专利名称：变频空调的功率因数补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种变频空调的功率因数补偿方法，尤其是一种为了在驱动压缩机时对功率因数进行补偿，在一段时间内对零交叉点的部分接通(Switching On)时间进行可调式控制的变频空调的功率因数补偿方法(Method for power factor compensation ininverter airconditioner)。
背景技术：
空调是指根据不同的用途和目的使室内的空气保持在最舒适状态的家电设备。例如在夏天将室内调节为凉爽的冷房状态，而在冬天将室内调节为温暖的暖房状态，同时还可以对室内的湿度进行调解或将室内的空气调节至最舒适的清洁状态。随着如上所述的空调等生活便利产品的逐渐普及和使用，消费者对较高的能源使用效率、较高的性能及良好的使用便利性的要求也越来越高。
此外，随着家庭或公司以及工厂中所使用的家电产品及电子设备的增加，很多国家和机构对产品的使用规格作出了各种不同方面的限制，例如谐波规格(规格编号EN61000-3-2，Limit for Harmonic current smissions)等。上述谐波(还被称之为“高调波”)规格是用于限制频率的扭曲量。这是因为高调波障碍不仅会促进各种电力设备的热化从而缩短其寿命并增加因为过热等原因所导致的火灾隐患，还会导致无效电力的增加从而增加所消耗的电力。因为如上所述的原因在变频空调中为了降低高调波障碍，正在利用各种不同的控制方法力图改善其功率因数。
下面，对基于现有技术的变频空调的功率因数补偿方法进行说明。
为了对功率因数进行改善，通常采用能够使用于驱动压缩机的DC Link电压保持稳定的部分开关控制方式。
请参阅图1、图2所示，图1是普通变频空调的控制结构图，图2是基于现有技术的变频空调的输入电压和输入电流的比较波形图。电源部50中连接有电抗线圈52，且上述电抗线圈52的后段将并联连接整流电路56和IGBT开关54。上述IGBT开关54由后续说明的IGBT开关控制部68对其进行开/关控制。而上述整流电路的另一端将连接DC Link电压产生部58，而上述DC Link电压产生部58中产生的高压DC Link电压将通过变频部60传送至压缩机62中。
为了利用如上所述的结构将电源部的电压转换为高压DC Link电压并供应至压缩机62中，需要对上述IGBT开关54及变频部60进行控制。为了实现上述控制，在适用现有技术的空调中安装有在微处理器的控制下对变频部60进行控制的变频驱动部64，以及在上述微处理器70的控制下对上述IGBT开关54的开关动作进行控制的IGBT开关控制部68。
此外还安装有用于对上述DC Link电压产生部58中产生的电压进行检测的DC Link电压检测部66，以及用于对输入至产品内部的输入电压的位相进行检测的输入电压位相检测部72。通过上述DC Link电压检测部66检测到的DC电压的大小和通过上述输入电压位相检测部72检测到的输入电压的位相将被输入至微处理器70中。
利用如上所述的结构，微处理器70可以对输入电压的位相进行识别并对所产生的DC电压的大小进行识别。为了使通过上述方式识别的DC电压的大小保持稳定，微处理器70将对上述IGBT开关54的部分开关动作进行控制。
此外还包括输入电压检测部74。上述输入电压检测部74用于对输入至产品内部的电压大小进行检测，并将所检测到的电压大小传送至微处理器70中。此外符号76表示用于对输入至产品内部的电流大小进行检测的输入电流检测部，通过上述输入电流检测部76检测到的输入电流的大小将被传送至微处理器70中。
在接通电源之后首先通过输入电压位相检测部对输入电压的零交叉(Zero crossing)点进行检测，接着如图2中的A所示从所检测到的零交叉点开始立即通过IGBT开关控制部开启IGBT开关。在保持上述开启状态一段时间之后再通过IGBT控制部关闭IGBT开关，接着在输入电压到达下一个零交叉点之前保持关闭状态。
请参阅图2所示，在如上所述的现有技术中通过在输入电压的每个零交叉点反复地对开关进行开/关，输入电流的波形和电压波形在零交叉点前后的位相将发生变化。
此时，因为压缩机最初启动时或过负荷时的位相差异，DC Link电压部中所检测到的电压将不稳定并有可能导致压缩机停止运行的现象。这将对压缩机驱动时的功率因数改善带来负面的影响。
下面，对如上所述结构的基于现有技术的变频空调控制方法进行说明。
请参阅图3a至图3c所示，是在基于现有技术的变频空调中为了补偿功率因数而进行控制的过程实例。
在微处理器70的控制下开始被驱动时，电源将被输入至产品内部且电源部50中的电源将被传送至电抗线圈52方向。通过上述电抗线圈52之后的电源将被供应至整流电路56中执行第一次整流，而通过上述整流电路56进行整流后的信号将被加载至DC Link电压产生部58中。接着在上述DCLink电压产生部中将生成较高的DC电压并通过变频部60供应至压缩机62中。
