电机的控制方法、装置、空调器及存储介质与流程

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种电机的控制方法、装置、空调器及存储介质。

背景技术：

电机是空调中风机的重要组成部分，电机在运行过程中，由于负载的波动、变频电流的畸变、感应电压的畸变、电机组装的平衡度差、电机安装的刚性小等原因，造成电机出现振动和噪音。

而舒适性提升是变频空调系统技术发展的方向之一，提升舒适性、增强用户体验是提升产品竞争力的重要手段。

现有技术抑制感应电压畸变导致的振动的方法是优化电机设计本身，从结构方面进行减震，降低感应电压的谐波含量。这种技术手段成本高且减震措施存在一定局限性。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种电机控制方法，旨在降低电机的震动及噪音。

为实现上述目的，本发明提出的电机控制方法，包括：

获取电机感应电压的五次谐波、七次谐波的成分比例系数；设定当前电机感应电压中的五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为h5、h7和k5、k7；

计算电机当前工作电流并依据电机感应电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流的比例系数；设定电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

依据五次谐波电流、七次谐波电流的比例系数，叠加所述五次谐波电流及七次谐波电流至所述当前工作电流中并输出至电机。

优选地，所述“依据电机感应电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流”包括：

根据谐波电压函数、谐波电流函数得到电机三相做功函数；

令电机三相做功函数的六次谐波分量为零，得到电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数与设电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数关系。

优选地，所述谐波电压函数为：

eku(t)＝em(sinωt+h5sin5ωt+k5cos5ωt+h7sin7ωt+k7cos7ωt)；

ekv(t)＝em(sin(ωt-120°)+h5sin(5ωt-120°)+k5cos(5ωt-120°)+h7sin(7ωt-120°)+k7cos(7ωt-120°))；

ekw(t)＝em(sin(ωt-240°)+h5sin(5ωt-240°)+k5cos(5ωt-240°)+h7sin(7ωt-240°)+k7cos(7ωt-240°))；

所述谐波电流函数为：

iku(t)＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)；

ikv(t)＝im(sin(ωt-120°)+q5sin(5ωt-120°)+d5cos(5ωt-120°)+q7sin(7ωt-120°)+d7cos(7ωt-120°))；

ikw(t)＝im(sin(ωt-240°)+q5sin(5ωt-240°)+d5cos(5ωt-240°)+q7sin(7ωt-240°)+d7cos(7ωt-240°))；

所述电机三相做功函数为：wku+v+w(t)＝eku(t)×iku(t)+ekv(t)×ikv(t)+ekw(t)×ikw(t)；

其中，ω为电机的角速度，t为时间变量，em为最大电压值，im为最大电流值。

优选地，所述“令电机三相做功函数的六次谐波分量为零，得到电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数与设电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数关系”包括：

对电机三相做功函数整理得到wku+v+w(t)＝3×em×im/2×{f(0)+f(6)+f(12)}；

其中，f(0)＝1+h5q5+k5d5+h7q7+k7d7；

f(6)＝(k5-k7+d5-d7)sin6ωt+(-h5+h7-q5+q7)cos6ωt；

f(12)＝(h5d7+k5q7+k5d7+h7d5+k7q5+k7d5)sin12ωt-(h5q7+h7q5)cos12wt；

令(k5-k7+d5-d7)＝0及(-h5+h7-q5+q7)＝0，得到电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数与设电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数关系。

优选地，采用如下公式在所述当前工作电流中叠加五次谐波电流及七次谐波电流：

i＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)；

本发明提出一种变频装置，所述变频装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，运行如下步骤：

获取电机工作电压的五次谐波、七次谐波的成分比例系数；设定当前电机工作电压中的五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为h5、h7和k5、k7，

计算电机当前工作电流并依据电机工作电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流；设定电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

叠加所述五次谐波电流及七次谐波电流至所述当前工作电流中并输出至电机。

优选地，所述计算机程序被所述处理器执行时，采用如下公式在所述当前工作电流中叠加五次谐波电流及七次谐波电流：

i＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)。

本发明提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的变频装置，所述变频装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，运行如下步骤：

获取电机工作电压的五次谐波、七次谐波的成分比例系数；设定当前电机工作电压中的五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为h5、h7和k5、k7；

计算电机当前工作电流并依据电机工作电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流；设定电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

叠加所述五次谐波电流及七次谐波电流至所述当前工作电流中并输出至电机。

本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有电机控制程序，所述电机控制程序被处理器执行时实现如上所述的电机控制方法的步骤。

本发明技术方案通过在电机中注入比例系数为感应电压五次和七次比例系数差值的五次谐波电流和七次谐波电流，使电机本身原因造成的五次谐波电压及七次谐波电压所引起的六次脉动转矩分量为零，以达到消除电机震动和噪音的目的。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电机控制方法一实施例的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种电机控制方法。

