專利名稱：一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法及其控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓縮機的啟動控制方法及其控制裝置，更具體的，涉及一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法及其控制裝置。
背景技術：
目前，目前伴隨著技術的進步，越來越多的空調器開始采用直流變頻壓縮機。直流變頻壓縮機采用內置永磁體的轉子，運轉時不需要額外的勵 磁電流，所以相對于傳統的定速壓縮機和交流變頻壓縮機，具有更高的效率，使空調器更加節能。在直流變頻壓縮機的驅動過程中，為了獲得較高的可靠性和效率，空調器的控制器需要準確地推算出壓縮機轉子的旋轉位置，并對轉子位置進行閉環控制。為了準確地推算出壓縮機轉子的旋轉位置，需要壓縮機具有較高的轉速，能夠產生較高的反電動勢。而在直流變頻壓縮機啟動過程中，因為壓縮機處于靜止和低速運轉狀態，不能產生足夠的反電動勢，使控制器無法準確地推算出壓縮機轉子的實際位置，所以在壓縮機啟動時，控制器通常采用轉子位置的開環控制。這種控制方法如下所述啟動過程分為三個階段I.轉子定位階段啟動前壓縮機處于靜止狀態，但是壓縮機轉子的位置不確定，為將轉子固定到一個預定的位置以便于啟動，控制器需進行轉子定位控制。控制器分別調整流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使三相電流緩慢增加，三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的位置。2.異步運轉階段在定位結束后，控制器按照設定的目標轉速和加速度，調整流入壓縮機的三相電流的頻率、相位和幅值，三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的轉速。在這個過程中，控制器不推算壓縮機轉子的實際位置，進行開環控制。3.同步運轉階段在壓縮機轉子轉動到預定的轉速后，壓縮機已經可以產生足夠高的反電動勢。控制器根據檢測到的壓縮機電流、直流母線電壓等信息，可以推算出轉子的實際位置，并開始對轉子位置進行閉環控制，從而完成啟動階段的控制，轉為通常運轉階段的控制。然而，在轉子定位階段，轉子在靜止狀態下受到定子磁場的牽引作用，轉動到預定的位置，并會出現短時間的抖動。理想的情況是在定位過程中完成轉子定位，在開始異步運轉時，轉子已結束抖動，處于靜止狀態。但實際情況是轉子定位動作有時發生在定位結束時，在轉子還處于轉動或抖動情況下，開始異步運轉，會使施加到定子上的電流出現畸變。這種畸變輕則會引起壓縮機啟動失敗，重則由于電流過大會引起控制器中驅動壓縮機的功率半導體器件損壞或壓縮機中永磁體減磁，是需要避免的。現有的技術是調整定位階段所需的時間長短和定位結束時的目標電流值的大小，來使定位動作發生在定位過程中，但從實施的效果來看均不理想。
基于上述描述，亟需要一種有效的直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法及其控制裝置，使用該方法以保證壓縮機穩定、可靠地啟動，并且消除電流畸變引起的功率半導體器件損壞或壓縮機中永磁體減磁的缺陷。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法及其控制裝置，該方法可以保證壓縮機穩定、可靠地啟動，而且可以避免電流畸變引起的功率半導體器件損壞或壓縮機中永磁體減磁。為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案
