一种变频空调PFC控制方法与流程

本发明涉及空调控制技术领域，尤其涉及一种变频空调PFC控制方法。

背景技术：

与定频空调不同，变频空调压缩机一般采用永磁同步电机且压缩机转速可调节。变频空调通常采用交-直-交变频方法进行控制。因此，当变频空调频率和负载增大时，直流母线电压会出现下降，电流畸变会增大，导致功率因数下降，电流波形如图1所示。为了稳定直流电压，提高功率因数，降低电磁干扰，通常要采用PFC(功率因数矫正)控制技术。加入PFC控制之后，电流波形恢复到接近正弦状态，电流波形如图2所示。

通常功率因数矫正一般采用硬件PFC或者软件PFC。采用硬件PFC，不仅会增加额外的硬件电路，使得电路变得非常复杂，且提高了成本。采用现有的软件PFC，如申请号CN201310151565.5的发明专利，公开的是一种PFC控制方法，但是基于输入电流实现，在算法中并没有直接考虑负载的作用，当负载电流发生变化时，输入电流的变化有滞后，所以不能很好的控制直流电压，导致直流电压有波动。因此需要一种简单可靠的PFC控制方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种变频空调PFC控制方法，根据负载电流的变化，控制IGBT模块的占空比，使得输入电流能很好地跟踪变频器负载的变化，大大降低了变频器负载突变时对直流母线电压的影响。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种变频空调PFC控制方法，变频空调PFC控制电路包括整流桥、滤波电容、电感、二极管、稳压电容、IGBT模块、采样电阻和变频器，所述整流桥与外部220V交流电电连接，所述整流桥具有接线端A和接线端B，所述变频器具有与整流桥相对应的接线端C和接线端D，所述整流桥的接线端A与变频器的接线端C之间依次串联有C电感、二极管，所述整流桥的接线端B与变频器的接线端D之间电连接有采样电阻，所述采样电阻靠近整流桥一侧；所述整流桥的接线端A与接线端B之间并联有滤波电容，所述滤波电容靠近整流桥一侧，所述变频器的接线端C与接线端D之间并联有稳压电容，所述稳压电容靠近变频器一侧；所述IGBT模块一端电连接于电感与二极管之间的线路上，所述IGBT模块另一端连接于整流桥接线端B与变频器接线端D之间的线路上；其变频空调PFC控制方法如下：

A、电流流过采样电阻时，采样电阻上会有电压，通过采集这个电压，可以得到采样电阻上的电流，这个电流为整个系统的瞬时电流，称作输入电流i_PFC；

B、变频空调压缩机控制程序中，可以通过空调自身的控制算法计算得到空调消耗的功率P；用功率P除以直流母线电压V_dc，可以得到负载平均电流I_Lavr＝P/V_dc，直流母线电压V_dc为稳压电容两端的电压；

C、为实现PFC对直流电压的调节，首先需要一个直流电压给定值作为直流电压控制的目标值，并对直流母线电压要进行PI调节；直流电压给定值与直流母线电压V_dc做差后进行PI调节，可得到电压调节系数其中K_p为比例系数，K_i为积分系数；K_p和K_i为控制参数，同一个变频空调PFC控制电路的K_p与K_i为一固定值；

D、将电压调节系数α与负载平均电流I_Lavr相乘，得到输入平均电流参考值

E、将输入电流i_PFC与输入平均电流参考值进行比较，当输入电流i_PFC高于输入平均电流参考值时，即时，让变频空调PFC控制电路中的IGBT模块处于关断状态；

当输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值时，即时，根据输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值的程度来确定IGBT模块开关占空比，IGBT模块的开关占空比为最后再将M_PFC的值控制并限制在0到1之间；M_PFC决定在一个PWM周期内IGBT模块的开通的比值，M_PFC越大，IGBT模块开通的时间越多；当M_PFC等于0时，IGBT模块在一个PWM周期内都不开通。当M_PFC等于1时，IGBT模块在一个PWM周期内都开通。

本发明通过采样电路中输入电流i_PFC，通过计算获得变频器负载的功率P，用负载的功率P除以稳压电容上的直流母线电压V_dc，得到负载平均电流I_Lavr＝P/V_dc，具体电路见图3。将直流电压给定值与稳压电容上的直流母线电压V_dc进行比较，进行PI调节，PI调节器输出值称作电压调节系数α。将电压调节系数α乘以负载平均电流I_Lavr得到输入平均电流参考值将输入电流i_PFC与输入平均电流参考值进行比较，当输入电流i_PFC高于输入平均电流参考值I_Lavr时，变频空调PFC控制电路中的IGBT模块处于关断状态。当输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值I_Lavr时，根据输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值I_Lavr的程度来确定IGBT模块开关占空比通过调节IGBT模块的开关占空比，校正功率因数，稳定直流电压。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明根据负载电流的变化，控制IGBT模块的占空比，使得输入电流能很好地跟踪变频器负载的变化，大大降低了变频器负载突变时对直流母线电压的影响。