在本发明实施例中，如图1所示，该电机控制方法，包括：

s100、获取电机感应电压的五次谐波、七次谐波的成分比例系数；设定当前电机感应电压中的五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为h5、h7和k5、k7；

s200、计算电机当前工作电流并依据电机感应电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流的比例系数；设定电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为q5、q7和d5、d7，q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

s300、依据五次谐波电流、七次谐波电流的比例系数，叠加所述五次谐波电流及七次谐波电流至所述当前工作电流中并输出至电机。本实施例中，该电机为三相电机。

值得说明的是，本实施例中该电机控制方法应用于一种变频空调中。工程实践中，变频空调用风扇电机一般是三相8极12槽电机，其有如下特性：1、3次谐波的倍数不产生转矩脉动；2、五次、七次的谐波成分产生基波的6倍频率的振动，十一次、十三次的谐波成分产生十二倍频率的振动；3、振动转矩的大小和谐波的次数成反比例。但是影响电机震动及噪音的主要是五次谐波及七次谐波，更高次数的谐波的影响可以忽略不计。

本发明技术方案通过在电机中注入比例系数为感应电压五次和七次比例系数差值的五次谐波电流和七次谐波电流，使电机本身原因造成的五次谐波电压及七次谐波电压所引起的六次脉动转矩分量为零，以达到消除电机震动和噪音的目的。

具体地，所述“依据电机感应电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流比例系数”包括：

根据谐波电压函数、谐波电流函数得到电机三相做功函数；

令电机三相做功函数的六次谐波分量为零，得到电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数与电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数关系。

具体地，所述谐波电压函数为：

eku(t)＝em(sinωt+h5sin5ωt+k5cos5ωt+h7sin7ωt+k7cos7ωt)；

ekv(t)＝em(sin(ωt-120°)+h5sin(5ωt-120°)+k5cos(5ωt-120°)+h7sin(7ωt-120°)+k7cos(7ωt-120°))；

ekw(t)＝em(sin(ωt-240°)+h5sin(5ωt-240°)+k5cos(5ωt-240°)+h7sin(7ωt-240°)+k7cos(7ωt-240°))；

所述谐波电流函数为：

iku(t)＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)；

ikv(t)＝im(sin(ωt-120°)+q5sin(5ωt-120°)+d5cos(5ωt-120°)+q7sin(7ωt-120°)+d7cos(7ωt-120°))；

ikw(t)＝im(sin(ωt-240°)+q5sin(5ωt-240°)+d5cos(5ωt-240°)+q7sin(7ωt-240°)+d7cos(7ωt-240°))；

所述电机三相做功函数为：wku+v+w(t)＝eku(t)×iku(t)+ekv(t)×ikv(t)+ekw(t)×ikw(t)；

其中，ω为电机的角速度，t为时间变量，em为最大电压值，im为最大电流值。

具体地，所述“令电机三相做功函数的六次谐波分量为零，得到电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数与设电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数关系”包括：

对电机三相做功函数整理得到wku+v+w(t)＝3×em×im/2×{f(0)+f(6)+f(12)}；

其中，

f(0)＝1+h5q5+k5d5+h7q7+k7d7；

f(6)＝(k5-k7+d5-d7)sin6ωt+(-h5+h7-q5+q7)cos6ωt；

f(12)＝(h5d7+k5q7+k5d7+h7d5+k7q5+k7d5)sin12ωt-(h5q7+h7q5)cos12ωt；

令(k5-k7+d5-d7)＝0及(-h5+h7-q5+q7)＝0，得到电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数与设电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数关系。

具体地，采用如下公式在所述当前工作电流中叠加五次谐波电流及七次谐波电流：

i＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)。其中i表示当前工作电流。im为最大电流值。

综上，本发明的技术方案作进一步阐述：

下面对电机产生振动的理论公式的说明：

电机中感应电压公式为：e＝n·d(φ)/dt-----(1)；

这里n是绕阻匝数、φ是交链磁通量。电机转速设为n[rps]，则角速度ωn如2式：

ωn＝2·π·p/2·n＝π·p·n[rad/sec]-----(2)

磁通的最大值设为了φm。则交链磁通量φ的时间函数φ(t)得到为3式。

φ(t)＝φm·sinωnt[wb]------(3)

把3式代入1式，就可求出诱起电压的时间函数e(t)。

e(t)＝n·d{φ(t)}/dt＝n·ωn·φm·cosωnt＝em·cosωnt------(4)

另外，e(t)的最大值em得到为5式。

em＝n·π·p·n·φm[v]------(5)

从5式可知，诱起电压em由绕阻匝数n、极数p、转速n、交链磁通量φm的积决定。

设电机电流的时间函数为im(t)，把电流和感应电压的相位设成相同。使用矢量控制，把电机d轴电流控制成0安培。电机的1相的做功wm(t)表达为6式：

wm(t)＝em(t)×im(t)[w]------(6)

7式表示做功率电机函数：

wm＝ωn·tm[w]------(7)

因此，得到转矩的时间函数tm(t)：。

tm(t)＝wm(t)/ωn[nm]------(8)

