專利名稱：一種直流變頻壓縮機智能控制器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及直流變頻空調技術領域，特別是涉及一種直流變頻壓縮機智 能控制器及其控制方法。
背景技術：
隨著世界范圍內能源危機的到來，各國政府都在為經濟可持續發展的目的 積極地推廣節能降耗技術。作為家庭用電的主要設備，直流變頻空調器因為 良好的節能性、精確控溫、超低溫啟動、快速制熱等特點而越來越受到廣大 用戶的喜愛，直流變頻空調也必然成為空調技術的發展方向。
在直流變頻空調技術領域，按壓縮機控制方案來分有兩種， 一種是用120 度控制的方案，又叫梯形波控制方案，這種控制方式簡單，對壓縮機的參數 依賴性低，不過該控制方式對壓縮機的利用效率低，頻率特性差，低頻振動 大，高頻噪聲大，不能很好的發揮直流變頻壓縮機的優點；另一種控制方式 是180度控制方案，又叫正弦直流變頻控制方案或矢量直流變頻控制方案。 這種控制方案在檢測轉子位置時不需要不導通相，變頻驅動模式用180度正 弦波直流變頻模式，大大提高了壓縮機的使用效率，而且該控制方式的頻率 特性也遠好于120度控制方式。但是180度直流變頻控制技術難度大，需要 建立復雜的數學模型，需要使用高速芯片才能完成相關運算，而且180度控 制方式對壓縮機的參數依賴性強，所以使用這種控制方式的直流變頻空調控 制器的通用性很差， 一般一個控制器只能控制一款壓縮機。
變頻空調中，其功率前級一般都采用二極管全橋整流方式，造成電網諧 波污染，功率因數下降。諧波產生的根本原因是由于非線性負載所致。當電 流流經負載時，與所加的電壓不成線性關系，就形成非正弦電流，從而產生 諧波。在空調變頻控制系統中，220VAC的交流電源經過整流橋整流、大功率 晶體管逆變，結果是在輸入輸出回路產生電流高次諧波。電流諧波可造成電
網電壓的嚴重畸變；電纜電線過熱，絕緣老化加速，損壞并導致線間短路和 接地故障并引起電器火災和人身電擊事故；整流后的平波電容器過熱，易損 壞，壽命短；系統的功率因數降低等危害，對電網和其他用電設備的安全運
行造成潛在危害。由于變頻空調的使用量大面廣，其危害更加嚴重。所以一 個完善的變頻空調控制系統需要有諧波抑制和功率因數校正方案，應用于變 頻空調中去實現其功率因數校正，原來的直流變頻方案一般采用附加功率因 數矯正模塊的方法來解決這個問題，功率因數矯正模塊需要價格很貴的專用 控制芯片來控制，從而增加了變頻空調方案的成本，降低了市場竟爭力。
發明內容
本發明要解決的問題是提供一種直流變頻壓縮機智能控制器及其控制 方法，實現直流變頻壓縮機的矢量變頻控制和變頻空調的功率因數校正。
為達到上述目的，本發明的實施例的技術方案提出一種直流變頻壓縮 機智能控制器，包括一核心控制模塊、 一變頻逆變模塊和一功率因數矯正模
塊；所述核心控制模塊，用于控制所述變頻逆變模塊和所述功率因數矯正模 塊；所述變頻逆變才莫塊，用于正弦直流變頻驅動壓縮^a;所述功率因數矯正 模塊，用于矯正變頻空調系統的功率因數。
所述核心控制模塊包括通訊控制單元，用于實現所述核心控制模塊與上 位機之間信息的通訊。
所述變頻逆變模塊進一步包括智能變頻單元和控制單元；所述控制單元 進一步包括電流檢測分析子單元與位置計算和變頻時序控制子單元，所述電 流檢測分析子單元，用于檢測和分析母線電流，根據所述母線電流計算壓縮 機的三相電流；所述位置計算和變頻時序控制子單元，用于根據所述三相電 流，計算轉子的位置信息和速度信息，控制所述智能變頻單元輸出的電流， 進而正弦直流變頻驅動所述壓縮才幾。
所述功率因數矯正模塊，用于在次回路上產生電流，使該電流通過二極
管輸送到平波電容端，將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波。 所述通訊控制單元進一步包括通訊數據接收子單元、通訊數據輸出子單元和通訊時鐘接收子單元，所述子單元分別用于與上位才幾進行信息的通訊。 所述子單元分別用于與上位機進行信息的通訊中，所述通訊采用波特率
為1200的串行外設接口 SPI通訊模式。
所述子單元分別用于與上位機進行信息的通訊中，所述信息包括壓縮機 的參數和控制指令。
所述核心控制模塊采用32位單片機。
為達到上述目的，本發明的實施例的技術方案提出一種直流變頻壓縮 機智能控制方法，包括以下步驟
A、 核心控制模塊與上位機通訊，傳遞相關信息；
B、 變頻逆變才莫塊通過正弦直流變頻驅動壓縮^L;
C、 矯正變頻空調系統的功率因數。
所述步驟A中，所述核心控制模塊與上位機之間傳遞的相關信息包括壓 縮機的參數和控制指令。
所述步驟B進一步包括以下步驟
Bl、檢測并分析母線電流，計算壓縮機的三相電流；