附图说明

图1为无变频空调PFC控制电路时的电流波形图；

图2为本发明的电流波形图；

图3为本发明的变频空调PFC控制电路的电路示意图；

图4为本发明变频空调的PFC控制流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图3、图4所示，一种变频空调PFC控制方法，变频空调PFC控制电路包括整流桥、滤波电容、电感、二极管、稳压电容、IGBT模块、采样电阻和变频器，所述整流桥与外部220V交流电电连接，所述整流桥具有接线端A和接线端B，所述变频器具有与整流桥相对应的接线端C和接线端D，所述整流桥的接线端A与变频器的接线端C之间依次串联有C电感、二极管，所述整流桥的接线端B与变频器的接线端D之间电连接有采样电阻，所述采样电阻靠近整流桥一侧；所述整流桥的接线端A与接线端B之间并联有滤波电容，所述滤波电容靠近整流桥一侧，所述变频器的接线端C与接线端D之间并联有稳压电容，所述稳压电容靠近变频器一侧；所述IGBT模块一端电连接于电感与二极管之间的线路上，所述IGBT模块另一端连接于整流桥接线端B与变频器接线端D之间的线路上；其变频空调PFC控制方法如下：

A、电流流过采样电阻时，采样电阻上会有电压，通过采集这个电压，可以得到采样电阻上的电流，这个电流为整个系统的瞬时电流，称作输入电流i_PFC；

B、变频空调压缩机控制程序中，可以通过空调自身的控制算法计算得到空调消耗的功率P；用功率P除以直流母线电压V_dc，可以得到负载平均电流I_Lavr＝P/V_dc，直流母线电压V_dc为稳压电容两端的电压；

C、为实现PFC对直流电压的调节，首先需要一个直流电压给定值作为直流电压控制的目标值，并对直流母线电压要进行PI调节；直流电压给定值与直流母线电压V_dc做差后进行PI调节，可得到电压调节系数其中K_p为比例系数，K_i为积分系数；K_p和K_i为控制参数，同一个变频空调PFC控制电路的K_p与K_i为一固定值；

D、将电压调节系数α与负载平均电流I_Lavr相乘，得到输入平均电流参考值

E、将输入电流i_PFC与输入平均电流参考值进行比较，当输入电流i_PFC高于输入平均电流参考值时，即时，让变频空调PFC控制电路中的IGBT模块处于关断状态；当IGBT模块处于关断状态时，外部交流电通过整流桥依次通过电感、二极管、稳压电容，然后经过采样电阻回流到整流桥中，变频器从稳压电容中取电，当变频器从稳压电容中取电突然变少时，变频器两端的电压相对于稳压电容两端的电压偏低，即变频器两端的电压与稳压电容两端的电压不匹配，此时采样电阻的输入电流i_PFC就会相对变高，IGBT模块就需要关断，稳压电容的电流就会流入到采样电阻、整流桥、电感中，以使得稳压电容两端的电压与变频器两端的电压相匹配。并且本发明的变频空调PFC控制电路的电流波形图就会呈现出如图2所示的正弦波，保证了变频器所需的正弦波电流。

当输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值时，即时，根据输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值的程度来确定IGBT模块开关占空比，IGBT模块的开关占空比为最后再将M_PFC的值控制并限制在0到1之间；M_PFC决定在一个PWM周期(本发明的PWM周期为一个时间周期，本实施例的PWM周期选择为50秒)内IGBT模块的开通的比值，M_PFC越大，IGBT模块开通的时间越多；当M_PFC等于0时，IGBT模块在一个PWM周期内都不开通。当M_PFC等于1时，IGBT模块在一个PWM周期内都开通。当IGBT模块处于接通状态时，外部交流电通过整流桥依次通过电感、IGBT模块，然后经过采样电阻回流到整流桥中，这时电能会储存在电感中；当IGBT断开时，外部交流电通过整流桥依次通过电感、二极管，稳压电容，然后经过采样电阻回流到整流桥中，这时电感中储存的电能会传输到稳压电容上，经过这一周期，就完成一次从整流桥到稳压电容的电能传输。IGBT模块的占空比越高(接通的时间越多)，从整流桥传输到稳压电容上的功率就越大，直流电压的上升越高；IGBT模块的占空比越低(接通的时间越短)，从整流桥传输到稳压电容上的功率就越小，直流电压的上升越低。变频器从稳压电容中取电，当变频器从稳压电容中取电突然变多时，变频器功率P增大，如果IGBT的占空比不变，会导致稳压电容电压下降。根据上文提到的占空比公式，本发明在变频器功率P增大时，占空比也会同时增大，保证稳压电容两端的电压保持稳定。反之，当变频器从稳压电容中取电突然变多时，变频器功率P减小，如果IGBT的占空比不变，会导致稳压电容电压上升，本发明在变频器功率P减小时，占空比也会同时减小，保证稳压电容两端的电压保持稳定。并且本发明的变频空调PFC控制电路的电流波形图就会呈现出如图2所示的正弦波，保证了变频器所需的正弦波电流。本发明通过IGBT模块的开关占空比，来达到校正功率因数的目的，从而稳定了稳压电容两端的直流电压。

本发明通过采样电路中输入电流i_PFC，通过计算获得变频器负载的功率P，用负载的功率P除以稳压电容上的直流母线电压V_dc，得到负载平均电流I_Lavr＝P/V_dc，具体电路见图3。将直流电压给定值与稳压电容上的直流母线电压V_dc进行比较，进行PI调节，PI调节器输出值称作电压调节系数α。将电压调节系数α乘以负载平均电流I_Lavr得到输入平均电流参考值将输入电流i_PFC与输入平均电流参考值进行比较，当输入电流i_PFC高于输入平均电流参考值I_Lavr时，变频空调PFC控制电路中的IGBT模块处于关断状态。当输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值I_Lavr时，根据输入电流i_PFC低于输入平均电流参考值I_Lavr的程度来确定IGBT模块开关占空比通过调节IGBT模块的开关占空比，校正功率因数，稳定直流电压。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。