟500 ;如果兩個(gè)判斷結(jié)果一個(gè)為是一個(gè)為否；則執(zhí)行步驟600 ； 步驟400、將下一周期系統(tǒng)所需升壓比提高第一步進(jìn)值，執(zhí)行步驟700 ； 步驟500、保持下一周期系統(tǒng)所需升壓比不變，執(zhí)行步驟700 ； 步驟600、將下一周期系統(tǒng)所需升壓比降低第二步進(jìn)值； 步驟700、下一周期開始時(shí)轉(zhuǎn)步驟200。
2.權(quán)利要求1所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于所述根據(jù)斬波停止條件控制功率因數(shù)校正電路的功率開關(guān)在周期內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率因子校正包括: 判斷斬波停止條件是否滿足，如果滿足，則控制器輸出信號控制脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)器停止向功率開關(guān)提供PW M信號 ，從而停止開關(guān)功率進(jìn)行斬波操作；如果不滿足，則控制器控制PWM驅(qū)動(dòng)器持續(xù)向功率開關(guān)提供PWM信號保持進(jìn)行斬波操作。
3.權(quán)利要求1所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述設(shè)定升壓比為系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，取值為1.10至2。
4.如權(quán)利要求3所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述第一步進(jìn)值和第二步進(jìn)值相等，均為0.02。
5.如權(quán)利要求1所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述勵(lì)磁電流閾值根據(jù)下式計(jì)算得到:
limit =^ — SCt -1Ld 其中，Ituimit為所述勵(lì)磁電流閾值，kE為永磁同步電機(jī)的感應(yīng)電壓常數(shù)，Ld為永磁同步電機(jī)的d軸電感，B_set為取值大于O小于I的權(quán)值。
6.如權(quán)利要 求1所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述功率因數(shù)校正電路為連接在整流電路后與同步電機(jī)逆變器之間的斬波電路，所述功率因數(shù)校正電路按PWM信號控制功率開關(guān)反復(fù)開關(guān)對整流電路的輸出電壓進(jìn)行斬波以提高電路功率因數(shù)。
7.一種用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，包括: 步驟100、設(shè)置當(dāng)前周期系統(tǒng)所需升壓比為設(shè)定升壓比； 步驟200、判斷平均電源電流是否大于電源電流閾值，如果大于，執(zhí)行步驟300 ;如果小于，則在本周期停止進(jìn)行PFC控制，下一周期開始重新進(jìn)行步驟200 ；步驟300、基于當(dāng)前周期的系統(tǒng)所需升壓比確定斬波停止條件，根據(jù)斬波停止條件控制功率因數(shù)校正電路的功率開關(guān)在周期內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率因子校正；其中，所述斬波停止條件為|is| UJfflean, |is|為當(dāng)前電源電流絕對值，|is|_n為平均電源電流，a為當(dāng)前周期系統(tǒng)所需升壓比； 步驟400、同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)條件判斷，判斷功率因數(shù)校正電路的直流輸出電壓是否小于預(yù)先設(shè)定的母線最大電壓閾值，以及判斷永磁同步電機(jī)勵(lì)磁電流是否大于預(yù)先設(shè)定的勵(lì)磁電流閾值；如果兩個(gè)判斷結(jié)果均為是，則執(zhí)行步驟500 ;如果兩個(gè)判斷結(jié)果均為否，則執(zhí)行步驟600 ;如果兩個(gè)判斷結(jié)果一個(gè)為是一個(gè)為否；則執(zhí)行步驟700 ； 步驟500、將下一周期系統(tǒng)所需升壓比提高第一步進(jìn)值，執(zhí)行步驟700 ； 步驟600、保持下一周期系統(tǒng)所需升壓比不變，執(zhí)行步驟700 ； 步驟700、將下一周期系統(tǒng)所需升壓比降低第二步進(jìn)值； 步驟800、下一周期開始時(shí)轉(zhuǎn)步驟200。
8.如權(quán)利要求7所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于，所述功率因數(shù)校正電路為連接在整流電路后與同步電機(jī)逆變器之間的斬波電路，所述功率因數(shù)校正電路按PWM信號控制功率開關(guān)反復(fù)開關(guān)對整流電路的輸出電壓進(jìn)行斬波以提高電路功率因數(shù)。
9.權(quán)利要求7所述的用于永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)校正方法，其特征在于所述根據(jù)斬波停止條件控制功率因數(shù)校正電路的功率開關(guān)在周期內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率因子校正包括: 判斷斬波停止條件是否滿足，如果滿足，則控制器輸出信號控制脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)器停止向功率開關(guān)提供PWM信號，從而停止開關(guān)功率進(jìn)行斬波操作；如果不滿足，則控制器控制PWM驅(qū)動(dòng)器持續(xù)向功率開關(guān)提供PWM信號保持進(jìn)行斬波操作。
【文檔編號】H02M1/42GK103580469SQ201210384517
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】王友寧, 程永甫, 劉聚科 申請人:海爾集團(tuán)公司, 青島海爾空調(diào)器有限總公司