電機的控制方法、裝置、空調器及存儲介質與流程

本發明涉及空調技術領域，特別涉及一種電機的控制方法、裝置、空調器及存儲介質。

背景技術：

電機是空調中風機的重要組成部分，電機在運行過程中，由于負載的波動、變頻電流的畸變、感應電壓的畸變、電機組裝的平衡度差、電機安裝的剛性小等原因，造成電機出現振動和噪音。

而舒適性提升是變頻空調系統技術發展的方向之一，提升舒適性、增強用戶體驗是提升產品競爭力的重要手段。

現有技術抑制感應電壓畸變導致的振動的方法是優化電機設計本身，從結構方面進行減震，降低感應電壓的諧波含量。這種技術手段成本高且減震措施存在一定局限性。

技術實現要素：

本發明的主要目的是提出一種電機控制方法，旨在降低電機的震動及噪音。

為實現上述目的，本發明提出的電機控制方法，包括：

獲取電機感應電壓的五次諧波、七次諧波的成分比例系數；設定當前電機感應電壓中的五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為h5、h7和k5、k7；

計算電機當前工作電流并依據電機感應電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流的比例系數；設定電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

依據五次諧波電流、七次諧波電流的比例系數，疊加所述五次諧波電流及七次諧波電流至所述當前工作電流中并輸出至電機。

優選地，所述“依據電機感應電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流”包括：

根據諧波電壓函數、諧波電流函數得到電機三相做功函數；

令電機三相做功函數的六次諧波分量為零，得到電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數與設電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數關系。

優選地，所述諧波電壓函數為：

eku(t)＝em(sinωt+h5sin5ωt+k5cos5ωt+h7sin7ωt+k7cos7ωt)；

ekv(t)＝em(sin(ωt-120°)+h5sin(5ωt-120°)+k5cos(5ωt-120°)+h7sin(7ωt-120°)+k7cos(7ωt-120°))；

ekw(t)＝em(sin(ωt-240°)+h5sin(5ωt-240°)+k5cos(5ωt-240°)+h7sin(7ωt-240°)+k7cos(7ωt-240°))；

所述諧波電流函數為：

iku(t)＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)；

ikv(t)＝im(sin(ωt-120°)+q5sin(5ωt-120°)+d5cos(5ωt-120°)+q7sin(7ωt-120°)+d7cos(7ωt-120°))；

ikw(t)＝im(sin(ωt-240°)+q5sin(5ωt-240°)+d5cos(5ωt-240°)+q7sin(7ωt-240°)+d7cos(7ωt-240°))；

所述電機三相做功函數為：wku+v+w(t)＝eku(t)×iku(t)+ekv(t)×ikv(t)+ekw(t)×ikw(t)；

其中，ω為電機的角速度，t為時間變量，em為最大電壓值，im為最大電流值。

優選地，所述“令電機三相做功函數的六次諧波分量為零，得到電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數與設電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數關系”包括：

對電機三相做功函數整理得到wku+v+w(t)＝3×em×im/2×{f(0)+f(6)+f(12)}；

其中，f(0)＝1+h5q5+k5d5+h7q7+k7d7；

f(6)＝(k5-k7+d5-d7)sin6ωt+(-h5+h7-q5+q7)cos6ωt；

f(12)＝(h5d7+k5q7+k5d7+h7d5+k7q5+k7d5)sin12ωt-(h5q7+h7q5)cos12wt；

令(k5-k7+d5-d7)＝0及(-h5+h7-q5+q7)＝0，得到電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數與設電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數關系。

優選地，采用如下公式在所述當前工作電流中疊加五次諧波電流及七次諧波電流：

i＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)；

本發明提出一種變頻裝置，所述變頻裝置包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時，運行如下步驟：

獲取電機工作電壓的五次諧波、七次諧波的成分比例系數；設定當前電機工作電壓中的五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為h5、h7和k5、k7，

計算電機當前工作電流并依據電機工作電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流；設定電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

