压缩机的控制装置及具有其的压缩机控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压缩机的控制装置及具有其的压缩机控制系统，其中控制装置包括：电流电压采集模块，用于采集压缩机的三相电流和直流母线电压；转子位置检测模块，用于获取压缩机的转子位置估计值和转速估计值；电流变换模块，用于对三相电流进行变换以生成d轴电流和q轴电流；转速控制模块，用于生成d轴电流指令和q轴电流指令；电流控制模块，用于生成d轴电压初始指令和q轴电压初始指令；电压补偿模块，用于生成d轴补偿电压和q轴补偿电压；矢量控制模块，用于生成d轴电压指令和q轴电压指令，以及根据d轴电压指令和q轴电压指令对压缩机进行矢量控制。本发明的压缩机的控制装置通过抑制d/q轴电流的波动，提高压缩机驱动的效率。
【专利说明】压缩机的控制装置及具有其的压缩机控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及压缩机控制【技术领域】，特别涉及一种压缩机的控制装置以及一种具有该控制装置的压缩机控制系统。
【背景技术】
[0002]随着社会对节能减排重视程度的日益提高，变频空调的效率提升受到越来越多的关注。由于压缩机的消耗功率占变频空调总功率的绝大部分，因此，对压缩机的控制在变频空调的效率提升方面起到关键的作用。
[0003]目前，各空调厂家一般都是对变频空调中压缩机控制装置进行优化设计，以达到变频空调节能的效果。例如在相关技术中，通过采用最大扭矩电流比的控制方式，压缩机控制装置能令压缩机的铜耗在稳态意义下达到最小；或者，通过采用过调制方式，压缩机控制装置能输出幅值更大的交流电压，从而减小弱磁的深度，以实现压缩机运行效率的提高；还通过采用两相调制方式，可减小压缩机控制系统中功率器件的开关次数，有效降低压缩机控制装置自身损耗，从而提升压缩机的运行效率。
[0004]然而，相关技术中对压缩机控制装置优化设计虽然都能对空调效率的提升起到一定的作用，但效果并不十分明显，因此，需要进行改进。
【发明内容】
[0005]本申请是基于发明人对以下问题和事实的认识发现作出的:
[0006]相关技术中对压缩机控制装置优化设计都未对压缩机负载的波动特性进行分析与综合，未能消除因压缩机相电流波动造成的额外功率损耗。
[0007]由于制造成本与效率方面的优势，在目前空调行业中，家用变频空调主要使用单转子压缩机，并且由于单转子压缩机存在压缩与排气的循环运行过程，其负载随转子角度发生周期性变化。
[0008]进一步地，由于压缩机转速波动一方面会引起反电势波动，进而通过电压与电流之间关系产生频率与转速一致的电流波动；另一方面由于转速与d/q轴电流存在一定的耦合关系，因此压缩机转速波动可通过耦合项产生频率与转速一致的电流波动，从而可知，单转子压缩机在运行过程中存在d/q轴电流的波动，且波动的频率与压缩机运行频率一致。
[0009]这种d/q轴电流的波动，一方面会加大压缩机自身的铜耗，另一方面会增大压缩机的无功功率，从而加大了流过压缩机控制系统中功率器件的电流，造成压缩机控制装置效率降低。
[0010]本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。
[0011]为此，针对d/q轴电流波动引起压缩机额外功率损耗的问题，本发明的一个目的在于提出一种压缩机的控制装置，通过抑制d/q轴电流的波动，提高压缩机驱动的效率。
[0012]本发明的另一个目的在于提出一种压缩机控制系统。
[0013]为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种压缩机的控制装置，包括:电流电压采集模块，所述电流电压采集模块用于采集所述压缩机的三相电流和直流母线电压；转子位置检测模块，所述转子位置检测模块用于根据所述压缩机的d轴电流、q轴电流以及所述压缩机的d轴电压指令、q轴电压指令获取所述压缩机的转子位置估计值和转速估计值；电流变换模块，所述电流变换模块用于根据所述转子位置估计值对所述三相电流进行变换以生成所述d轴电流和q轴电流；转速控制模块，所述转速控制模块用于根据所述压缩机的给定转速指令和所述转速估计值生成d轴电流指令和q轴电流指令；电流控制模块，所述电流控制模块用于根据所述d轴电流和所述d轴电流指令生成d轴电压初始指令，并根据所述q轴电流和所述q轴电流指令生成q轴电压初始指令；电压补偿模块，所述电压补偿模块根据所述转子位置估计值、所述d轴电流和q轴电流生成d轴补偿电压和q轴补偿电压；以及矢量控制模块，所述矢量控制模块用于根据所述d轴电压初始指令和所述d轴补偿电压生成所述d轴电压指令，并根据所述q轴电压初始指令和所述q轴补偿电压生成所述q轴电压指令，以及根据所述d轴电压指令和q轴电压指令对所述压缩机进行矢量控制。
