专利名称：一种直流变频压缩机智能控制器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及直流变频空调技术领域，特别是涉及一种直流变频压缩机智 能控制器及其控制方法。
背景技术：
随着世界范围内能源危机的到来，各国政府都在为经济可持续发展的目的 积极地推广节能降耗技术。作为家庭用电的主要设备，直流变频空调器因为 良好的节能性、精确控温、超低温启动、快速制热等特点而越来越受到广大 用户的喜爱，直流变频空调也必然成为空调技术的发展方向。
在直流变频空调技术领域，按压缩机控制方案来分有两种， 一种是用120 度控制的方案，又叫梯形波控制方案，这种控制方式简单，对压缩机的参数 依赖性低，不过该控制方式对压缩机的利用效率低，频率特性差，低频振动 大，高频噪声大，不能很好的发挥直流变频压缩机的优点；另一种控制方式 是180度控制方案，又叫正弦直流变频控制方案或矢量直流变频控制方案。 这种控制方案在检测转子位置时不需要不导通相，变频驱动模式用180度正 弦波直流变频模式，大大提高了压缩机的使用效率，而且该控制方式的频率 特性也远好于120度控制方式。但是180度直流变频控制技术难度大，需要 建立复杂的数学模型，需要使用高速芯片才能完成相关运算，而且180度控 制方式对压缩机的参数依赖性强，所以使用这种控制方式的直流变频空调控 制器的通用性很差， 一般一个控制器只能控制一款压缩机。
变频空调中，其功率前级一般都采用二极管全桥整流方式，造成电网谐 波污染，功率因数下降。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电 流流经负载时，与所加的电压不成线性关系，就形成非正弦电流，从而产生 谐波。在空调变频控制系统中，220VAC的交流电源经过整流桥整流、大功率 晶体管逆变，结果是在输入输出回路产生电流高次谐波。电流谐波可造成电
网电压的严重畸变；电缆电线过热，绝缘老化加速，损坏并导致线间短路和 接地故障并引起电器火灾和人身电击事故；整流后的平波电容器过热，易损 坏，寿命短；系统的功率因数降低等危害，对电网和其他用电设备的安全运
行造成潜在危害。由于变频空调的使用量大面广，其危害更加严重。所以一 个完善的变频空调控制系统需要有谐波抑制和功率因数校正方案，应用于变 频空调中去实现其功率因数校正，原来的直流变频方案一般采用附加功率因 数矫正模块的方法来解决这个问题，功率因数矫正模块需要价格很贵的专用 控制芯片来控制，从而增加了变频空调方案的成本，降低了市场竟争力。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种直流变频压缩机智能控制器及其控制 方法，实现直流变频压缩机的矢量变频控制和变频空调的功率因数校正。
为达到上述目的，本发明的实施例的技术方案提出一种直流变频压缩 机智能控制器，包括一核心控制模块、 一变频逆变模块和一功率因数矫正模
块；所述核心控制模块，用于控制所述变频逆变模块和所述功率因数矫正模 块；所述变频逆变才莫块，用于正弦直流变频驱动压缩^a;所述功率因数矫正 模块，用于矫正变频空调系统的功率因数。
所述核心控制模块包括通讯控制单元，用于实现所述核心控制模块与上 位机之间信息的通讯。
所述变频逆变模块进一步包括智能变频单元和控制单元；所述控制单元 进一步包括电流检测分析子单元与位置计算和变频时序控制子单元，所述电 流检测分析子单元，用于检测和分析母线电流，根据所述母线电流计算压缩 机的三相电流；所述位置计算和变频时序控制子单元，用于根据所述三相电 流，计算转子的位置信息和速度信息，控制所述智能变频单元输出的电流， 进而正弦直流变频驱动所述压缩才几。
所述功率因数矫正模块，用于在次回路上产生电流，使该电流通过二极
管输送到平波电容端，将交流电源的电流波形提前，改善电源中的电流谐波。 所述通讯控制单元进一步包括通讯数据接收子单元、通讯数据输出子单元和通讯时钟接收子单元，所述子单元分别用于与上位才几进行信息的通讯。 所述子单元分别用于与上位机进行信息的通讯中，所述通讯采用波特率
为1200的串行外设接口 SPI通讯模式。
所述子单元分别用于与上位机进行信息的通讯中，所述信息包括压缩机 的参数和控制指令。
所述核心控制模块采用32位单片机。
为达到上述目的，本发明的实施例的技术方案提出一种直流变频压缩 机智能控制方法，包括以下步骤
A、 核心控制模块与上位机通讯，传递相关信息；
B、 变频逆变才莫块通过正弦直流变频驱动压缩^L;
C、 矫正变频空调系统的功率因数。
所述步骤A中，所述核心控制模块与上位机之间传递的相关信息包括压 缩机的参数和控制指令。
所述步骤B进一步包括以下步骤
Bl、检测并分析母线电流，计算压缩机的三相电流；
