Pm电机直接功率控制的恒风量控制方法及其应用的hvac系统的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及变速电机的恒风量控制方法，尤其涉及PM电机直接功率控制的恒风 量控制方法及其应用的HVAC系统和其他变速电机系统。
【背景技术】：
[0002] PM电机，直流无刷永磁同步电机的简称，也可以称作ECM电机，因PM电机使用环境 不同，其控制模式也不同，一般有：恒转速控制、恒力矩控制和恒风量控制等，恒风量控制在 HVAC (暖通系统）是较为常用的模式。
[0003] 在家用空调的室内通风管道里，静压往往随着时间的流逝而变化，比如因为管道 积灰或者过滤器堵塞。静压也因为管道的安装不同而往往高于厂商实验室的标称系统时的 标准静压。恒风量控制可以在这些情况下给用户带来恒定的风量，从而在广泛的静压条件 下维持舒适的通风，制冷或制热的效果，并使系统运行达到高效节能。
[0004] 一般恒风量控制方法是直接安装风量计，不仅提高成本，还带来潜在的因为风量 计失效导致控制失败，当前空调厂商也通常采用无风量计的恒风量控制方法，有的要监视 静压的变化来调速，有的计算公式涉及到对数计算或者高阶多项式，这需要电机控制器的 MCU具有较强大的计算能力，进一步提高了成本。
[0005] 美国专利US4806833公开了针对外部静压来改变电机转速，来获得恒风量。外部 静压的变化是由电机自带的转速计感应的转速变化来计算的，风量计算通过力矩与转速的 函数来控制；美国专利US5736823a也公开了一种恒风量控制方法，也是通过力矩与转速的 函数来控制。
[0006] 以上恒风量的控制方法使用转矩作为关键控制变量，存在如下的技术问题：
[0007] 1)力矩是一个机械变量，难以测量和计算它，会影响控制精度；
[0008] 2)力矩控制多用于动态控制的应用，但该恒风量控制是一个典型的稳态状态控 制，因此并不很适用；
[0009] 3)力矩控制在电机控制中较为复杂，最好的例子是矢量控制实现一个良好的转矩 控制，但该系统转矩控制的精度是受到系统硬件和软件的成本限制；
[0010] 4)力矩不是一个让消费者和政府管理，了解系统的运行的特征参数。
[0011] 换言之：力矩是一个机械变量，不易直接测量.用力矩作变量控制来实现恒风量 控制，导致运算复杂，成本较高，而且力矩很难与政府主张的节能环保的管理和标准相联 系，不直观。
【发明内容】
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[0012] 本发明的目的是提供PM电机直接功率控制的恒风量控制方法及其应用的HVAC 系统和其他变速电机系统，它特别适用于稳态下的风量控制，算法简洁，对CPU运算要求不 高，成本较低，控制精度较高，有利于节能减排的控制。
[0013] 本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0014] PM电机直接功率控制的恒风量控制方法，所述的PM电机安装在HVAC系统中以驱 动风轮转动并具有定子组件、永磁转子组件以及，电机控制器包括电机运行参数检测电路 和微处理器，其特征在于：它包括如下步骤：
[0015] 步骤A)起动电机控制器，接收或预设的目标风量值IN-CFM ;
[0016] 步骤B)根据目标风量值IN-CFM获得对应的函数P=f (n)，其中n是转速，P是电机 的输入功率；
[0017] 步骤C)进入直接功率控制恒风量控制模式：控制电机或电机速度为零时启动电 机，使它沿着函数p=f (n)的控制轨迹到达一稳定的工作点（pt，nt);pt，nt是位于满足恒风量 控制函数P=f(n)的轨迹上一对输入功率和转速；
[0018] 步骤D)保持直接功率控制恒风量控制模式：根据电机运行参数计算出电机实时 输入功率Pi ;计算AP=|Pt_Pi| ;
[0019] 步骤E)若功率增量值A P小于设定值Psrt，，保持现有工作点；
[0020] 步骤F)若功率增量值△ P大于等于设定值Psrt，；功率/转速控制逻辑将计算速度 环的操作时间是否达到；如果速度环的操作时间没有达到，保持现有工作点；
