《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》是海爾集團公司和青島海爾空調器有限總公司於2013年12月18日申請的專利，該專利的申請號為201310697340X，公布號為CN104728090A，授權公布日為2015年6月24日，發明人是王友寧、程永甫、劉聚科、許國景。
《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》涉及一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法，控制系統包括電流矢量控制部和恆力矩控制部，恆力矩控制部輸出電流脈動降低用的電流指令，將電流脈動降低用的電流指令與電流矢量控制部的輸入信號相加作為電流矢量控制部的輸入，電流矢量控制部輸出電壓控制指令控制壓縮機。
2018年12月20日，《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法
- 公告號：CN104728090A
- 授權日：2015年6月24日
- 申請號：201310697340X
- 申請日：2013年12月18日
- 申請人：海爾集團公司、青島海爾空調器有限總公司
- 地址：山東省青島市嶗山區海爾路1號海爾工業園
- 發明人：王友寧、程永甫、劉聚科、許國景
- Int.Cl.：F04B49/06(2006.01)I
- 代理機構：青島聯智專利商標事務所有限公司
- 代理人：張少鳳
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
空調已經成為全球性產品，然而，空調在家用電器的耗能占比達到23%，節能技術一直是空調企業重點研究的課題。
截至2013年12月18日，直流變頻壓縮機高效率化方法有：1）採用高性能磁鐵增加磁通量；2）線上圈的纏繞方法上改進，提高狹縫占有率，使用粗的銅線，增加纏繞圈數等；3）減少電感，提高電機電壓利用率；以上提高變頻壓縮機效率的方式增加了材料成本，壓縮機企業為節省成本，把壓縮機的慣量減小，但壓縮機慣量減小，導致壓縮機在高頻運行過程中，壓縮機電流每個周期的波峰和波峰值波動差異大，在高負荷下，容易導致壓縮機電流達到壓縮機退磁或功率模組的電流保護值而停機。如圖1所示，為高頻無力矩補償控制的馬達電流波形圖，可以看出壓縮機電流每個周期的波峰和波峰值波動差異很大。
截至2013年12月18日恆力矩控制方法只能夠套用於低頻領域，用於抑制低頻振動。如圖2所示，恆力矩控制部通過檢測一旋轉中的電機電流IM的脈動成分，通過脈動電流計算單元計算出脈動電流ΔIM，與0值的差通過電壓補償指令聲場單元進行積分，計算出降低電流脈動的電壓指令ΔVM*。根據電機電流IM計算出讓速度變恆定的電流控制指令IM*，電流矢量控制部對（IM*-IM）進行比例積分後得到電壓指令VM*，將VM*與ΔVM*作和形成的VM**作為電壓控制指令控制壓縮機。而恆力矩控制方法不能夠套用於高頻領域，原因是，控制壓縮機的電壓指令VM**是由VM*與ΔVM*作和形成的，而，VM*是由讓速度變恆定作成電流指令IM*而變動的電壓指令，而力矩控制系統是為了恆定電流而變動的電壓指令ΔVM*。控制壓縮機的電壓指令VM**的兩個要因中，其中一個是為了變動電流，另外一個是為了恆定電流，因而，兩個要因互相干涉，控制系統不安定，在速度變高時就不能控制了。
發明內容
專利目的
《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》的目的在於提供一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制方法，解決了空調壓縮機在高頻運行過程中，電流每個周期的波峰和波峰值波動差異大，在高負荷下，導致壓縮機電流達到壓縮機退磁或功率模組的電流保護值而停機的技術問題。
技術方案
《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》採用以下技術方案予以實現：
一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統，包括電流矢量控制部和恆力矩控制部，恆力矩控制部輸出電流脈動降低用的電流指令，將電流脈動降低用的電流指令與電流矢量控制部的輸入信號相加作為電流矢量控制部的輸入，電流矢量控制部輸出電壓控制指令控制壓縮機。
其中，恆力矩控制部包括脈動電流計算單元和電流補償指令生成單元，脈動電流計算單元根據電機電流計算脈動電流，將0與脈動電流的差通過電流補償指令生成單元後形成電流脈動降低用的電流指令。
電流矢量控制部的輸入信號為根據電機電流計算的使電機速度變恆定的電流控制指令。