B2、根据所述三相电流，利用所述运行的压缩机的参数计算压缩机转子 的位置信息和速度信息，控制智能变频单元输出的电流；
B3、根据所述智能变频单元输出的电流驱动所述压缩机。
所述步骤C进一步包括以下步骤
Cl、在正向电压还不足以使主回路整流桥导通时，进行脉冲宽度调制
PWM控制，将绝缘栅双击型场效应管IGBT导通；
C2、次回路上产生电流，所述电流在储能电感上储存能量；
C3、当所述电流达到由系统决定的数值后关断绝缘栅双击型场效应管
IGBT;
C4、将所述电感储存的电流通过二极管输送到平波电容端； C5、多次导通和关闭绝缘栅双击型场效应管IGBT; C6、将交流电源的电流波形提前。
本发明的实施例的技术方案通过智能控制器及其控制方法实现了直流变频压缩机的矢量变频控制和变频空调的功率因数校正，使直流变频空调 控制器的通用性更广，提高了空调系统的功率因数。
图1是180度正弦直流变频驱动压缩机的电流波形； 图2是本发明中功率因数矫正模块校正后的电流波形和功率因数矫正 模块控制信号波形；
图3是本发明直流变频压缩机智能控制器的结构示意图； 图4是本发明直流变频压缩机智能控制方法的实施例流程图。
具体实施例方式
有关本发明的特征与实际应用，现配合附图作最佳实施例详细说明如下 本发明的一种直流变频压缩机智能控制器如图3所示，包括核心控制模 块2、变频逆变模块1和功率因数矫正模块3。其中，核心控制模块2，采用 32位单片机，用于控制变频逆变模块1和功率因数矫正模块3;核心控制模 块2进一步包括通讯控制单元21 ，用于实现核心控制模块2与上位机之间信 息的通讯；通讯控制单元21进一步包括通讯时钟接收子单元213、通讯数据 接收子单元211和通讯数据输出子单元212,所述子单元分别用于与上位机进 行信息的通讯，所述信息包括压缩机的参数和控制指令，其通讯采用波特率 为1200的SPI ( Serial Peripheral Interface,串行外设接口 )通讯模式。变频逆 变模块l，用于正弦直流变频驱动压缩机，其进一步包括智能变频单元11和 控制单元12,控制单元12进一步包括电流4企测分析子单元121与位置计算和 变频时序控制子单元122，其中，电流检测分析子单元121,用于检测和分析 母线电流，根据所述母线电流计算压缩机的三相电流；位置计算和变频时序 控制子单元122，用于根据所述三相电流，计算转子的位置信息和速度信息， 控制智能变频单元ll输出的电流，进而正弦直流变频驱动所述压缩机。功率 因数矫正模块3，用于在次回路上产生电流，使该电流通过二极管输送到平波 电容端，将交流电源的电流波形提前，改善电源中的电流谐波，从而矫正变
频空调系统的功率因数。
实施例一，当采用图3所示的直流变频压缩机智能控制器，本发明的直 流变频压缩机智能控制方法的流程如图4所示，本发明包括以下步骤
步骤S101,核心控制模块2通过通讯控制单元21中的通讯时钟接收子单 元213、通讯数据接收子单元211和通讯数据输出子单元212与上位机通讯， 传递相关信息，所述相关信息包括压缩机的参数和控制指令。
步骤S102,变频逆变模块1通过正弦直流变频驱动压缩机，步骤S102 进一步包括以下步骤
电流检测分析子单元121检测并分析母线电流，计算压缩机的三相电流；
位置计算和变频时序控制子单元122根据所述三相电流，利用矢量控制 理论和所述压缩机的参数，计算转子的位置信息和速度信息，控制智能变频 单元11输出的电流；
变频逆变模块1根据所述智能变频单元11输出的电流正弦直流变频驱动 所述压缩一几运转。
步骤S103，矫正变频空调系统的功率因数，步骤S103进一步包括以下步
骤
功率因数矫正模块3在正向电压还不足以使主回路整流桥导通时，进行 PWM (Pulse Width Modulation,脉沖宽度调制)控制，将IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)导通；
在次回路上产生电流，所述电流在储能电感上储存能量；
当电流达到由系统决定的数值后，关断IGBT;
功率因数矫正模块3控制将所述电感储存的电流通过二极管输送到平波 电容端；
功率因数矫正模块3控制多次导通和关闭IGBT;
将交流电源的电流波形提前，改善电源中的电流谐波。
虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，
任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动
与润饰，这些更动与润饰也应^L为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于包括一核心控制模块、一变频逆变模块和一功率因数矫正模块，所述核心控制模块，用于控制所述变频逆变模块和所述功率因数矫正模块；所述变频逆变模块，用于正弦直流变频驱动压缩机；所述功率因数矫正模块，用于矫正变频空调系统的功率因数。
