一種用于永磁同步電機的功率因數校正方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于永磁同步電機的功率因數校正方法，所述方法根據負荷的大小自動調節系統所需升壓比，并根據升壓比設置斬波停止條件，從而可以有效的控制功率開關在一個電壓波形周期內的開關區域，在永磁同步電機運行于低頻時，此時平均電源電流小于預定值，不進行功率因數校正，在永磁同步電機運行于中高頻時，此時平均電源電流大于等于預定值，設定周期內系統所需升壓比控制為設定值，并且根據負荷的增大，設定升壓比提升的控制條件值，當達到條件值時，提高升壓比，使得功率因數校正開關領域增加或轉變為完全有源功率因數校正，從而有效的利用電源電壓，使電動機運行到更高的頻率。
【專利說明】—種用于永磁同步電機的功率因數校正方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及永磁同步電機控制領域，尤其涉及一種用于永磁同步電機的功率因數校正方法。
【背景技術】
[0002]變頻式空調器體現了現代電力電子技術和微電控制技術的應用成果，具有節能、高效、舒適的優勢，有廣闊地發展前景。而由于變頻器供電的特點以及壓縮機運行的特殊性，普通異步電機往往會出現效率低，噪聲大等問題，難以達到較好的運行性能。永磁式同步電動機具有結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等特點。和異步電動機相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測、控制性能好。永磁同步電機矢量控制系統能夠實現高精度、高動態性能、大范圍的調速控制，因此永磁同步電機矢量控制系統廣泛應用于在變頻空調中。
[0003]功率因數(Power Factor)是指有效功率和視在功率的比值，輸入電壓和電流之間的相位差以及電流或電壓波形的畸變均會導致電路功率因數下降導致系統無功功率上升，增加系統能耗。
[0004]為提高電源的利用率，提高功率因數，大多永磁同步電機的前級AC-DC電路都采用功率因數校正(Power Factor Correction, PFC)電路,用于提高電源的功率因數,從而提高直流母線電壓，一方面降低了電源整流回路的諧波含量，另一方面提高了變頻器的輸入電壓，使壓縮機可以運行到更高頻頻率。現有的功率因數控制方法一般分為三種方法，第一種采用無源PFC方法，無源PFC方法通過在電路中設置電感或電容改變電源輸入電壓和電流的相位差，從而提高功率因數。但是，無源PFC方案的缺點是采用大電感量的電抗器和交流電容，成本高，體積大，功率因數提高不夠理想，一般在0.9左右。
[0005]第二種方案稱為完全有源PFC方法，這種PFC方法采用是功率因數提高比較理想。有源PFC方案的基本原理是在電源的整流電路和濾波電容之間增加一個DC - DC的升壓斬波電路，如圖1所示，通過脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM)驅動器控制高頻功率開關期間(圖中示出為絕緣柵極雙極性晶體管IGBT)在整個電壓波形周期內反復開關從而調節電感工作狀態，對電路因整流引起的波形畸變進行補償，進而實現PFC控制。對于供電線路來說，該整流電路輸出沒有直接接濾波電容，所以其對于供電線路來說呈現的是純阻性的負載，其電壓和電流波形同相、相位相同。但采用完全有源PFC控制，在一個周期內，驅動器IGBT的開關次數滿負荷運行，開關損耗增大，溫升提高，從而導致必須采用大額定電流的IGBT，并同時加大散熱裝置，散熱體積增大，導致成本上升。
【發明內容】
[0006]本發明目的是提供一種效率更高，開關損耗低，散熱體積較小的PFC方法。
[0007]本發明公開了一種用于永磁同步電機的功率因數校正方法，包括:
[0008]步驟100、設置當前周期系統所需升壓比為設定升壓比；[0009]步驟200、基于當前周期的系統所需升壓比確定斬波停止條件，根據斬波停止條件控制功率因數校正電路的功率開關在周期內的運行時間區域實現功率因子校正；其中，所述斬波停止條件為IisI UJfflean, |is|為當前電源電流絕對值，IisImean為平均電源電流，a為當前周期系統所需升壓比；
[0010]步驟300、同時進行兩個條件判斷，判斷功率因數校正電路的直流輸出電壓是否小于預先設定的母線最大電壓閾值，以及判斷永磁同步電機勵磁電流是否大于預先設定的勵磁電流閾值；如果兩個判斷結果均為是，則執行步驟400 ;如果兩個判斷結果均為否，則執行步驟500 ;如果兩個判斷結果一個為是一個為否；則執行步驟600 ；
[0011]步驟400、將下一周期系統所需升壓比提高第一步進值，執行步驟700 ；
[0012]步驟500、保持下一周期系統所需升壓比不變，執行步驟700 ；
[0013]步驟600、將下一周期系統所需升壓比降低第二步進值；
[0014]步驟700、下一周期開始時轉步驟200。
[0015]優選地，所述根據斬波停止條件控制功率因數校正電路的功率開關在周期內的運行時間區域實現功率因子校正包括:
[0016]判斷斬波停止條件是否滿足，如果滿足，則控制器輸出信號控制脈沖寬度調制(PWM)驅動器停止向功率開關提供PWM信號，從而停止開關功率進行斬波操作；如果不滿足，則控制器控制PWM驅動器持續向功率開關提供PWM信號保持進行斬波操作。
[0017]優選地，所述設定升壓比為系統預設值，取值為1.10至1.38。
