抑制压缩机电机比特效应的控制方法和控制器与流程

本发明涉及电机自动控制技术领域，尤其涉及一种抑制压缩机电机比特效应的控制方法。

背景技术：

变频器是利用交流电动机的同步转速随电机定子频率变化而变化的特性而实现电动机调速运行的装置。在现有的压缩机设备中，通常采用变频器调整压缩机电机的转速。

常用的交-直-交型变频器，通过整流电路将电网的交流电源变为直流电，再由逆变电路将直流电逆变为频率和幅值可变的交流电供给交流电机。由于整流电路本身的线路结构限制，整流滤波的输出总是存在着脉动，这种脉动会反映在变频器的输出电压中，并进一步体现在电机的运行电压波形中。当电机的运行电压的频率和整流滤波输出的脉动电压的频率接近时，电机运行电压和脉动电压之间的相位角周期性地变化，在电机一端形成周期变化的扰动电流，影响电机的工作。这种周期变化的扰动被定义为比特效应。

现有技术中通常通过硬件结构的改变降低扰动电流的影响，但是，这通常会增大电路的体积，使得整个变频器变得笨重复杂。

技术实现要素：

本发明提供一种反馈控制方法，在不改变硬件结构的条件下抑制比特效应，降低比特效应造成的扰动电流的影响。

本发明提供一种抑制压缩机电机比特效应的控制方法，包括以下步骤：检测电机运行电流；

提取计算所述运行电流中的特定频率成分；

根据所述运行电流的特定频率成分计算补偿电压；

将所述补偿电压与变频器整流电路输出的直流母线电压叠加，生成校正电压；

所述校正电压反馈输入至变频器逆变电路的直流输入端；

所述特定频率等于交流电压脉动分量的频率，所述交流电压脉动分量的频率与变频器电源频率正相关。

进一步的，所述电源为三相交流电，还包括以下步骤：

检测电源相位；

检测所述电机运行电流

提取计算其中一相电机运行电流中的特定频率成分；

根据被测的一相电机运行电流中的特定频率成分计算补偿电压。

进一步的，每一个第一周期检测一次所述运行电流的其中一相的特定频率成分。

进一步的，所述校正电压反馈输入至所述变频器的控制电路的输入端，所述校正电压的峰值为载波电压峰值；所述控制电路根据设定的PWM调制波峰值和校正电压的峰值的比值计算电机相电压的PWM调制比。

进一步的，所述运行电流的特定频率成分在第一周期内积分得到补偿电压；所述补偿电压延迟一个第一周期后与变频器整流电路输出的直流电压叠加，生成校正电压。

本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制方法，通过检测电机运行电流，计算并分离出交流电压脉动分量对电机运行电流的影响，通过提取计算运行电流的特定频率成分，并根据运行电流的特定频率成分计算针对比特效应扰动的补偿电压，在逆变电路的输入端进行补偿校正，从而在不增加或改变硬件电路的条件下有效地实现了对比特效应的抑制，优化压缩机电机运行状态。

本发明同时公开了一种抑制压缩机电机比特效应的控制器，包括：

电流检测模块，所述电流检测模块用于检测所述电机的运行电流并生成电机运行电流的波形；

电流提取模块，所述电流提取模块用于提取并计算所述运行电流中的特定频率成分；

补偿电压计算模块，所述补偿电压计算模块用于根据所述运行电流的特定频率成分计算补偿电压；

校正电压生成模块，所述校正电压生成模块用于叠加所述补偿电压和变频器整流电路输出的直流母线电压，生成校正电压；

控制模块，所述控制模块用于输出控制所述电机的输出电压，所述控制模块的输入端输入所述校正电压；

所述特定频率等于交流电压脉动分量的频率，所述交流电压脉动分量的频率与变频器电源频率正相关。

进一步的，还包括：

相位检测模块，所述相位检测模块用于检测电源相位并生成电源相位的初相角。

进一步的，每一个第一周期内，所述电流检测模块检测一次所述运行电流的其中一相的特定频率成分。

进一步的，还包括：

调制比生成模块，所述调制比生成模块用于根据设定的PWM调制波峰值和所述校正电压的峰值计算PWM调制比。

进一步的，还包括：

延时模块，所述延时模块用于使得所述补偿电压延迟一个第一周期后与变频器整流电路输出的直流电压叠加，生成校正电压。

本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制器，通过电流检测模块检测交流电压脉动分量对电机运行电流的影响，通过电流提取模块，提取计算运行电流的特定频率成分，通过补偿电压计算模块根据运行电流的特定频率成分计算针对比特效应扰动的补偿电压，在不增加或改变硬件电路的条件下有效地实现了对比特效应的抑制，优化压缩机电机运行状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制方法第一种实施例的流程图；