一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，包括以下步驟步驟SlO :控制器對壓縮機轉子進行定位控制，使轉子轉動到預定的位置；步驟S20 :控制器對轉子位置進行穩定控制，控制器控制流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使之與步驟Sio結束時三相電流的相位和幅值的數值保持一致，并保持預定的時間，在該預定時間內，三相電流產生的磁場保持不變，轉子結束抖動，處于靜止狀態；步驟S30 :定位結束后，控制器對轉子進行異步運轉控制，使轉子轉動到預定的轉速；步驟S40 :在壓縮機轉子轉動到預定的轉速后，控制器開始對轉子位置進行閉環控制。作為優選，在步驟SlO中，包括以下步驟步驟Sll :控制器分別調整流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使三相電流緩慢增加；步驟S12 :三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的位置。作為優選，在步驟S30中，包括以下步驟步驟S31 :控制器按照設定的目標轉速和加速度，調整流入壓縮機的三相電流的頻率、相位和幅值；步驟S32 :三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的轉速。作為優選，在步驟S40中，包括以下步驟步驟S41 :控制器根據檢測到的壓縮機電流、直流母線電壓信息，推算出轉子的實際位置；步驟S42 :控制器開始對轉子位置進行閉環控制，完成啟動階段的控制，轉為通常運轉階段的控制。作為優選，在步驟SlO中，根據所驅動的壓縮機的規格，控制器確定定位控制的目標電流值和定位時間。作為優選，在步驟S30中，控制器對壓縮機轉子進行開環控制。一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制裝置，包括以下單元整流單元、將交流電通過二極管整流成為直流電；
功率因數補償單元、通過電感元件，提高變頻器的功率因數；直流母線濾波單元、通過電容元件，濾除整流后直流電中的脈動成分；直流母線電壓檢測單元、檢測直流母線電壓，將電壓信號發送給控制單元；逆變單元、接受控制單元發送的脈寬調制信號，控制逆變單元內部的雙極性絕緣柵晶體管的開關狀態，將直流電逆變成為頻率可調的交流電，用來驅動壓縮機；電流檢測單元、檢測變頻器輸出電流，將電流信號發送給控制單元；
控制單元、輸出控制逆變單元內部的雙極性絕緣柵晶體管開關的脈寬調制信號，完成變頻控制和保護功能；運算單元、完成矢量變頻控制算法，實現壓縮機的轉子定位控制、轉子位置穩定控制、對轉子進行異步運轉控制，使之轉動到預定的轉速、對轉子進行同步運轉控制、保護控制。本發明的有益效果為，由于在轉子定位階段和異步運轉階段之間增加了一個轉子位置穩定階段，在這個階段，控制器使流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，與轉子定位階段結束時的數值保持一致，因此三相電流產生的磁場保持不變，使轉子在轉動到預定的位置后，能夠盡快地結束抖動，處于靜止狀態。所以在開始異步運轉時，不會出現壓縮機電流的畸變。由于在開始異步運轉時不會出現壓縮機電流的畸變，所以不會引起控制器中驅動壓縮機的功率半導體器件損壞或壓縮機中永磁體減磁。采用這種新的控制方法，提高了壓縮機啟動的成功率。
圖I為本發明提供的一種實施例的控制流程圖；圖2為本發明提供的一種實施例的時間-相位關系圖；圖3為本發明提供的直流變頻空調壓縮機的啟動控制裝置的結構示意圖。圖中I、整流單元，2、功率因數補償單元，3、直流母線濾波單元，4、直流母線電壓檢測單元，5、逆變單元，6、電流檢測單元，7、控制單元，8、運算單元。
具體實施例方式下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。圖I為本發明提供的一種實施例的控制流程圖，圖2為本發明提供的一種實施例的時間-電流關系圖。從圖2可以看出，在本實施例中，將啟動過程分為四個階段轉子定位階段、轉子位置穩定階段、異步運轉階段、同步運轉階段，也就是以下所說的四個步驟。直流變頻空調壓縮機的啟動過程分為以下四個步驟步驟SlO :控制器對壓縮機轉子進行定位控制，使轉子轉動到預定的位置。啟動前壓縮機處于靜止狀態，但是壓縮機轉子的位置不確定，為將轉子固定到一個預定的位置以便于啟動，控制器需進行轉子定位控制。控制器分別調整流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使三相電流緩慢增加，根據所驅動的壓縮機的規格，控制器確定定位控制的目標電流值和定位時間。三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的位置。