B2、根據所述三相電流，利用所述運行的壓縮機的參數計算壓縮機轉子 的位置信息和速度信息，控制智能變頻單元輸出的電流；
B3、根據所述智能變頻單元輸出的電流驅動所述壓縮機。
所述步驟C進一步包括以下步驟
Cl、在正向電壓還不足以使主回路整流橋導通時，進行脈沖寬度調制
PWM控制，將絕緣柵雙擊型場效應管IGBT導通；
C2、次回路上產生電流，所述電流在儲能電感上儲存能量；
C3、當所述電流達到由系統決定的數值后關斷絕緣柵雙擊型場效應管
IGBT;
C4、將所述電感儲存的電流通過二極管輸送到平波電容端； C5、多次導通和關閉絕緣柵雙擊型場效應管IGBT; C6、將交流電源的電流波形提前。
本發明的實施例的技術方案通過智能控制器及其控制方法實現了直流變頻壓縮機的矢量變頻控制和變頻空調的功率因數校正，使直流變頻空調 控制器的通用性更廣，提高了空調系統的功率因數。
圖1是180度正弦直流變頻驅動壓縮機的電流波形； 圖2是本發明中功率因數矯正模塊校正后的電流波形和功率因數矯正 模塊控制信號波形；
圖3是本發明直流變頻壓縮機智能控制器的結構示意圖； 圖4是本發明直流變頻壓縮機智能控制方法的實施例流程圖。
具體實施例方式
有關本發明的特征與實際應用，現配合附圖作最佳實施例詳細說明如下 本發明的一種直流變頻壓縮機智能控制器如圖3所示，包括核心控制模 塊2、變頻逆變模塊1和功率因數矯正模塊3。其中，核心控制模塊2，采用 32位單片機，用于控制變頻逆變模塊1和功率因數矯正模塊3;核心控制模 塊2進一步包括通訊控制單元21 ，用于實現核心控制模塊2與上位機之間信 息的通訊；通訊控制單元21進一步包括通訊時鐘接收子單元213、通訊數據 接收子單元211和通訊數據輸出子單元212,所述子單元分別用于與上位機進 行信息的通訊，所述信息包括壓縮機的參數和控制指令，其通訊采用波特率 為1200的SPI ( Serial Peripheral Interface,串行外設接口 )通訊模式。變頻逆 變模塊l，用于正弦直流變頻驅動壓縮機，其進一步包括智能變頻單元11和 控制單元12,控制單元12進一步包括電流4企測分析子單元121與位置計算和 變頻時序控制子單元122，其中，電流檢測分析子單元121,用于檢測和分析 母線電流，根據所述母線電流計算壓縮機的三相電流；位置計算和變頻時序 控制子單元122，用于根據所述三相電流，計算轉子的位置信息和速度信息， 控制智能變頻單元ll輸出的電流，進而正弦直流變頻驅動所述壓縮機。功率 因數矯正模塊3，用于在次回路上產生電流，使該電流通過二極管輸送到平波 電容端，將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波，從而矯正變
頻空調系統的功率因數。
實施例一，當采用圖3所示的直流變頻壓縮機智能控制器，本發明的直 流變頻壓縮機智能控制方法的流程如圖4所示，本發明包括以下步驟
步驟S101,核心控制模塊2通過通訊控制單元21中的通訊時鐘接收子單 元213、通訊數據接收子單元211和通訊數據輸出子單元212與上位機通訊， 傳遞相關信息，所述相關信息包括壓縮機的參數和控制指令。
步驟S102,變頻逆變模塊1通過正弦直流變頻驅動壓縮機，步驟S102 進一步包括以下步驟
電流檢測分析子單元121檢測并分析母線電流，計算壓縮機的三相電流；
位置計算和變頻時序控制子單元122根據所述三相電流，利用矢量控制 理論和所述壓縮機的參數，計算轉子的位置信息和速度信息，控制智能變頻 單元11輸出的電流；
變頻逆變模塊1根據所述智能變頻單元11輸出的電流正弦直流變頻驅動 所述壓縮一幾運轉。
步驟S103，矯正變頻空調系統的功率因數，步驟S103進一步包括以下步
驟
功率因數矯正模塊3在正向電壓還不足以使主回路整流橋導通時，進行 PWM (Pulse Width Modulation,脈沖寬度調制)控制，將IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)導通；
在次回路上產生電流，所述電流在儲能電感上儲存能量；
當電流達到由系統決定的數值后，關斷IGBT;
功率因數矯正模塊3控制將所述電感儲存的電流通過二極管輸送到平波 電容端；
功率因數矯正模塊3控制多次導通和關閉IGBT;
將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波。
雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，
任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動