疊加所述五次諧波電流及七次諧波電流至所述當前工作電流中并輸出至電機。

優選地，所述計算機程序被所述處理器執行時，采用如下公式在所述當前工作電流中疊加五次諧波電流及七次諧波電流：

i＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)。

本發明提出一種空調器，所述空調器包括如上所述的變頻裝置，所述變頻裝置包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時，運行如下步驟：

獲取電機工作電壓的五次諧波、七次諧波的成分比例系數；設定當前電機工作電壓中的五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為h5、h7和k5、k7；

計算電機當前工作電流并依據電機工作電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流；設定電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

疊加所述五次諧波電流及七次諧波電流至所述當前工作電流中并輸出至電機。

本發明還提出一種存儲介質，所述存儲介質上存儲有電機控制程序，所述電機控制程序被處理器執行時實現如上所述的電機控制方法的步驟。

本發明技術方案通過在電機中注入比例系數為感應電壓五次和七次比例系數差值的五次諧波電流和七次諧波電流，使電機本身原因造成的五次諧波電壓及七次諧波電壓所引起的六次脈動轉矩分量為零，以達到消除電機震動和噪音的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。

圖1為本發明電機控制方法一實施例的流程圖。

本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

需要說明，若本發明實施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。

另外，若本發明實施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發明要求的保護范圍之內。

本發明提出一種電機控制方法。

在本發明實施例中，如圖1所示，該電機控制方法，包括：

s100、獲取電機感應電壓的五次諧波、七次諧波的成分比例系數；設定當前電機感應電壓中的五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為h5、h7和k5、k7；

s200、計算電機當前工作電流并依據電機感應電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流的比例系數；設定電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為q5、q7和d5、d7，q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

s300、依據五次諧波電流、七次諧波電流的比例系數，疊加所述五次諧波電流及七次諧波電流至所述當前工作電流中并輸出至電機。本實施例中，該電機為三相電機。

值得說明的是，本實施例中該電機控制方法應用于一種變頻空調中。工程實踐中，變頻空調用風扇電機一般是三相8極12槽電機，其有如下特性：1、3次諧波的倍數不產生轉矩脈動；2、五次、七次的諧波成分產生基波的6倍頻率的振動，十一次、十三次的諧波成分產生十二倍頻率的振動；3、振動轉矩的大小和諧波的次數成反比例。但是影響電機震動及噪音的主要是五次諧波及七次諧波，更高次數的諧波的影響可以忽略不計。

本發明技術方案通過在電機中注入比例系數為感應電壓五次和七次比例系數差值的五次諧波電流和七次諧波電流，使電機本身原因造成的五次諧波電壓及七次諧波電壓所引起的六次脈動轉矩分量為零，以達到消除電機震動和噪音的目的。

具體地，所述“依據電機感應電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流比例系數”包括：

根據諧波電壓函數、諧波電流函數得到電機三相做功函數；

令電機三相做功函數的六次諧波分量為零，得到電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數與電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數關系。

具體地，所述諧波電壓函數為：

eku(t)＝em(sinωt+h5sin5ωt+k5cos5ωt+h7sin7ωt+k7cos7ωt)；

ekv(t)＝em(sin(ωt-120°)+h5sin(5ωt-120°)+k5cos(5ωt-120°)+h7sin(7ωt-120°)+k7cos(7ωt-120°))；

ekw(t)＝em(sin(ωt-240°)+h5sin(5ωt-240°)+k5cos(5ωt-240°)+h7sin(7ωt-240°)+k7cos(7ωt-240°))；

所述諧波電流函數為：

iku(t)＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)；

ikv(t)＝im(sin(ωt-120°)+q5sin(5ωt-120°)+d5cos(5ωt-120°)+q7sin(7ωt-120°)+d7cos(7ωt-120°))；

ikw(t)＝im(sin(ωt-240°)+q5sin(5ωt-240°)+d5cos(5ωt-240°)+q7sin(7ωt-240°)+d7cos(7ωt-240°))；

