轉矩自動補償系統和轉矩自動補償方法
2023-04-23 06:24:01 1
專利名稱：轉矩自動補償系統和轉矩自動補償方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於單轉子壓縮機的轉矩自動補償系統，尤其涉及一種基於正弦波控制系統的單轉子轉矩自動補償系統。
背景技術：
對於空調中的單轉子壓縮機，由於其簡單的機械結構，在低成本製冷系統中得到了廣泛的應用，但是單轉子壓縮機在每旋轉一周的過程中，由於壓縮機氣缸內壓力的變化，以及轉子重心的偏移，會導致壓縮機產生較大的振動。對於傳統的正弦波矢量控制方式，在低頻時，會產生了較大轉速波動，影響了壓縮機工作的性能。目前國外空調廠家一般都根據速度、電流等條件採用查表方式對轉矩進行補償來降低壓縮機的振動，該方法需要進行大量的實驗，而且只針對某一款單轉子壓縮機，開發周期很長。
發明內容
本發明的第一目的是提供一種結構簡單、適用範圍廣的轉矩自動補償系統。
本發明的第二目的是提供一種使用上述轉矩自動補償系統進行轉矩自動補償的方法。
為實現上述第一目的，本發明提供如下技術方案 轉矩自動補償系統，包括 正弦波雙環調速系統，其進一步包括電流環、速度環、PI調節器和加法器； 轉矩自動補償器，其進一步包括低通濾波器和負載轉矩計算器； 所述電流環通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給壓縮機； 所述速度環通過PI調節器控制壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′； 正弦波雙環調速系統中的加法器將速度環輸出電流i*′和轉矩自動補償器反饋的補償電流i『加得到給定電流i*，計算公式為i*＝i*′-i′； 給定電流i*和壓縮機速度Ω′反饋至轉矩自動補償器中的負載轉矩計算器。
為實現上述第二目的，本發明提供如下技術方案 轉矩自動補償方法， 首先，啟動正弦波雙環調速系統，將用戶設定的給定速度Ω*和採用常規軟體估算算法獲得的壓縮機速度Ω′輸入所述速度環；通過PI調節器控制壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′；根據公式i*＝i*′-i′，計算給定電流i*； 根據公式
計算出負載轉矩T1『，其中，Kt′為測量出的轉矩常數，J′為測量出的壓縮機電機轉動慣量，τ為低通濾波器時間常數，然後將根據負載轉矩T1『得到的補償電流i『反饋給正弦波雙環調速系統中的加法器；通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給壓縮機；依此循環。
上述控制方案用於降低低頻時單轉子壓縮機的振動，同時可以減小產品的開發周期。採用上述自動補償方法，可以最終實現壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*基本一致，只有小幅波動，從而減小了壓縮機的震動。
圖1是採用本發明轉矩自動補償系統的控制框圖。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
具體實施例方式 如下為永磁同步電機的機械運動方程 Te＝1.5p[ψfiq+(Ld-Lq)idiq]----------------------(2) 其中Te為旋轉坐標系下的電磁轉矩，Tl為壓縮機的負載，B為粘滯係數，J為壓縮機的轉動慣量，Ω為壓縮機速度，p為壓縮機極對數，ψf為轉子磁鏈，Ld為定子直軸電感，Lq為定子交軸電感，id為旋轉坐標系下的定子直軸電流，iq為旋轉坐標系下的定子交軸電流，所以可以得到 一般情況下，由於粘滯係數B很小，在基頻以下BΩ一項基本可以忽略不計，所以公式可化為 當速度平穩時，
一項為零，負載轉矩等於電磁轉矩，也就是說只要控制速度平穩，就可以降低壓縮機低頻振動的問題。
如圖1為基於正弦波控制系統的單轉子轉矩自動補償器控制框圖，第一個虛線框圖裡為一永磁同步電機模型，下面一個虛線框為轉矩自動補償器模型，其他部分為正弦波雙環調速系統模型。
永磁同步電機模型的傳遞函數如下 其輸入為電壓u以及負載轉矩Tl，輸出為壓縮機速度Ω，其中Kt為轉矩常數，i為壓縮機電流，u為壓縮機輸入電壓，Ke為電動勢常數，r為壓縮機定子電阻，L為定子電感。
轉矩自動補償器，其進一步包括低通濾波器和負載轉矩計算器。轉矩自動補償器模型的傳遞函數如下 其輸入為電流給定i以及壓縮機速度Ω′，輸出為估算負載轉矩Tl′，其中Kt′為測量出的轉矩常數，J′為測量出的電機轉動慣量，τ為低通濾波器時間常數。