步驟S20 :控制器對轉子位置進行穩定控制，控制器控制流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使之與步驟Sio結束時三相電流的相位和幅值的數值保持一致，并保持預定的時間，在該預定時間內，三相電流產生的磁場保持不變，轉子結束抖動，處于靜止狀態。步驟S30 :定位結束后，控制器對轉子進行異步運轉控制，使轉子轉動到預定的轉速。在定位結束后，控制器按照設定的目標轉速和加速度，調整流入壓縮機的三相電流的頻率、相位和幅值，三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的轉速。在這個過程中，控制器不推算壓縮機轉子的實際位置，進行開環控制。步驟S40 :在壓縮機轉子轉動到預定的轉速后，控制器開始對轉子位置進行閉環控制。在壓縮機轉子轉動到預定的轉速后，壓縮機已經可以產生足夠高的反電動勢。控制器根據檢測到的壓縮機電流、直流母線電壓等信息，可以推算出轉子的實際位 置，并開始對轉子位置進行閉環控制，從而完成啟動階段的控制，轉為通常運轉階段的控制。由于在轉子定位階段和異步運轉階段增加了一個轉子位置穩定階段，在開始異步運轉時轉子處于靜止狀態，就不會出現壓縮機電流的畸變，這樣不僅保證了壓縮機可以成功啟動，而且可以避免電流畸變引起的功率半導體器件損壞或壓縮機中永磁體減磁。在該控制器中將步驟SlO的目標電流設定為10安培，定位時間設定I秒鐘，在步驟S20中，轉子位置穩定時間定I秒鐘。從試驗結果看，啟動過程中壓縮機電流沒有出現畸變，整個過程平穩順暢。本發明還提供了上述直流變頻空調壓縮機的啟動控制裝置，如圖3所示，該裝置包括整流單元I、功率因數補償單元2、直流母線濾波單元3、直流母線電壓檢測單元4、逆變單元5、電流檢測單元6、控制單元7和運算單元8。其中整流單元I用于將交流電通過二極管整流成為直流電。此時二極管即為全橋。功率因數補償單元2通過電感元件，提高變頻器的功率因數。直流母線濾波單元3通過電容元件，濾除整流后直流電中的脈動成分。直流母線電壓檢測單元4用于檢測直流母線電壓，將電壓信號發送給控制單元。逆變單元5接受控制單元7發送的脈寬調制信號，控制逆變單元內部的雙極性絕緣柵晶體管的開關狀態，即三相全橋的開關狀態，將直流電逆變成為頻率可調的交流電，用來驅動壓縮機。電流檢測單元6檢測變頻器輸出電流，將電流信號發送給控制單元7。控制單元7根據目標轉速、直流母線電壓信號、變頻器輸出電流信號，由運算單元進行控制，輸出控制逆變單元內部的雙極性絕緣柵晶體管(三相全橋)開關的脈寬調制信號，完成變頻控制和保護功能。運算單元8是控制單元的核心部分，完成矢量變頻控制算法，實現壓縮機的轉子定位控制、轉子位置穩定控制、對轉子進行異步運轉控制，使之轉動到預定的轉速、對轉子進行同步運轉控制、保護控制等功能。在實際應用中，定位控制的目標電流、定位時間、轉子位置穩定時間都需要根據所驅動的壓縮機的規格進行設定。其中穩定控制單元控制流入壓縮機的三相電流的相位和幅值的時間，根據每個壓縮機不同會有變化，以10匹直流變頻空調的控制器為例，在該控制器中將定位階段的目標電流設定為10安培，定位時間設定I秒鐘，轉子位置穩定時間定I秒鐘。通過實驗得出啟動時壓縮機的U相和W相的電流波形，從波形上看，啟動過程中壓縮機電流沒有出現畸變，整個過程平穩順暢。以 上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式
，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，包括以下步驟 步驟SlO :控制器對壓縮機轉子進行定位控制，使轉子轉動到預定的位置； 步驟S20 :控制器對轉子位置進行穩定控制，控制器控制流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使之與步驟SlO結束時三相電流的相位和幅值的數值保持一致，并保持預定的時間，在該預定時間內，三相電流產生的磁場保持不變，轉子結束抖動，處于靜止狀態； 步驟S30 :定位結束后，控制器對轉子進行異步運轉控制，使轉子轉動到預定的轉速； 步驟S40 :在壓縮機轉子轉動到預定的轉速后，控制器開始對轉子位置進行閉環控制。