图2为本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制方法第二种实施例的流程图；

图3为本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制器第一种实施例的结构示意框图；

图4为本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制器第二种实施例的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于压缩机电机控制所采用的交-直-交型变频器来说，变频器的直流母线电压是由交流电源经过整流滤波得到的，并进一步输出至变频器的逆变电路，作为逆变电路的输入信号，由于整流滤波电路本身固有结构的信号处理方式的影响，所以直流母线电压不可避免地存在交流电压脉动分量。这些交流电压脉动分量自变频器逆变电路的输入端输入，导致变频器逆变电路的输出用于驱动并控制压缩机电机动作的相电压中所包含类似的脉动分量，使得电机相电压及相电流的谐波成分变得更为复杂。当电机的定子频率，即变频器逆变电路的输出频率等于或接近于交流电压脉动分量的频率时，会在电子绕组中生成扰动的直流电流或者频率非常低的扰动交变电流，也就形成了所谓的比特效应。比特效应会对电机特性造成影响。

为了解决上述问题，参见图1所示，本实施例采用以下方法抑制比特效应对电机运行的影响。当电机处于运行状态时，检测电机运行状态的电机运行电流。计算并提取电机运行电流中的特定频率成分。根据运行电流的特定频率成分计算补偿电压。将补偿电压与变频器整流电路输出的直流母线电压叠加，生成校正电压。将校正电压反馈输入至变频器逆变电路的直流输入端，通过反馈抑制比特效应对电机运行的影响。

更具体一步来说，压缩机所使用的电机，通常控制用的变频器的电源频率是单相50Hz交流电或者是50Hz三相交流电。对于单向交流电来说，变频器整流电路全波整流后形成的交流电压脉动分量的频率是电源频率的两倍，即100Hz。类似的，对于三相交流电来说，变频器整流电路全波整流后形成的交流电压脉动分量的频率是电源频率的六倍。对于极少数在极限状态或非标准状态下使用非标准电源交流供电的压缩机电机来说，交流电压脉动分量的频率也可能为电源供电频率的非整数倍。交流电压脉动分量的频率与变频器电源频率正相关。所以，通过检测电机运行电流提取计算的运行电流的特定频率成分中所指的特定频率等于交流电压脉动分量的频率，通常情况下，等于工频交流电电源频率的两倍，即100Hz。需要说明的是，交流电压脉动分量中其它高次谐波形成的电压幅值非常小，所以交流电压脉动分量中的高次谐波在此可以忽略不计。

进一步的，在压缩机电机一端可以通过以下公式计算出含有比特效应扰动的三相电机的电流值。

其中，I_m-mean代表电机电流的平均幅值；

I_m-pulsa代表电机一端交流电压脉动分量引起的电流交流脉动成分的电流幅值；

ω_DCV代表交流电压脉动分量的频率；

α代表交流电压脉动分量的相位角；

ω_INV代表变频器的设定角频率。

通过上述三个公式可以看出，压缩机电机的三相相电流中均包括非扰动部分和扰动部分。其中扰动部分具体包括相电流中对应变频器频率与交流电压脉动分量频率之差的部分，这一部分即是比特效应对电流波形影响的直接体现。同时，通过在电机一端对电机实际运行相电流的检测，也可以直观的观测到包含比特效应扰动的压缩机电机三相相电流的波形图。

以采用单相交流电电源为例，由于通过对电机电流的检测，已经获得含有比特效应扰动的电机一端的三相相电流波形。同时，通过波形和对上式的分析，可以明确地得到是交流电压脉动分量对相电压的扰动进一步导致了压缩机电机一端的相电流的扰动，因此根据检测到的电机实际运行状态下的检测电流波形，以及交流电压脉动分量的频率，可以进一步分解计算出对应交流电压脉动分量频率的特定频率的电流成分。在得到对应交流电压脉动分量频率的特定频率的电流成分后，利用具有特定频率的电流成分可以计算得到对应交流电压脉动分量频率的补偿电压，并通过补偿电压对直流母线电压进行补偿。将补偿电压与变频器整流电路输出的直流母线电压叠加生成校正电压，通过反馈校正电压至变频器逆变电路的直流输入端，降低交流电压脉动分量在直流母线电压中的所占比例，进一步对比特效应形成的扰动在变频器逆变电路的输入端进行抑制。