電流矢量控制部包括比例積分器，電流矢量控制部的輸入與電機電流的差通過比例積分器後輸出電壓控制指令。
控制系統包括電流採樣部，電流採樣部對壓縮機母線電流進行採樣，電機電流包括通過母線電流與電機參數計算得到的力矩電流和勵磁電流。
基於上述空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統的設計，《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》還提出了一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制方法，對電機母線電流進行採樣，並根據電機母線電流和電機參數計算電機電流；根據電機電流計算脈動電流，將0與脈動電流的差通過電流補償指令生成單元後形成電流脈動降低用的電流指令；根據電機電流計算使電機速度變恆定的電流控制指令，電流控制指令加電流脈動降低用電流指令作為電流矢量控制部的輸入，經過電流矢量控制部輸出的電壓控制指令控制壓縮機。
優選的，電流矢量控制部的輸入與採樣電流的差通過比例積分器後輸出電壓控制指令。
其中，電機電流包括通過母線電流與電機參數計算得到的力矩電流和勵磁電流。
改善效果
《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》的優點和積極效果是：《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》改進的恆力矩補償控制方法，能夠套用於壓縮機的全頻域，恆力矩控制部通過補償電流至電流矢量控制部的輸入端，壓縮機在高頻段運行過程中，電流更加穩定，每個周期的波峰值均勻分布，壓縮機運行平穩，電流不容易達到功率模組的保護值以及壓縮機的退磁電流，不會導致壓縮機停機，並且可以降低壓縮機的功耗以及產生的諧波，提高了變頻壓縮機的可靠性。
結合附圖閱讀《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》實施方式的詳細描述後，《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》的其他特點和優點將變得更加清楚。
附圖說明
圖1為壓縮機高頻無力矩補償控制的電機電流波形圖。
圖2為低頻恆力矩控制系統的原理框圖。
圖3為《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》具體實施例的原理框圖。
圖4為《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》具體實施例的控制流程圖。
圖5為《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》具體實施例高頻控制電機電流波形圖。
技術領域
《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》屬於空調壓縮機變頻驅動控制技術領域，具體地說，是涉及一種空調變頻壓縮機在全頻域的恆力矩控制方法。
權利要求
1.一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統，包括電流矢量控制部和恆力矩控制部，其特徵在於：所述恆力矩控制部輸出電流脈動降低用的電流指令，將電流脈動降低用的電流指令與電流矢量控制部的輸入信號相加作為電流矢量控制部的輸入，電流矢量控制部輸出電壓控制指令控制壓縮機；所述恆力矩控制部包括脈動電流計算單元和電流補償指令生成單元，脈動電流計算單元根據電機電流計算脈動電流，將0與脈動電流的差通過電流補償指令生成單元後形成電流脈動降低用的電流指令。
2.根據權利要求1所述的空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統，其特徵在於：所述電流矢量控制部的輸入信號為根據電機電流計算的使電機速度變恆定的電流控制指令。
3.根據權利要求1所述的空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統，其特徵在於：所述電流矢量控制部包括比例積分器，電流矢量控制部的輸入與電機電流的差通過比例積分器後輸出電壓控制指令。
4.根據權利要求1或2或3所述的空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統，其特徵在於：所述系統包括電流採樣部，所述電流採樣部對壓縮機母線電流進行採樣，所述電機電流包括通過母線電流與電機參數計算得到的力矩電流和勵磁電流。