[0018]優選地，所述第一步進值和第二步進值相等均為0.02。
[0019]優選地，所述勵磁電流閾值根據下式計算得到:
[0020]
【權利要求】
1.一種用于永磁同步電機的功率因數校正方法，包括: 步驟100、設置當前周期系統所需升壓比為設定升壓比； 步驟200、基于當前周期的系統所需升壓比確定斬波停止條件，根據斬波停止條件控制功率因數校正電路的功率開關在周期內的運行時間區域實現功率因子校正；其中，所述斬波停止條件為IisI≤a.IsIfflean, IisI為當前電源電流絕對值，|is|_n為平均電源電流，a為當前周期系統所需升壓比； 步驟300、同時進行兩個條件判斷，判斷功率因數校正電路的直流輸出電壓是否小于預先設定的母線最大電壓閾值，以及判斷永磁同步電機勵磁電流是否大于預先設定的勵磁電流閾值；如果兩個判斷結果均為是，則執行步驟400 ;如果兩個判斷結果均為否，則執行步驟500 ;如果兩個判斷結果一個為是一個為否；則執行步驟600 ； 步驟400、將下一周期系統所需升壓比提高第一步進值，執行步驟700 ； 步驟500、保持下一周期系統所需升壓比不變，執行步驟700 ； 步驟600、將下一周期系統所需升壓比降低第二步進值； 步驟700、下一周期開始時轉步驟200。
2.權利要求1所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于所述根據斬波停止條件控制功率因數校正電路的功率開關在周期內的運行時間區域實現功率因子校正包括: 判斷斬波停止條件是否滿足，如果滿足，則控制器輸出信號控制脈沖寬度調制(PWM)驅動器停止向功率開關提供PW M信號 ，從而停止開關功率進行斬波操作；如果不滿足，則控制器控制PWM驅動器持續向功率開關提供PWM信號保持進行斬波操作。
3.權利要求1所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于，所述設定升壓比為系統預設值，取值為1.10至2。
4.如權利要求3所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于，所述第一步進值和第二步進值相等，均為0.02。
5.如權利要求1所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于，所述勵磁電流閾值根據下式計算得到:
limit =^ — SCt -1Ld 其中，Ituimit為所述勵磁電流閾值，kE為永磁同步電機的感應電壓常數，Ld為永磁同步電機的d軸電感，B_set為取值大于O小于I的權值。
6.如權利要 求1所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于，所述功率因數校正電路為連接在整流電路后與同步電機逆變器之間的斬波電路，所述功率因數校正電路按PWM信號控制功率開關反復開關對整流電路的輸出電壓進行斬波以提高電路功率因數。
7.一種用于永磁同步電機的功率因數校正方法，包括: 步驟100、設置當前周期系統所需升壓比為設定升壓比； 步驟200、判斷平均電源電流是否大于電源電流閾值，如果大于，執行步驟300 ;如果小于，則在本周期停止進行PFC控制，下一周期開始重新進行步驟200 ；步驟300、基于當前周期的系統所需升壓比確定斬波停止條件，根據斬波停止條件控制功率因數校正電路的功率開關在周期內的運行時間區域實現功率因子校正；其中，所述斬波停止條件為|is| UJfflean, |is|為當前電源電流絕對值，|is|_n為平均電源電流，a為當前周期系統所需升壓比； 步驟400、同時進行兩個條件判斷，判斷功率因數校正電路的直流輸出電壓是否小于預先設定的母線最大電壓閾值，以及判斷永磁同步電機勵磁電流是否大于預先設定的勵磁電流閾值；如果兩個判斷結果均為是，則執行步驟500 ;如果兩個判斷結果均為否，則執行步驟600 ;如果兩個判斷結果一個為是一個為否；則執行步驟700 ； 步驟500、將下一周期系統所需升壓比提高第一步進值，執行步驟700 ； 步驟600、保持下一周期系統所需升壓比不變，執行步驟700 ； 步驟700、將下一周期系統所需升壓比降低第二步進值； 步驟800、下一周期開始時轉步驟200。
8.如權利要求7所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于，所述功率因數校正電路為連接在整流電路后與同步電機逆變器之間的斬波電路，所述功率因數校正電路按PWM信號控制功率開關反復開關對整流電路的輸出電壓進行斬波以提高電路功率因數。
9.權利要求7所述的用于永磁同步電機的功率因數校正方法，其特征在于所述根據斬波停止條件控制功率因數校正電路的功率開關在周期內的運行時間區域實現功率因子校正包括: 判斷斬波停止條件是否滿足，如果滿足，則控制器輸出信號控制脈沖寬度調制(PWM)驅動器停止向功率開關提供PWM信號，從而停止開關功率進行斬波操作；如果不滿足，則控制器控制PWM驅動器持續向功率開關提供PWM信號保持進行斬波操作。
【文檔編號】H02M1/42GK103580469SQ201210384517
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年10月11日 優先權日:2012年7月25日
【發明者】王友寧, 程永甫, 劉聚科 申請人:海爾集團公司, 青島海爾空調器有限總公司