此外在电压通过如上所述的路径被加载至压缩机62中时，DC Link电压检测部66将对所产生的DC电压进行检测并传送至微处理器70中。同时输入电压位相检测部72将对输入至产品内部的电压位相进行检测并传送至微处理器70中(如3a中的第100阶段)。
当上述第100阶段中输入的电压位相为零交叉点时，微处理器70将向IGBT开关控制部68下达IGBT开关54的开启工作指令。IGBT开关控制部68根据上述控制信号，将IGBT开关54切换到开启状态(第103阶段)。
在上述IGBT开关54被开启的期间内，上述电抗线圈52中将加载输入电压且通过上述电抗线圈52的电流的位相将线形上升，最终被调整至如图2所示的接近电压波形的位相。此时通过整流电路56进行整流之后被充电至DC Link电压产生部58中的能量将被供应至压缩机62一侧。
如上所述的IGBT开关54的开启操作将在输入电压的位相为零交叉点时反复执行，且上述开启状态的维持时间等于为了达到后续说明的目标DCLink电压而设置的目标开启时间(目标开启时间)(第106阶段)。即，上述第106阶段是将开启IGBT开关54之后保持其开启状态的目标开启时间数据保存在定时计数器(TON)中的阶段。
此时微处理器70在IGBT开关54被开启之后，利用内置的定时器以一定的时间为间隔递减所设置的TON时间(图3b中的第200阶段)。接着在经过所设置的时间之后(第203阶段)，向上述IGBT开关控制部68下达关闭上述IGBT开关54的指令(第206阶段)。
通过上述第206阶段关闭IGBT开关54之后，上述电抗线圈中52将加载输出电压减去输入电压的电压大小，且上述电抗线圈中的电流与IGBT开关54被开启时相反将线形递减。此时将从输入端向输出端供应电量，从而向DC Link电压产生部58补充能量并向压缩机62中供应能量。上述IGBT开关54被开启和关闭的过程，在每次输入电压的位相为零交叉点时执行一次。
下面，将对在开启上述IGBT开关54的状态下设置上述IGBT开关54的开启时间即目标开启时间(TON)的过程进行说明。
首先将各产品的实验阶段中功率因数最高的DC Link电压设置为目标DC Link电压，上述所设置的目标DC Link电压将被保存在微处理器70中。接着对到达上述目标DC Link电压所需的目标开启时间(TON)进行设置，上述目标开启时间(TON)是通过实验获取的值，将被保存在微处理器70中。
DC Link电压检测部66，将对上述DC Link电压产生部58中产生的DCLink电压进行检测并传送至微处理器70中(图3c中的第300阶段)。上述微处理器70对通过上述第300阶段输入的当前DC Link电压和预设的目标DC Link电压进行比较，并判断当前的DC Link电压是否高于目标DC Link电压(第303阶段)。
如果在上述第303阶段中当前的DC Link电压高于目标DC Link电压，则对预设的目标开启时间(TON)进行递减(第306阶段)；如果在上述第303阶段中当前的DC Link电压低于目标DC Link电压，则对预设的目标开启时间(TON)进行递增(第309阶段)。
通过如上所述的方式进行调节的目标开启时间(TON)，将在图3b的控制过程中决定IGBT开关54的工作时间。
即在上述第306阶段和第309阶段通过对所检测到的当前DC Link电压和目标DC Link电压进行比较，当目标DC Link电压较高时增加目标开启时间，而当目标DC Link电压较低时减少目标开启时间，从而使目标DCLink电压能够保持稳定的状态。本方法可以在DC Link电压因为负荷的变化而发生变化时，能够自动地对目标开启时间(TON)进行调整，从而使DCLink电压能够保持稳定的状态。
在如上所述的变频空调中，为了使用于对压缩机进行驱动的DC Link电压能够保持稳定的状态，将自动地对部分开启时间进行控制从而最大限度地提高其功率因数并满足谐波规格。
但是在现有技术中在输入电流及电压到达零交叉点之前，在压缩机最初启动或过负荷时产生电流及电压的位相差的部分，DC Link电压因为受到峰值电流所产生的异常电流的影响而变得不稳定，并因此导致压缩机停止运行的现象发生。而当压缩机如上所述地发生停止运行现象时，将对压缩机驱动时的功率改善造成负面影响。
由此可见，上述现有的变频空调的功率因数补偿方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决变频空调的功率因数补偿方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的变频空调的功率因数补偿方法，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的变频空调的功率因数补偿方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的变频空调的功率因数补偿方法，能够改进一般现有的变频空调的功率因数补偿方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的变频空调的功率因数补偿方法存在的缺陷，而提供一种新的变频空调的功率因数补偿方法，所要解决的技术问题是使其防止因为电路内部的异常电流所导致的压缩机停止运行的现象发生，并最大限度地提高其功率因数，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的变频空调的功率因数补偿方法，其包括以下阶段对输入电源的零交叉点进行检测的输入电源检测阶段；在到达输入电源的零交叉点并经过一段时间之后开启开关的第1控制阶段；当经过上述第1控制阶段一段时间之后在到达输入电压的下一个零交叉点之前关闭开关的第2控制阶段。