2.根據權利要求I所述的直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，其特征在于，在步驟SlO中，包括以下步驟 步驟Sll :控制器分別調整流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使三相電流緩慢增加； 步驟S12 :三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的位置。
3.根據權利要求I所述的直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，其特征在于，在步驟S30中，包括以下步驟 步驟S31 :控制器按照設定的目標轉速和加速度，調整流入壓縮機的三相電流的頻率、相位和幅值； 步驟S32 :三相電流產生的磁場與轉子內永磁體產生的磁場相互作用，使轉子轉動到預定的轉速。
4.根據權利要求I所述的直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，其特征在于，在步驟S40中，包括以下步驟 步驟S41 :控制器根據檢測到的壓縮機電流、直流母線電壓信息，推算出轉子的實際位置； 步驟S42 :控制器開始對轉子位置進行閉環控制，完成啟動階段的控制，轉為通常運轉階段的控制。
5.根據權利要求I所述的直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，其特征在于，在步驟SlO中，根據所驅動的壓縮機的規格，控制器確定定位控制的目標電流值和定位時間。
6.根據權利要求3所述的直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法，其特征在于在步驟S30中，控制器對壓縮機轉子進行開環控制。
7.一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制裝置，其特征在于，包括以下單元 整流單元(I)、將交流電通過二極管整流成為直流電； 功率因數補償單元(2)、通過電感元件，提高變頻器的功率因數； 直流母線濾波單元(3)、通過電容元件，濾除整流后直流電中的脈動成分； 直流母線電壓檢測單元(4)、檢測直流母線電壓，將電壓信號發送給控制單元； 逆變單元(5)、接受控制單元(7)發送的脈寬調制信號，控制逆變單元內部的雙極性絕緣柵晶體管的開關狀態，將直流電逆變成為頻率可調的交流電，用來驅動壓縮機； 電流檢測單元(6)、檢測變頻器輸出電流，將電流信號發送給控制單元(7); 控制單元(7)、輸出控制逆變單元內部的雙極性絕緣柵晶體管開關的脈寬調制信號，完成變頻控制和保護功能；運 算單元(8)、完成矢量變頻控制算法，實現壓縮機的轉子定位控制、轉子位置穩定控制、對轉子進行異步運轉控制，使之轉動到預定的轉速、對轉子進行同步運轉控制、保護控制。
全文摘要
本發明公開了一種直流變頻空調壓縮機的啟動控制方法及其控制裝置，控制方法為步驟S10控制器對壓縮機轉子進行定位控制，使轉子轉動到預定的位置；步驟S20控制器對轉子位置進行穩定控制，控制器控制流入壓縮機的三相電流的相位和幅值，使之與步驟S10結束時三相電流的相位和幅值的數值保持一致，并保持預定的時間，在該預定時間內，三相電流產生的磁場保持不變，轉子結束抖動，處于靜止狀態；步驟S30定位結束，控制器對轉子進行異步運轉控制，使轉子轉動到預定的轉速；步驟S40在壓縮機轉子轉動到預定的轉速后，控制器開始對轉子位置進行閉環控制。該方法可保證壓縮機成功啟動，并避免電流畸變引起的功率半導體器件損壞或壓縮機中永磁體減磁。
文檔編號H02P6/20GK102969957SQ20121046888
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者耿焱, 時斌, 肖成進, 國德防 申請人:海爾集團公司, 青島海爾空調電子有限公司