所述電機三相做功函數為：wku+v+w(t)＝eku(t)×iku(t)+ekv(t)×ikv(t)+ekw(t)×ikw(t)；

其中，ω為電機的角速度，t為時間變量，em為最大電壓值，im為最大電流值。

具體地，所述“令電機三相做功函數的六次諧波分量為零，得到電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數與設電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數關系”包括：

對電機三相做功函數整理得到wku+v+w(t)＝3×em×im/2×{f(0)+f(6)+f(12)}；

其中，

f(0)＝1+h5q5+k5d5+h7q7+k7d7；

f(6)＝(k5-k7+d5-d7)sin6ωt+(-h5+h7-q5+q7)cos6ωt；

f(12)＝(h5d7+k5q7+k5d7+h7d5+k7q5+k7d5)sin12ωt-(h5q7+h7q5)cos12ωt；

令(k5-k7+d5-d7)＝0及(-h5+h7-q5+q7)＝0，得到電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數與設電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數關系。

具體地，采用如下公式在所述當前工作電流中疊加五次諧波電流及七次諧波電流：

i＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)。其中i表示當前工作電流。im為最大電流值。

綜上，本發明的技術方案作進一步闡述：

下面對電機產生振動的理論公式的說明：

電機中感應電壓公式為：e＝n·d(φ)/dt-----(1)；

這里n是繞阻匝數、φ是交鏈磁通量。電機轉速設為n[rps]，則角速度ωn如2式：

ωn＝2·π·p/2·n＝π·p·n[rad/sec]-----(2)

磁通的最大值設為了φm。則交鏈磁通量φ的時間函數φ(t)得到為3式。

φ(t)＝φm·sinωnt[wb]------(3)

把3式代入1式，就可求出誘起電壓的時間函數e(t)。

e(t)＝n·d{φ(t)}/dt＝n·ωn·φm·cosωnt＝em·cosωnt------(4)

另外，e(t)的最大值em得到為5式。

em＝n·π·p·n·φm[v]------(5)

從5式可知，誘起電壓em由繞阻匝數n、極數p、轉速n、交鏈磁通量φm的積決定。

設電機電流的時間函數為im(t)，把電流和感應電壓的相位設成相同。使用矢量控制，把電機d軸電流控制成0安培。電機的1相的做功wm(t)表達為6式：

wm(t)＝em(t)×im(t)[w]------(6)

7式表示做功率電機函數：

wm＝ωn·tm[w]------(7)

因此，得到轉矩的時間函數tm(t)：。

tm(t)＝wm(t)/ωn[nm]------(8)

從6式和7式，轉矩的時間函數在9式也可表示出來：

tm(t)＝em(t)·im(t)/ωn[nm]------(9)

10式和11式為帶有諧波的電機電壓及電流表達式：

eu(t)＝emsinωnt[v]------(10)

iu(t)＝imsinωnt[a]------(11)

得到電機u相做功表達式：wu(t)＝

eu(t)×iu(t)＝(emim/2)2sin²ωnt＝(emim/2)[1-cos(2ωnt)][w]------(12)

同理，電機v相、w相的做功率為分別為：

wv(t)＝ev(t)×iv(t)＝(emim/2)2sin²(ωnt-120°)＝(emim/2)[1-cos2(ωnt-120°)][w]------(13)

ww(t)＝ew(t)×iw(t)＝(emim/2)2sin²(ωnt+120°)＝(emim/2)[1-cos2(ωnt+120°)][w]------(14)

則電機3相合計的做功wu+v+w的時間函數是15式：

wu+v+w(t)＝wu(t)+wv(t)+ww(t)＝(emim/2)[3-{cos(2ωnt)+cos(2ωnt-240°)+cos(2ωnt+240°)}＝(3/2)emim[w]------(15)

當電機的感應電壓畸變時，16式表示諧波存在的誘起電壓與時間的函數,其中的h5、h7和k5、k7，是假設基波為100％時的5次、7次諧波成分的比例：

eku(t)＝em(sinωt+h5sin5ωt+k5cos5ωt+h7sin7ωt+k7cos7ωt)------(16)