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由上述可知，本发明是有关于一种变频空调的功率因数补偿方法，其是为了在驱动压缩机时对功率因数进行补偿，在一段时间内对零交叉点的部分接通(SwitchingOn)时间进行可调式控制的变频空调的功率因数补偿方法。本发明中首先对输入电源的零交叉点进行检测，然后在经过所检测到的零交叉点一段时间之后对其进行接通控制，接着在进入接通状态并经过一段时间之后，在到达输入电源的下一个零交叉点之前保持关闭状态。利用上述方式，可以防止在过负荷状态下因为异常电流的提高而导致的压缩机停止现象并改善其功率因数。
借由上述技术方案，本发明变频空调的功率因数补偿方法至少具有下列优点通过在输入电压到达零交叉点之前在压缩机初期启动或过负荷时发生电流电压的位相差异的部分不会开启IGBT开关，能够将峰值电流所导致的DC Link电压的不稳定性降至最低，并以此防止在压缩机的驱动过程中发生停止运行的现象并提高其功率因数。
综上所述，本发明新颖的变频空调的功率因数补偿方法，防止了因为电路内部的异常电流所导致的压缩机停止运行的现象发生，并最大限度地提高了功率因数。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的变频空调的功率因数补偿方法具有增进的功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是普通变频空调的控制结构图。
图2是基于现有技术的变频空调的输入电压和输入电流的比较波形图。
图3a至图3c是在基于现有技术的变频空调中为了补偿功率因数而进行控制的过程实例。
图4是适用本发明的变频空调的输入电压和输入电流的比较波形图。
图5a至图5c是在适用本发明的变频空调中为了补偿功率因数而进行控制的过程实例。
50电源部 52电抗线圈54IGBT开关 56整流电路58DC LINK电压产生部60变频部62压缩机 64变频驱动部66DC Link电压检测部68IGBT开关控制部70微处理器 72输入电压位相检测部74输入电压检测部 76输入电流检测部具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的变频空调的功率因数补偿方法其具体实施方式
、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图4所示，是适用本发明的变频空调的输入电压和输入电流的比较波形图，下面将结合图1对适用本发明的变频空调的结构进行说明。
在接通电源之后首先通过输入电压位相检测部对输入电压的零交叉(Zero crossing)点进行检测，接着如图4中的B所示从所检测到的零交叉点经过一段时间之后通过IGBT开关控制部开启IGBT开关。在保持上述开启状态一段时间之后再通过IGBT控制部关闭IGBT开关54，接着在输入电压到达下一个零交叉点之前保持关闭状态。
请参阅图2所示，在如上所述的现有技术中通过在输入电压的每个零交叉点反复地对开关进行开/关，输入电流的波形和电压波形在零交叉点前后的位相将发生变化。
利用上述方式在压缩机最初启动或在过负荷时通过减少位相差使DCLink电压检测部66中所检测到的电压变得稳定，从而最终对压缩机进行稳定的驱动。
请参阅图5a至图5c所示，是在适用本发明的变频空调中为了补偿功率因数而进行控制的过程实例。
在微处理器70的控制下开始被驱动时，电源将被输入至产品内部及电源部50中的电源将被传送至电抗线圈52方向。通过上述电抗线圈52之后的电源将被供应至整流电路56中执行第一次整流，而通过上述整流电路56进行整流后的信号将被加载至DC Link电压产生部58中。接着在上述DCLink电压产生部中将生成较高的DC电压并通过变频部60供应至压缩机62中。
此外在电压通过如上所述的路径被加载至压缩机62中时，DC Link电压检测部66将对所产生的DC电压进行检测并传送至微处理器70中。同时输入电压位相检测部72将对输入至产品内部的电压位相进行检测并传送至微处理器70中(如5a中的第400阶段)。
当上述第400阶段中输入的电压位相为零交叉点时，对是否经过了一定时间(T1)进行判断(第410阶段)，其中上述T1是指零交叉点之后所经过的时间。
接着在输入电压的位相达到零交叉点且经过一定时间(T1)之后，电压位相和电流位相将变得相同。此时微处理器70将向IGBT开关控制部68下达IGBT开关54的开启工作指令。IGBT开关控制部68根据上述控制信号，将IGBT开关54切换到开启状态(第420阶段)。