[0021] 步骤G)如果速度环的操作时间已经达到，进入速度控制回路按An=|ni-nt|调节 速度，ni是实时转速，实现轨迹上的新工作点（Pi，ni),即令Pt=Pi，nt=ni,回到步骤C。
[0022] 上述所述的电机运行参数检测电路包括母线电流检测电路和母线电压检测电路， 母线电流检测电路和母线电压检测电路检测实时母线电流I bus和实时母线电压Vbus，电机实 时输入功率Pi=IbusXV bus。
[0023] 上述所述的电机运行参数检测电路包括相线电流检测电路和母线电压检测电路， 相线电流检测电路、母线电压检测电路检测相电流和母线电压数据输入到微处理器，实时 相电流和实时母线电压v bus并转换成a - @坐标上的电流I a、I @、电压v a、V 0，电机实 时输入功率 Pi=3/2 (la .Va+ip .V3)。
[0024] 上述所述的函数P=f(n)是这样获得的：先采集原始数据，针对若干个目标风量， 从低静压一直调节到高静压，这个静压要能涵盖应用的实际静压范围，在调节静压的过程 中，让电机处于恒转速控制，并通过调节电机转速n和电机实时输入功率Pi保持风量为目 标风量，并记录此时的电机稳态转速n和对应的电机实时输入功率Pi，这样，针对若干个目 标风量，都产生了一组转速n和电机实时输入功率Pi，然后通过曲线拟合的方法产生若干 个目标风量中每一个目标风量对应一个函数P=f(n)。
[0025] 如果外部输入目标风量值IN-CFM都不等于上述测定的若干个目标风量的其中一 个，可以通过插值法，拟合计算与任何外部输入目标风量值IN-CFM相对应的函数P=f(n)， 实现了全程任意目标风量的恒风量控制。
[0026] 上述所述的电机实时输入功率Pi采用数字低通滤波器进行处理，对实时母线电 流Ibus、实时母线电压V bus的数据采集时，采用数字低通滤波器进行处理。
[0027] 上述所述的函数关系式P=f (n)是一个多项式函数：P=C1+C2Xn+. . .+CniXnm'其 中Q，C2，…，Cm是系数，n是电机转速值，每一个目标风量对应一组C 2，…，Cm系数并储 存起来，微处理器根据输入的目标风量值IN-CFM通过查表法或者插值法获得对应的一组 Q C2，…，Cm系数，从而得到函数关系式P=f (n)。
[0028] 上述所述的函数关系式P=f(n)是一个二阶函数：P^+QXn+QXn2。
[0029] -种应用权利要求1至8所述PM电机直接功率控制的恒风量控制方法的HVAC系 统，包括PM电机和风轮，PM电机驱动风轮转动并具有定子组件、永磁转子组件以及电机控 制器，PM电机通过直接功率控制实现恒风量控制。
[0030] 一种应用权利要求1至8所述PM电机直接功率控制的恒风量控制方法的变速电 机系统，包括变速电机和风轮，变速电机驱动风轮转动并具有定子组件、转子组件以及电机 控制器，变速电机通过直接功率控制实现恒风量控制。
[0031] 本发明与现有技术相比，具有如下效果：1)利用实验手段得到若干个输入的目标 风量值CFM srt对应的函数P=f (n)，根据电机转速n利用函数P=f (n)换算成对应的电机输 入功率的计算值Pt，检测实时母线电流Ibus或者相电流和实时母线电压V bus，换算出矢量 a坐标上的电流la、1@和电压Va、VL计算出电机实时输入功率Pi，比较电机输入 功率的计算值Pt与电机实时输入功率Pi进行闭环控制，它特别适用于稳态下的恒风量控 制，精度高，成本低；2)本发明的恒风量是直接控制电机的输入功率，电机输入功率是电 变量，测量容易且准确，电机输入功率可以通过精度更高的直流母线电压，直流母线电流 或者相电流得到，直接功率控制适合系统的稳态控制，而风量控制本身是一个典型的稳态 控制问题，因此两者匹配起来使系统更加准确和稳定。直接功率控制是通过电机速度控制 实现的，精确高，成本低；3)电机实时输入功率Pi采用数字低通滤波器进行处理，计算精度 更高，成本更加低。
【附图说明】：
[0032] 图1是传统的空调风机系统的结构示意图；
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