正弦波雙環調速系統包括電流環、速度環、PI調節器和加法器。其中電流環主要是通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給壓縮機。速度環主要是通過PI調節器控制壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′。從公式2中可以看出電流與電磁轉矩有關，當壓縮機確定以後，p、ψf、Ld、Lq都為常數，控制了電流也就控制了電磁轉矩Te，其中id+iq＝i，上式為矢量合成，對於單轉子壓縮機由於在轉子旋轉一周內負載變化很大，因而需要對電流給定進行補償即i*＝i*′-i′。
整個系統運行過程如下 首先，啟動正弦波雙環調速系統，將用戶設定的給定速度Ω*和採用常規軟體估算算法獲得的壓縮機速度Ω′輸入所述速度環，正弦波雙環調速系統剛啟動時，給定電流i*、補償電流i『的初始值為零。通過PI調節器控制壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′；根據公式i*＝i*』-i′，計算給定電流i*，因為i′初始值為零，所以，第一個循環中，i*＝i*′。
根據公式
計算出負載轉矩Tl『，其中，Kt′為測量出的轉矩常數，J′為測量出的壓縮機電機轉動慣量，τ為低通濾波器時間常數，然後將根據負載轉矩Tl『得到的補償電流i『反饋給正弦波雙環調速系統中的加法器；通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給壓縮機；依此循環，最終實現壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*趨於一致，這樣就解決了壓縮機低頻振動的問題。
當然，本發明還可以有其他簡單變形。總之，根據上述實施例的提示而做顯而易見的變動，以及其他凡是不脫離本發明實質的改動，均應包括在權利要求所述的範圍之內。
權利要求
1.轉矩自動補償系統，其特徵在於，包括
正弦波雙環調速系統，其進一步包括電流環、速度環、PI調節器和加法器；
轉矩自動補償器，其進一步包括低通濾波器和負載轉矩計算器；
所述電流環通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給壓縮機；
所述速度環通過PI調節器控制壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′；
正弦波雙環調速系統中的加法器將速度環輸出電流i*′和轉矩自動補償器反饋的補償電流i『得到給定電流i*，計算公式為i*＝i*′-i′；
給定電流i*和壓縮機速度Ω′反饋至轉矩自動補償器中的負載轉矩計算器。
2.根據權利要求1所述的轉矩自動補償系統，
其特徵在於
所述正弦波雙環調速系統剛啟動時，輸入的給定速度Ω*由用戶設定，壓縮機的速度Ω′採用常規軟體估算算法獲得，給定電流i*、補償電流i『的初始值為零。
3.使用權利要求2所述的轉矩自動補償系統的轉矩自動補償方法，
其特徵在於
首先，啟動正弦波雙環調速系統，將用戶設定的給定速度Ω*和採用常規軟體估算算法獲得的壓縮機速度Ω′輸入所述速度環；通過PI調節器控制壓縮機速度Ω′與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′；根據公式i*＝i*′-i′，計算給定電流i*；
根據公式
計算出負載轉矩Tl『，其中，Kt′為測量出的轉矩常數，J′為測量出的壓縮機電機轉動慣量，τ為低通濾波器時間常數，然後將根據負載轉矩T1『得到的補償電流i『反饋給正弦波雙環調速系統中的計算加法器；通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給壓縮機；依此循環。
全文摘要
本發明涉及一種基於正弦波控制系統的單轉子轉矩自動補償系統。轉矩自動補償系統，包括正弦波雙環調速系統，其進一步包括電流環、速度環、PI調節器和加法器；轉矩自動補償器，其進一步包括低通濾波器和負載轉矩計算器；所述電流環通過PI調節器控制壓縮機電流i與給定電流i*相一致，並輸出電壓u給電機；所述速度環通過PI調節器控制壓縮機速度Ω與給定速度Ω*相一致，並輸出電流i*′；正弦波雙環調速系統中的計算器接受電流環輸出電流i*′和轉矩自動補償器反饋的補償電流i得到給定電流i*，計算公式為i*＝i*′-i′；給定電流i*和壓縮機速度Ω反饋至轉矩自動補償器中的負載轉矩計算器。上述控制方案用於降低低頻時單轉子壓縮機的振動，同時可以減小產品的開發周期。
文檔編號F04C28/00GK101776079SQ200910001918
公開日2010年7月14日 申請日期2009年1月14日 優先權日2009年1月14日
發明者馬穎江, 張有林, 米雪濤, 郭清風, 宋愛 申請人:珠海格力電器股份有限公司