與潤飾，這些更動與潤飾也應^L為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于包括一核心控制模塊、一變頻逆變模塊和一功率因數矯正模塊，所述核心控制模塊，用于控制所述變頻逆變模塊和所述功率因數矯正模塊；所述變頻逆變模塊，用于正弦直流變頻驅動壓縮機；所述功率因數矯正模塊，用于矯正變頻空調系統的功率因數。
2、 如權利要求1所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于， 所述核心控制模塊包括通訊控制單元，用于實現所述核心控制模塊與上位機 之間信息的通訊。
3、 如權利要求1所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于， 所述變頻逆變模塊進一步包括智能變頻單元和控制單元，所述控制單元進一步包括電流檢測分析子單元與位置計算和變頻時序控 制子單元；其中，所述電流檢測分析子單元，用于檢測和分析母線電流，根據所述 母線電流計算壓縮機的三相電流；所述位置計算和變頻時序控制子單元，用于根據所述三相電流，計算轉 子的位置信息和速度信息，控制所述智能變頻單元輸出的電流，進而正弦直 流變頻驅動所述壓縮才幾。
4、 如權利要求1所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于， 所述功率因數矯正模塊，用于在次回路上產生電流，使該電流通過二極管輸送到平波電容端，將交流電源的電流波形提前，改善電源中的電流諧波。
5、 如權利要求2所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于， 所述通訊控制單元進一步包括通訊數據接收子單元、通訊數據輸出子單元和 通訊時鐘接收子單元，所述子單元分別用于與上位機進行信息的通訊。
6、 如權利要求5所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于， 所述子單元分別用于與上位機進行信息的通訊中，所述通訊采用波特率為 1200的串行外設接口 SPI通訊模式。
7、 如權利要求5所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在于， 所述信息包括壓縮機的參數和控制指令。
8、 如權利要求1或2所述的一種直流變頻壓縮機智能控制器，其特征在 于，所述核心控制模塊采用32位單片機。
9、 一種直流變頻壓縮機智能控制方法，其特征在于，包括以下步驟A、 核心控制模塊與上位機通訊，傳遞相關信息；B、 變頻逆變模塊通過正弦直流變頻驅動壓縮機；C、 矯正變頻空調系統的功率因數。
10、 如權利要求9所述一種直流變頻壓縮機智能控制方法，其特征在于， 所述步驟A中，所述核心控制模塊與上位機之間傳遞的相關信息包括壓縮機 的參數和控制指令。
11、 如權利要求9所述的一種直流變頻壓縮機智能控制方法，其特征在 于，所述步驟B進一步包括以下步驟Bl、檢測并分析母線電流，計算壓縮才幾的三相電流； B2、根據所述三相電流，利用所述運行的壓縮機的參數計算壓縮機轉子 的位置信息和速度信息，控制智能變頻單元輸出的電流；B3、根據所述智能變頻單元輸出的電流驅動所述壓縮機。
12、 如權利要求9所述的一種直流變頻壓縮機智能控制方法，其特征在 于，所述步驟C進一步包括以下步驟Cl、在正向電壓還不足以使主回路整流橋導通時，進行脈沖寬度調制PWM控制，將絕緣柵雙擊型場效應管IGBT導通；C2、次回路上產生電流，所述電流在儲能電感上儲存能量；C 3 、當所述電流達到由系統決定的數值后關斷絕緣柵雙擊型場效應管IGBT;C4、將所述電感儲存的電流通過二+及管輸送到平波電容端； C5、多次導通和關閉絕緯^冊雙擊型場效應管IGBT; C6、將交流電源的電流波形提前。
全文摘要
本發明公開了一種直流變頻壓縮機智能控制器，包括一核心控制模塊、一變頻逆變模塊和一功率因數矯正模塊。核心控制模塊，用于控制變頻逆變模塊和功率因數矯正模塊；變頻逆變模塊，用于正弦直流變頻驅動壓縮機；功率因數矯正模塊，用于矯正變頻空調系統的功率因數。本發明還公開了一種直流變頻壓縮機智能控制方法，首先將核心控制模塊與上位機通訊，傳遞相關信息，其次將變頻逆變模塊通過正弦直流變頻驅動壓縮機，最后矯正變頻空調系統的功率因數。本發明實現了直流變頻壓縮機的矢量變頻控制和變頻空調的功率因數校正，使直流變頻空調控制器的通用性更廣，提高了空調系統的功率因數。
文檔編號H02P21/00GK101192807SQ200610144999
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月29日 優先權日2006年11月29日
發明者劉俊杰, 程永甫, 谷東照, 馬德新 申請人:海爾集團公司;青島海爾空調器有限總公司