17式表示諧波存在時電機電流與時間的函數，其中的q5、q7和d5、d7，是假設基波為100％時的5次、7次諧波成分的比例：

iku(t)＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)[a]------(17)

1相(u相)的做功率為18式：

wku(t)＝eku(t)×iku(t)[w]------(18)

則3相的做功的公式為：

wku+v+w(t)＝wu(t)+wv(t)+ww(t)＝3×em×im/2×{f(0)+f(6)+f(12)}[w]------(19)

其中，20式、21式及22式分別表示f(0)、f(6)及f(12)所定義的表達式：

f(0)＝1+h5q5+k5d5+h7q7+k7d7------(20)

f(6)＝(k5-k7+d5-d7)sin6ωt+(-h5+h7-q5+q7)cos6ωt------(21)

f(12)＝(h5d7+k5q7+k5d7+h7d5+k7q5+k7d5)sin12ωt-(h5q7+h7q5)cos12ωt------(22)

其中，f(0)是直流項，不產生轉矩脈動。f(6)是6倍頻率的脈動分量，會導致電機振動；f(12)是12倍頻率的脈動分量，會導致電機振動。這里，把f(6)稱為6f振動、f(12)稱為12f振動，除此之外的頻率的項不存在。

k5-k7+d5-d7＝0------(23)

-h5+h7-q5+q7＝0------(24)

f(6)的式中，sin6ωnt和cos6ωnt的各項如果為零的話，6f振動就會消失。也就是，只要23式和24式同時成立就可以了。

解(1)：q5＝-h5、d5＝-k5、q7＝-h7、d7＝-k7；

解(2)：q5＝h7、d5＝k7、q7＝h5、d7＝k5；

解(3)：q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

解(4)：q5＝d5＝0、q7＝h5-h7、d7＝k5-k7。

其中特解為:

iu(t)＝imsinωt(1+q6sin6ωt+d6cos6ωt)

f(6)＝(k5-k7+q6)sin6ωt+(-h5+h7+d6)cos6ωt

特解為q6＝-k5+k7、d6＝h5-h7

因此，對電機進行控制時，可事先將電機的感應電壓的五次諧波、七次諧波的成分比例系數存儲于變頻器的控制器中，通過解(1)、解(2)、解(3)解(4)或特解得到的關系式，計算得到輸出至電機的電流，該電流中包含有調制得到的五次諧波電流及七次諧波電流。如此，基本消除了電機運行時由于感應電壓諧波產生的震動及噪音，提升了電機的性能。

基于上述電機控制方法，本發明提出一種變頻裝置，所述變頻裝置包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時，運行如下步驟：

獲取電機感應電壓的五次諧波、七次諧波的成分比例系數；設當前電機感應電壓中的五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為h5、h7和k5、k7；

計算電機當前工作電流并依據電機感應電壓中五次諧波、七次諧波的成分比例系數計算電機的五次諧波電流、七次諧波電流；設電機電流中五次諧波、七次諧波的成分比例系數分別為q5、q7和d5、d7，令q5＝h5-h7、d5＝-k5+k7、q7＝d7＝0；

在所述當前工作電流中疊加五次諧波電流及七次諧波電流并輸出至電機。

具體地，所述計算機程序被所述處理器執行時，采用如下公式在所述當前工作電流中疊加五次諧波電流及七次諧波電流：

im＝im(sinωt+q5sin5ωt+d5cos5ωt+q7sin7ωt+d7cos7ωt)。

本發明還提出一種空調器，該空調器包括上述變頻裝置，該變頻裝置的具體結構參照上述實施例，由于本空調器采用了上述所有實施例的全部技術方案，因此至少具有上述實施例的技術方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。

本發明還提出一種存儲介質，所述存儲介質上存儲有電機控制程序，所述電機控制程序被處理器執行時實現如上所述的電機控制方法的步驟。

通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到上述實施例方法可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在如上所述的一個存儲介質(如rom/ram、磁碟、光盤)中，包括若干指令用以使得一臺終端設備(可以是計算機，服務器，空調器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。

以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是在本發明的發明構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護范圍內。