在上述IGBT开关54被开启的期间内，上述电抗线圈52中将加载输入电压且通过上述电抗线圈52的电流的位相将线形上升，最终被调整至如图2所示的接近电压波形的位相。此时通过整流电路56进行整流之后被充电至DC Link电压产生部58中的能量将被供应至压缩机62一侧。
如上所述的IGBT开关54的开启操作将在输入电压的位相为零交叉点时反复执行，且上述开启状态的维持时间等于为了达到后续说明的目标DCLink电压而设置的目标开启时间(目标开启时间)(第430阶段)。即，上述第430阶段是将开启IGBT开关54之后保持其开启状态的目标开启时间数据保存在定时计数器(TON)中的阶段。
此时微处理器70在IGBT开关54被开启之后，利用内置的定时器以一定的时间为间隔递减所设置的TON时间(图5b中的第500阶段)。接着在经过所设置的时间之后(第510阶段)，向上述开关控制部68下达关闭上述IGBT开关54的指令(第520阶段)。
通过上述第520阶段关闭IGBT开关54之后，上述电抗线圈52中将加载输出电压减去输入电压的电压大小，且上述电抗线圈中的电流与IGBT开关54被开启时相反将线形递减。此时将从输入端向输出端供应电量，从而向DC Link电压产生部58补充能量并向压缩机62中供应能量。上述IGBT开关54被开启和关闭的过程，在每次输入电压的位相为零交叉点时执行一次。
下面，将对在开启上述IGBT开关54的状态下设置上述IGBT开关54的开启时间即目标开启时间(TON)的过程进行说明。
首先将各产品的实验阶段中功率因数最高的DC Link电压设置为目标DC Link电压，上述所设置的目标DC Link电压将被保存在微处理器70中。接着对到达上述目标DC Link电压所需的目标开启时间(TON)进行设置，上述目标开启时间(TON)是通过实验获取的值，将被保存在微处理器70中。
DC Link电压检测部66，将对上述DC Link电压产生部58中产生的DCLink电压进行检测并传送至微处理器70中(图5c中的第600阶段)。上述微处理器70对通过上述第300阶段输入的当前DC Link电压和预设的目标DC Link电压进行比较，并判断当前的DC Link电压是否高于目标DC Link电压(第610阶段)。
如果在上述第610阶段中当前的DC Link电压高于目标DC Link电压，则对预设的目标开启时间(TON)进行递减(第620阶段)；如果在上述第610阶段中当前的DC Link电压低于目标DC Link电压，则对预设的目标开启时间(TON)进行递增(第630阶段)。
通过如上所述的方式进行调节的目标开启时间(TON)，将在图5b的控制过程中决定IGBT开关54的工作时间。
即在上述第610阶段和第620阶段通过对所检测到的当前DC Link电压和目标DC Link电压进行比较，当目标DC Link电压较高时增加目标开启时间，而当目标DC Link电压较低时减少目标开启时间，从而使目标DCLink电压能够保持稳定的状态。本发明可以在DC Link电压因为负荷的变化而发生变化时，能够自动地对目标开启时间(TON)进行调整，从而使DCLink电压能够保持稳定的状态。
在如上所述的变频空调中，为了使用于对压缩机进行驱动的DC Link电压能够保持稳定的状态，将自动地对部分开启时间进行控制从而最大限度地提高其功率因数并满足谐波规格。
如上述所，本发明的基本技术思想在于在检测到电压位相的零交叉点并经过一段时间之后，只有电压位相和电流位相相同时对IGBT开关进行开启，从而防止压缩机发生停止运行的现象。
上述如此方法及结构结构构成的本发明变频空调的功率因数补偿方法的技术创新，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种变频空调的功率因数补偿方法，其特征在于其包括以下阶段对输入电源的零交叉点进行检测的输入电源检测阶段；在到达输入电源的零交叉点并经过一段时间之后开启开关的第1控制阶段；当经过上述第1控制阶段一段时间之后在到达输入电压的下一个零交叉点之前关闭开关的第2控制阶段。
全文摘要
本发明是有关于一种变频空调的功率因数补偿方法，其是为了在驱动压缩机时对功率因数进行补偿，在一段时间内对零交叉点的部分接通(Switching On)时间进行可调式控制的变频空调的功率因数补偿方法。本发明中首先对输入电源的零交叉点进行检测，然后在经过所检测到的零交叉点一段时间之后对其进行接通控制，接着在进入接通状态并经过一段时间之后，在到达输入电源的下一个零交叉点之前保持关闭状态。利用上述方式，可以防止在过负荷状态下因为异常电流的提高而导致的压缩机停止现象并改善其功率因数。
文档编号H02M5/458GK101090254SQ20061008672
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月16日 优先权日2006年6月16日
发明者林成叶 申请人:乐金电子(天津)电器有限公司