[0014]根据本发明实施例的压缩机的控制装置，通过将d轴补偿电压和q轴补偿电压分别叠加到对应的d轴电压初始指令和q轴电压初始指令后以对压缩机进行矢量控制，从而可抑制d轴电流波动和q轴电流波动，能够减少压缩机自身的铜耗，减小压缩机的无功功率，提高了压缩机的驱动效率。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述电压补偿模块进一步包括:d/q轴电流基波成分检测子模块，所述d/q轴电流基波成分检测子模块用于根据所述转子位置估计值和所述d轴电流生成d轴电流的余弦分量和正弦分量，并根据所述转子位置估计值和所述q轴电流生成q轴电流的余弦分量和正弦分量；d/q轴电压补偿子模块，所述d/q轴电压补偿子模块用于根据所述转子位置估计值、所述d轴电流的余弦分量和正弦分量生成所述d轴补偿电压，并根据所述转子位置估计值、所述q轴电流的余弦分量和正弦分量生成所述q轴补偿电压。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述d/q轴电流基波成分检测子模块具体包括:角度转换单元，所述角度转换单元用于将所述转子位置估计值对应的转子角度电气角转换为转子角度机械角；余弦计算单元，所述余弦计算单元用于对所述转子角度机械角进行余弦计算以获得余弦值；正弦计算单元，所述正弦计算单元用于对所述转子角度机械角进行正弦计算以获得正弦值；第一乘法器，所述第一乘法器用于将所述d轴电流或q轴电流与所述余弦值进行相乘；第一低通滤波器，所述第一低通滤波器用于对与所述余弦值相乘后的所述d轴电流进行低通滤波处理以获得所述d轴电流的余弦分量，并对与所述余弦值相乘后的所述q轴电流进行低通滤波处理以获得所述q轴电流的余弦分量；第二乘法器，所述第二乘法器用于将所述d轴电流或q轴电流与所述正弦值进行相乘；第二低通滤波器，所述第二低通滤波器用于对与所述正弦值相乘后的所述d轴电流进行低通滤波处理以获得所述d轴电流的正弦分量，并对与所述正弦值相乘后的所述q轴电流进行低通滤波处理以获得所述q轴电流的正弦分量。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述d/q轴电压补偿子模块具体包括:第一 PI控制器，所述第一 PI控制器用于分别对所述d轴电流的余弦分量和所述q轴电流的余弦分量进行PI控制；第三乘法器，所述第三乘法器用于将进行PI控制后的d轴电流的余弦分量与所述余弦值相乘以输出第一值，并将进行PI控制后的q轴电流的余弦分量与所述余弦值相乘以输出第二值；第二 PI控制器，所述第二 PI控制器用于分别对所述d轴电流的正弦分量和所述q轴电流的正弦分量进行PI控制；第四乘法器，所述第四乘法器用于将进行PI控制后的d轴电流的正弦分量与所述正弦值相乘以输出第三值，并将进行PI控制后的q轴电流的正弦分量与所述正弦值相乘以输出第四值；叠加单元，所述叠加单元用于对所述第一值和所述第三值进行叠加以输出所述d轴补偿电压，并对所述第二值和所述第四值进行叠加以输出所述q轴补偿电压。
[0018]根据本发明的一个实施例，所述角度转换单元通过以下公式获得所述转子角度机械角:
【权利要求】
1.一种压缩机的控制装置，其特征在于，包括: 电流电压采集模块，所述电流电压采集模块用于采集所述压缩机的三相电流和直流母线电压； 转子位置检测模块，所述转子位置检测模块用于根据所述压缩机的d轴电流、q轴电流以及所述压缩机的d轴电压指令、q轴电压指令获取所述压缩机的转子位置估计值和转速估计值； 电流变换模块，所述电流变换模块用于根据所述转子位置估计值对所述三相电流进行变换以生成所述d轴电流和q轴电流； 转速控制模块，所述转速控制模块用于根据所述压缩机的给定转速指令和所述转速估计值生成d轴电流指令和q轴电流指令； 电流控制模块，所述电流控制模块用于根据所述d轴电流和所述d轴电流指令生成d轴电压初始指令，并根据所述q轴电流和所述q轴电流指令生成q轴电压初始指令； 电压补偿模块，所述电压补偿模块根据所述转子位置估计值、所述d轴电流和q轴电流生成d轴补偿电压和q轴补偿电压；以及 矢量控制模块，所述矢量控制模块用于根据所述d轴电压初始指令和所述d轴补偿电压生成所述d轴电压指令，并根据所述q轴电压初始指令和所述q轴补偿电压生成所述q轴电压指令，以及根 据所述d轴电压指令和q轴电压指令对所述压缩机进行矢量控制。