2、 如权利要求1所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于， 所述核心控制模块包括通讯控制单元，用于实现所述核心控制模块与上位机 之间信息的通讯。
3、 如权利要求1所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于， 所述变频逆变模块进一步包括智能变频单元和控制单元，所述控制单元进一步包括电流检测分析子单元与位置计算和变频时序控 制子单元；其中，所述电流检测分析子单元，用于检测和分析母线电流，根据所述 母线电流计算压缩机的三相电流；所述位置计算和变频时序控制子单元，用于根据所述三相电流，计算转 子的位置信息和速度信息，控制所述智能变频单元输出的电流，进而正弦直 流变频驱动所述压缩才几。
4、 如权利要求1所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于， 所述功率因数矫正模块，用于在次回路上产生电流，使该电流通过二极管输送到平波电容端，将交流电源的电流波形提前，改善电源中的电流谐波。
5、 如权利要求2所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于， 所述通讯控制单元进一步包括通讯数据接收子单元、通讯数据输出子单元和 通讯时钟接收子单元，所述子单元分别用于与上位机进行信息的通讯。
6、 如权利要求5所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于， 所述子单元分别用于与上位机进行信息的通讯中，所述通讯采用波特率为 1200的串行外设接口 SPI通讯模式。
7、 如权利要求5所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在于， 所述信息包括压缩机的参数和控制指令。
8、 如权利要求1或2所述的一种直流变频压缩机智能控制器，其特征在 于，所述核心控制模块采用32位单片机。
9、 一种直流变频压缩机智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤A、 核心控制模块与上位机通讯，传递相关信息；B、 变频逆变模块通过正弦直流变频驱动压缩机；C、 矫正变频空调系统的功率因数。
10、 如权利要求9所述一种直流变频压缩机智能控制方法，其特征在于， 所述步骤A中，所述核心控制模块与上位机之间传递的相关信息包括压缩机 的参数和控制指令。
11、 如权利要求9所述的一种直流变频压缩机智能控制方法，其特征在 于，所述步骤B进一步包括以下步骤Bl、检测并分析母线电流，计算压缩才几的三相电流； B2、根据所述三相电流，利用所述运行的压缩机的参数计算压缩机转子 的位置信息和速度信息，控制智能变频单元输出的电流；B3、根据所述智能变频单元输出的电流驱动所述压缩机。
12、 如权利要求9所述的一种直流变频压缩机智能控制方法，其特征在 于，所述步骤C进一步包括以下步骤Cl、在正向电压还不足以使主回路整流桥导通时，进行脉冲宽度调制PWM控制，将绝缘栅双击型场效应管IGBT导通；C2、次回路上产生电流，所述电流在储能电感上储存能量；C 3 、当所述电流达到由系统决定的数值后关断绝缘栅双击型场效应管IGBT;C4、将所述电感储存的电流通过二+及管输送到平波电容端； C5、多次导通和关闭绝緯^册双击型场效应管IGBT; C6、将交流电源的电流波形提前。
全文摘要
本发明公开了一种直流变频压缩机智能控制器，包括一核心控制模块、一变频逆变模块和一功率因数矫正模块。核心控制模块，用于控制变频逆变模块和功率因数矫正模块；变频逆变模块，用于正弦直流变频驱动压缩机；功率因数矫正模块，用于矫正变频空调系统的功率因数。本发明还公开了一种直流变频压缩机智能控制方法，首先将核心控制模块与上位机通讯，传递相关信息，其次将变频逆变模块通过正弦直流变频驱动压缩机，最后矫正变频空调系统的功率因数。本发明实现了直流变频压缩机的矢量变频控制和变频空调的功率因数校正，使直流变频空调控制器的通用性更广，提高了空调系统的功率因数。
文档编号H02P21/00GK101192807SQ200610144999
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月29日 优先权日2006年11月29日
发明者刘俊杰, 程永甫, 谷东照, 马德新 申请人:海尔集团公司;青岛海尔空调器有限总公司