5.一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制方法，其特徵在於：所述方法為：對電機母線電流進行採樣，並根據電機母線電流和電機參數計算電機電流；根據電機電流計算脈動電流，將0與脈動電流的差通過電流補償指令生成單元後形成電流脈動降低用的電流指令；根據電機電流計算使電機速度變恆定的電流控制指令，電流控制指令加電流脈動降低用電流指令作為電流矢量控制部的輸入，經過電流矢量控制部輸出的電壓控制指令控制壓縮機。
6.根據權利要求5所述的空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制方法，其特徵在於：電流矢量控制部的輸入與採樣電流的差通過比例積分器後輸出電壓控制指令。
7.根據權利要求5或6所述的空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制方法，其特徵在於：所述電機電流包括通過母線電流與電機參數計算得到的力矩電流和勵磁電流。
實施方式
如圖3所示：該實施例空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統包括：電流矢量控制部和恆力矩控制部。
恆力矩控制部包括脈動電流計算單元和電流補償指令生成單元，脈動電流計算單元根據電機電流計算脈動電流，將0與脈動電流的差通過電流補償指令生成單元後形成電流脈動降低用的電流指令。
其中，電機電流為電流採樣部通過採樣電路對壓縮機母線電流進行採樣，並根據母線電流與電機參數計算得到的。
電流矢量控制部包括比例積分器，將電流矢量控制部的輸入與電機電流的差通過比例積分器後輸出電壓控制指令。
其中，電流矢量控制部的輸入為電流脈動降低用的電流指令與電流矢量控制部的輸入信號相加形成的，電流矢量控制部的輸入信號為根據電機電流計算的使電機速度變恆定的電流控制指令。
在該實施例中，電機電流包括通過母線電流與電機參數計算得到的力矩電流Iq和勵磁電流Id。分別對力矩電流Iq和勵磁電流Id通過本系統進行處理後得到q軸的電壓控制指令和d軸的電壓控制指令，對壓縮機的變頻器進行控制。
該實施例還提出了一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制方法，下面對控制方法進行說明：
電機電流包括力矩電流Iq和勵磁電流Id，電流採樣部通過採樣電路對壓縮機母線電流進行採樣得到母線電流Im，根據母線電流IM與電機參數計算得到力矩電流Iq和勵磁電流Id。
其中，KE為壓縮機發電常數，Ld為d軸電感，Lq為q軸電感。
如圖3所示，針對力矩電流Iq，力矩電流Iq一方面通過恆力矩控制部形成電流脈動降低用的電流指令ΔIq*，具體為：力矩電流Iq通過脈動電流計算單元進行傅立葉級數展開，對展開的傅立葉級數進行一次諧波分量的提取，對一次諧波分量通過拉普拉斯變換，與0做差後積分，再通過傅立葉級數展開，抽出一次諧波分量，形成電流脈動降低用的電流指令ΔIq*，將ΔIq*補償至Iq*。
另一方面，根據力矩電流Iq計算出使電機速度變恆定的電流控制指令Iq*，此部分為截至截至2013年12月18日的技術，該實施例不再詳細說明。
將電流脈動降低用的電流指令ΔIq*與使電機速度變恆定的電流控制指令Iq*作和後作為電流矢量控制部的輸入。電流矢量控制部將電流矢量控制部的輸入減去力矩電流Iq後通過比例積分器進行積分得到q軸電壓控制指令。
針對勵磁電流Id，勵磁電流Id一方面通過恆力矩控制部形成電流脈動降低用的電流指令ΔId*，具體為：勵磁電流Id通過脈動電流計算單元進行傅立葉級數展開，對展開的傅立葉級數進行一次諧波分量的提取，對一次諧波分量通過拉普拉斯變換，與0做差後積分，再通過傅立葉級數展開，抽出一次諧波分量，形成電流脈動降低用的電流指令ΔId*，將ΔId*補償至Id*。
另一方面，根據勵磁電流Id計算出使電機速度變恆定的電流控制指令Id*，此部分為截至截至2013年12月18日技術，該實施例不再詳細說明。
將電流脈動降低用的電流指令ΔId*與使電機速度變恆定的電流控制指令Id*作和後作為電流矢量控制部的輸入。電流矢量控制部將電流矢量控制部的輸入減去力矩電流Id後通過比例積分器進行積分得到d軸電壓控制指令。
如圖5所示，通過壓縮機在高頻狀態下檢測的電機電流波形圖可以看出，該實施例能夠降低壓縮機在高頻中的電流脈動，實現壓縮機電流的穩定運行。可有效地改善壓縮機在高負荷下的電流穩定性，避免壓縮機電流脈動大，導致壓縮機電流峰值達到功率模組的保護值或防止壓縮機退磁的電流保護值而停機。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種空調變頻壓縮機全頻域恆力矩控制系統及方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