2.如权利要求1所述的压缩机的控制装置，其特征在于，所述电压补偿模块进一步包括: d/q轴电流基波成分检测子模块，所述d/q轴电流基波成分检测子模块用于根据所述转子位置估计值和所述d轴电流生成d轴电流的余弦分量和正弦分量，并根据所述转子位置估计值和所述q轴电流生成q轴电流的余弦分量和正弦分量； d/q轴电压补偿子模块，所述d/q轴电压补偿子模块用于根据所述转子位置估计值、所述d轴电流的余弦分量和正弦分量生成所述d轴补偿电压，并根据所述转子位置估计值、所述q轴电流的余弦分量和正弦分量生成所述q轴补偿电压。
3.如权利要求2所述的压缩机的控制装置，其特征在于，所述d/q轴电流基波成分检测子模块具体包括: 角度转换单元，所述角度转换单元用于将所述转子位置估计值对应的转子角度电气角转换为转子角度机械角； 余弦计算单元，所述余弦计算单元用于对所述转子角度机械角进行余弦计算以获得余弦值； 正弦计算单元，所述正弦计算单元用于对所述转子角度机械角进行正弦计算以获得正弦值； 第一乘法器，所述第一乘法器用于将所述d轴电流或q轴电流与所述余弦值进行相乘； 第一低通滤波器，所述第一低通滤波器用于对与所述余弦值相乘后的所述d轴电流进行低通滤波处理以获得所述d轴电流的余弦分量，并对与所述余弦值相乘后的所述q轴电流进行低通滤波处理以获得所述q轴电流的余弦分量； 第二乘法器，所述第二乘法器用于将所述d轴电流或q轴电流与所述正弦值进行相乘； 第二 低通滤波器，所述第二低通滤波器用于对与所述正弦值相乘后的所述d轴电流进行低通滤波处理以获得所述d轴电流的正弦分量，并对与所述正弦值相乘后的所述q轴电流进行低通滤波处理以获得所述q轴电流的正弦分量。
4.如权利要求3所述的压缩机的控制装置，其特征在于，所述d/q轴电压补偿子模块具体包括: 第一 PI控制器，所述第一 PI控制器用于分别对所述d轴电流的余弦分量和所述q轴电流的余弦分量进行PI控制； 第三乘法器，所述第三乘法器用于将进行PI控制后的d轴电流的余弦分量与所述余弦值相乘以输出第一值，并将进行PI控制后的q轴电流的余弦分量与所述余弦值相乘以输出第二值； 第二 PI控制器，所述第二 PI控制器用于分别对所述d轴电流的正弦分量和所述q轴电流的正弦分量进行PI控制； 第四乘法器，所述第四乘法器用于将进行PI控制后的d轴电流的正弦分量与所述正弦值相乘以输出第三值，并将进行PI控制后的q轴电流的正弦分量与所述正弦值相乘以输出第四值； 叠加单元,所述叠加单元用于对所述第一值和所述第三值进行叠加以输出所述d轴补偿电压，并对所述第二值和所述第四值进行叠加以输出所述q轴补偿电压。
5.如权利要求3所述的压缩机的控制装置，其特征在于，所述角度转换单元通过以下公式获得所述转子角度机械角:
6.如权利要求1-5中任一项所述的压缩机的控制装置，其特征在于，所述矢量控制模块进一步包括: 电压指令生成子模块，所述电压指令生成子模块用于根据所述d轴电压初始指令和所述d轴补偿电压生成所述d轴电压指令，并根据所述q轴电压初始指令和所述q轴补偿电压生成所述q轴电压指令； 电压变换子模块，所述电压变换子模块用于根据所述转子位置估计值对所述d轴电压指令和q轴电压指令进行变换以生成三相电压指令； PWM控制信号生成子模块，所述PWM控制信号生成子模块根据所述三相电压指令和所述直流母线电压生成PWM控制信号以对所述压缩机进行矢量控制。
7.—种压缩机控制系统，其特征在于，包括:压缩机；以及如权利要求1-6中任一项所述的压缩机的控制装置。
8.如权利要求7所述的压缩机控制系统，其特征在于，所述压缩机为单转子压缩机。
【文档编号】H02P21/14GK103953546SQ201410150843
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】张国柱 申请人:广东美的制冷设备有限公司