通过以上的分析和说明可知，电机相电压频率接近并等于交流电压脉动分量频率时，还需要确定相位角α。所以，参见图2所示当变频器电源为三相交流电时，首先检测电源相位，计算得到电源相位的初相角，然后提取计算其中一相运行电流的特定频率成分，根据被测一相电流的特定频率成分计算补偿电压。

由于比特效应是在多个周期内叠加重复增大、减少形成对电机电压、电机电流的扰动。定义电机相电流的正弦波的周期为第一周期。每一个第一周期检测一次运行电流中其中一相的特定频率成分。并根据在第一周期中检测分离提出的运行电流的特定频率成分计算的补偿电压电压，并利用补偿电压在下一个周期中对变频器的直流母线电压进行补偿，抑制比特效应在下一个第一周期中叠加重复增大、减少形成对电机电压、电流的扰动。

更具体一步的说，补偿电压具体优选是利用在第一周期内检测、分离计算的第一周期内的运行电流，在第一周期内对时间积分，计算得出。将补偿电压反馈至变频器的直流母线端，与变频器整流电路输出的直流母线电压叠加，在变频器逆变电路的输入端对交流电压脉动分量进行抑制，避免比特效应对电机电流造成扰动。

在现有技术中，变频器输出电压通过PWM技术调制生成。因此，优选的，将所述校正电压反馈输入至变频器的控制电路的输入端。校正电压的峰值为载波电压峰值。控制电路根据设定的PWM调制波峰值和校正电压的峰值计算PWM调制比。控制电路优选为集成在变频器中的PWM控制芯片。

本发明所公开的反馈控制方法，通过检测电机运行电流，计算分离交流电压脉动分量对电机运行电流的影响，通过提取计算运行电流的特定频率成分，并根据运行电流的特定频率成分计算针对比特效应扰动的补偿电压，在逆变电路的输入端进行补偿校正，从而在不增加或改变硬件电路的条件下有效地实现了对比特效应的抑制，优化压缩机电机运行状态。

基于上述抑制压缩机电机比特效应的控制方法，本发明同时公开了一种抑制压缩机电机比特效应的控制器。参见图3所示，控制器具体包括：

电流检测模块，所述电流检测模块用于检测所述电机的运行电流并生成电机运行电流的波形。

电流提取模块，所述电流提取模块用于根据所述电机的运行电流和电机运行电流的波形提取并计算所述运行电流中的特定频率成分。

补偿电压计算模块，所述补偿电压计算模块用于根据运行电流的特定频率成分计算并生成补偿电压。

校正电压生成模块，所述校正电压生成模块用于叠加所述补偿电压和变频器整流电路输出的直流母线电压，生成校正电压；

以及控制模块，所述控制模块用于输出控制所述电机的输出电压，控制模块的输入端输入校正电压；

所述特定频率等于交流电压脉动分量的频率，所述交流电压脉动分量的频率与变频器电源频率正相关。

参见图4所示，为了确定运行电流的相位，在本实施例所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制器中还包括相位检测模块，所述相位检测模块用于检测电源相位并生成电源相位的初相角。

本实施例所公开的控制器，还包括调制比生成模块，所述调制比生成模块用于根据设定的PWM调制波峰值和所述校正电压的峰值计算PWM调制比，并输入至所述控制模块中的PWM调制单元的输入端。

由于比特效应会在多个周期内叠加重复增大、或者重复减小形成对电机电压、电机电流的扰动，所以，每一个第一周期内，所述电流检测模块检测依次所述运行电流的其中一相的特定频率成分。进一步的，在本实施例中还包括延时模块，所述延时模块用于使得所述补偿电压延迟一个第一周期后与变频器整流电路输出的直流电压叠加，生成校正电压。以使得在连续的后一个第一周期中对比特效应进行抑制，避免生成的扰动在多个连续第一周期中不断迭代增大，形成对比特效应的有效抑制。

本发明所公开的抑制压缩机电机比特效应的控制器，通过电流检测模块检测交流电压脉动分量对电机运行电流的影响，通过电流提取模块，提取计算运行电流的特定频率成分，通过补偿电压计算模块根据运行电流的特定频率成分计算针对比特效应扰动的补偿电压，在不增加或改变硬件电路的条件下有效地实现了对比特效应的抑制，优化压缩机电机运行状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。