一種直流變頻空調壓縮機的閉環啟動方法及控制系統與流程

2023-11-10 12:41:22 2

本發明涉及一種壓縮機的啟動方法，尤其是涉及一種直流變頻空調壓縮機的閉環啟動方法。本發明還涉及直流變頻空調壓縮機閉環啟動的控制系統。

背景技術：

目前，伴隨著技術的進步，越來越多的空調器開始採用直流變頻壓縮機。直流變頻壓縮機採用內置永磁體的轉子，運轉時不需要額外的勵磁電流，所以相對於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，其控制算法一般都是矢量控制算法，也就是磁場定向控制算法(簡稱FOC)，見圖1所示。直流變頻壓縮機是無位置傳感器的電機，所以其轉子位置的估算顯得尤為重要。目前，常用的位置估算方法有：電壓積分提取磁鏈進行位置估算的方法、通過滑模變結構提取電動勢進行位置估算的方法、高頻信號注入位置估算法、模型自適應位置估算法等，而應用較為廣泛是前兩種方法。這兩種算法本質上都是求取轉子的電動勢進行位置估算，只不過一種是求取轉子的磁鏈(屬於間接電動勢法，磁鏈的導數就是電動勢)，一種是直接求取轉子的電動勢。

對於採用通過轉子電動勢求位置信息的位置估算算法(即傳統位置估算算法)的直流變頻壓縮機，其啟動過程都是三段法：轉子定位階段、開環啟動階段、閉環運行階段，

1.轉子定位階段：

啟動前,壓縮機處於靜止狀態，壓縮機的轉子的位置是不確定的；為將轉子固定到一個預定的位置，控制系統需進行轉子定位控制；控制系統通過強行向壓縮機的電機繞組注入直流電流，迫使其電機軸停止在某一指定角度來識別電機初始角度，使轉子穩定在一個已知的給定的角度上；

2.開環啟動階段：

在定位結束後，控制系統的電流環進入閉環控制模式，而速度環則屬於開環模式；控制系統通過電流環施加固定力矩電流，使轉子以一定的加速度轉動至設定的給定轉速；

3.閉環運行階段：

在壓縮機的轉子轉動到給定轉速後，壓縮機已經可以產生足夠高的反電動勢。控制系統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，控制系統的速度環隨即進入閉環控制模式，從而完成啟動階段的控制，轉為通常運轉階段的控制，此時，如圖1所示，用戶設定的給定轉速(Ref_Spd)經斜坡限制函數(RAMP)轉換成參考轉速(Reg_Spd)後，方可輸入至控制系統的速度環內。

然而，上述啟動過程中，壓縮機在開環啟動階段會產生大電流，而且，壓縮機在啟動過程中出現啟動重載的情況，關機重啟往往需要等待3分鐘，時間較長。

因此，有必要對直流變頻空調壓縮機的啟動過程進行改進。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種直流變頻空調壓縮機的閉環啟動方法。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種直流變頻空調壓縮機的閉環啟動方法，特別的，包括以下步驟：

A)控制系統對壓縮機轉子進行定位控制，使轉子轉動至預定的位置；

B)定位結束後，控制系統採用控制算法A，對轉子位置進行閉環控制；在控制算法A中，給定轉速v輸入至控制系統的速度環，控制轉子的轉速；該給定轉速v為常數；

C)壓縮機啟動成功後，控制系統採用控制算法B，對轉子位置進行閉環控制。

為實現上述啟動方法，本發明提出一種直流變頻空調壓縮機閉環啟動的控制系統，該控制系統包括定位模塊，該定位模塊用於對壓縮機進行轉子定位以獲取壓縮機的轉子的當前位置；給定模塊，該給定模塊用於設定壓縮機的轉子的給定轉速；轉速估算模塊，該轉速估算模塊用於根據壓縮機的轉子的當前位置估算壓縮機的轉子的當前轉速；斜坡函數啟閉模塊，該斜坡函數啟閉模塊用於調用斜坡限制函數；控制模塊，該控制模塊用於獲取壓縮機的轉子的當前轉速，並判斷壓縮機的轉子的當前轉速是否達到給定轉速，其中，若控制模塊判斷壓縮機的轉子的當前轉速未達到給定轉速，則控制模塊控制斜坡函數啟閉模塊關閉，控制系統採用控制算法A對壓縮機進行控制；若控制模塊判斷壓縮機的轉子的當前轉速達到給定轉速，則控制模塊控制斜坡函數啟閉模塊開啟，控制系統採用控制算法B對壓縮機進行控制。定位模塊與轉速估算模塊通信連接，給定模塊、轉速估算模塊、斜坡函數啟閉模塊均與控制模塊通信連接。

上述控制算法A是指閉環啟動估算算法，即在傳統位置估算算法的基礎上，斜坡函數啟閉模塊關閉，在速度環的閉環控制中並不會調用斜坡限制函數。在控制算法A中，輸入至速度環的給定轉速v，無需經過斜坡限制函數，即可直接輸入至速度環內。