从6式和7式，转矩的时间函数在9式也可表示出来：

tm(t)＝em(t)·im(t)/ωn[nm]------(9)

10式和11式为带有谐波的电机电压及电流表达式：

eu(t)＝emsinωnt[v]------(10)

iu(t)＝imsinωnt[a]------(11)

得到电机u相做功表达式：wu(t)＝

eu(t)×iu(t)＝(emim/2)2sin²ωnt＝(emim/2)[1-cos(2ωnt)][w]------(12)

同理，电机v相、w相的做功率为分别为：

wv(t)＝ev(t)×iv(t)＝(emim/2)2sin²(ωnt-120°)＝(emim/2)[1-cos2(ωnt-120°)][w]------(13)

ww(t)＝ew(t)×iw(t)＝(emim/2)2sin²(ωnt+120°)＝(emim/2)[1-cos2(ωnt+120°)][w]------(14)

则电机3相合计的做功wu+v+w的时间函数是15式：

wu+v+w(t)＝wu(t)+wv(t)+ww(t)＝(emim/2)[3-{cos(2ωnt)+cos(2ωnt-240°)+cos(2ωnt+240°)}＝(3/2)emim[w]------(15)

当电机的感应电压畸变时，16式表示谐波存在的诱起电压与时间的函数,其中的h5、h7和k5、k7，是假设基波为100％时的5次、7次谐波成分的比例：

eku(t)＝em(sinωt+h5sin5ωt+k5cos5ωt+h7sin7ωt+k7cos7ωt)------(16)

17式表示谐波存在时电机电流与时间的函数，其中的q5、q7和d5、d7，是假设基波为100％时的5次、7次谐波成分的比例：

iku(t)＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)[a]------(17)

1相(u相)的做功率为18式：

wku(t)＝eku(t)×iku(t)[w]------(18)

则3相的做功的公式为：

wku+v+w(t)＝wu(t)+wv(t)+ww(t)＝3×em×im/2×{f(0)+f(6)+f(12)}[w]------(19)

其中，20式、21式及22式分别表示f(0)、f(6)及f(12)所定义的表达式：

f(0)＝1+h5q5+k5d5+h7q7+k7d7------(20)

f(6)＝(k5-k7+d5-d7)sin6ωt+(-h5+h7-q5+q7)cos6ωt------(21)

f(12)＝(h5d7+k5q7+k5d7+h7d5+k7q5+k7d5)sin12ωt-(h5q7+h7q5)cos12ωt------(22)

其中，f(0)是直流项，不产生转矩脉动。f(6)是6倍频率的脉动分量，会导致电机振动；f(12)是12倍频率的脉动分量，会导致电机振动。这里，把f(6)称为6f振动、f(12)称为12f振动，除此之外的频率的项不存在。

k5-k7+d5-d7＝0------(23)

-h5+h7-q5+q7＝0------(24)

f(6)的式中，sin6ωnt和cos6ωnt的各项如果为零的话，6f振动就会消失。也就是，只要23式和24式同时成立就可以了。

解(1)：q5＝-h5、d5＝-k5、q7＝-h7、d7＝-k7；

解(2)：q5＝h7、d5＝k7、q7＝h5、d7＝k5；

解(3)：q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

解(4)：q5＝d5＝0、q7＝h5-h7、d7＝k5-k7。

其中特解为:

iu(t)＝imsinωt(1+q6sin6ωt+d6cos6ωt)

f(6)＝(k5-k7+q6)sin6ωt+(-h5+h7+d6)cos6ωt

特解为q6＝-k5+k7、d6＝h5-h7

因此，对电机进行控制时，可事先将电机的感应电压的五次谐波、七次谐波的成分比例系数存储于变频器的控制器中，通过解(1)、解(2)、解(3)解(4)或特解得到的关系式，计算得到输出至电机的电流，该电流中包含有调制得到的五次谐波电流及七次谐波电流。如此，基本消除了电机运行时由于感应电压谐波产生的震动及噪音，提升了电机的性能。

基于上述电机控制方法，本发明提出一种变频装置，所述变频装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，运行如下步骤：

获取电机感应电压的五次谐波、七次谐波的成分比例系数；设当前电机感应电压中的五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为h5、h7和k5、k7；

计算电机当前工作电流并依据电机感应电压中五次谐波、七次谐波的成分比例系数计算电机的五次谐波电流、七次谐波电流；设电机电流中五次谐波、七次谐波的成分比例系数分别为q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

在所述当前工作电流中叠加五次谐波电流及七次谐波电流并输出至电机。

具体地，所述计算机程序被所述处理器执行时，采用如下公式在所述当前工作电流中叠加五次谐波电流及七次谐波电流：

im＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)。

本发明还提出一种空调器，该空调器包括上述变频装置，该变频装置的具体结构参照上述实施例，由于本空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有电机控制程序，所述电机控制程序被处理器执行时实现如上所述的电机控制方法的步骤。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。