上述控制算法B是指傳統位置估算算法。在控制算法B中，輸入至速度環的給定轉速v，需經過斜坡限制函數轉變成參考轉速v'後，才可輸入至速度環內。

在本直流變頻空調壓縮機的閉環啟動方法中，控制系統通過強行向壓縮機的電機繞組注入直流電流，迫使其電機軸停止在某一指定角度來識別電機初始角度，使轉子穩定在一個已知的給定的角度上，實現轉子的定位；在定位結束後，控制系統的電流環和速度環均進入閉環控制模式，此時，斜坡限制函數啟閉模塊關閉，控制系統採用控制算法A，給定轉速v不經斜坡限制函數，直接輸入至速度環內，由速度環提供轉子轉動所需的定力距。隨著轉子轉速的提升，控制系統即可推算出轉子的實際位置。在轉子定位結束至壓縮機啟動成功這一時間段內，即步驟B中，速度環控制轉子的轉速繼續提升，控制系統實時估算轉子的當前轉速。在本閉環啟動方法中，一般認為控制系統所估算的轉子當前轉速v當前達到給定轉速v的90％，即可視為壓縮機啟動成功。壓縮機啟動成功後，斜坡限制函數啟閉模塊開啟，控制系統切換至控制算法B，對轉子位置進行閉環控制，完成壓縮機的啟動過程。

在轉子轉動的起步階段，控制系統所估算的位置與轉子的實際位置會有所出入，而隨著轉子速度逐漸增大，控制系統根據檢測到的壓縮機電流、直流母線電壓等信息，即可推算出轉子的實際位置。壓縮機的啟動時間，即控制系統從開始估算轉子的位置至推算出轉子的實際位置的時間，一般需要0.1～1個周期。該周期是指轉子轉動的周期，根據各壓縮機的參數差異，各壓縮機的啟動時間亦有所不同。

與採用了傳統位置估算算法的直流變頻空調壓縮機的啟動過程相比，本啟動方法省去了開環啟動的過程，從而避免壓縮機在啟動過程中產生大電流，壓縮機啟動迅速，啟動成功率高並可實現迅速重載啟動。

在本直流變頻空調壓縮機閉環啟動的控制系統中，定位模塊對壓縮機進行轉子定位以獲取壓縮機的轉子的當前位置，實現轉子的定位；在定位結束後，控制系統的電流環和速度環均進入閉環控制模式，用戶通過給定模塊設定壓縮機的轉子的給定轉速v後，轉子開始轉動，而轉速估算模塊則即時估算壓縮機的轉子的當前轉速，將估算所得的轉子當前轉速傳輸至控制模塊，由控制模塊判斷壓縮機的轉子的當前轉速是否達到給定轉速；若控制模塊判斷壓縮機的轉子的當前轉速未達到給定轉速，控制斜坡函數啟閉模塊關閉，使控制系統採用控制算法A對壓縮機進行控制，此時，輸入至速度環的給定轉速v，無需經過斜坡限制函數，即可直接輸入至速度環內；若控制模塊判斷壓縮機的轉子的當前轉速達到給定轉速，則控制斜坡函數啟閉模塊開啟，使控制系統採用控制算法B對壓縮機進行控制，此時，輸入至速度環的給定轉速v，需經過斜坡限制函數轉變成參考轉速v'後，才可輸入至速度環內，而壓縮機啟動成功。

由本控制系統啟動的壓縮機，其啟動過程並不會產生大電流，壓縮機啟動迅速，啟動成功率高並可實現迅速重載啟動。

本發明具有壓縮機啟動迅速，啟動成功率高並可實現迅速重載啟動等優點。

附圖說明

圖1是磁場定向控制算法的控制算法示意圖；

圖2是本發明實施例2中控制系統各模塊的連接示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明。

實施例1：

本實施例1提供一種直流變頻空調壓縮機的閉環啟動方法，該啟動方法所使用的控制系統為伺服控制系統，通過電流環、速度環和位置環實現伺服控制。

本實施例2的直流變頻空調壓縮機閉環啟動方法，包括以下步驟：

A)設定斜坡限制函數的調用條件，令轉子的當前轉速v當前≥給定轉速v的90％時，斜坡限制函數方可調用；

B)向壓縮機的電機繞組注入直流電流，迫使其電機軸停止在某一指定角度來識別電機初始角度，使轉子穩定在一個已知的給定的角度上，實現轉子的定位；

C)輸入給定轉速v，該給定轉速v一般在600rpm～1500rpm範圍內；

D)控制系統檢測對比給定轉速v與轉子的當前轉速v當前；此時，v當前＜0.9v，因此，控制系統關閉斜坡限制函數的調用，給定轉速v直接輸入至控制系統的速度環內；

E)控制系統採用控制算法A，對轉子位置進行閉環控制；轉子的轉速逐漸上升；

F)控制系統檢測對比給定轉速v與轉子的當前轉速v當前，並發現v當前≥0.9v，因此，控制系統開啟斜坡限制函數的調用，給定轉速v經過斜坡限制函數轉變成參考轉速v'後，輸入至速度環內；

G)控制系統採用控制算法B，對轉子位置進行閉環控制；

H)壓縮機啟動成功。

實施例2：

為實現實施例1的啟動方法，本實施例2提供一種直流變頻空調壓縮機閉環啟動的控制系統，該控制系統包括定位模塊，該定位模塊用於對壓縮機進行轉子定位以獲取壓縮機的轉子的當前位置；給定模塊，該給定模塊用於設定壓縮機的轉子的給定轉速；轉速估算模塊，該轉速估算模塊用於根據壓縮機的轉子的當前位置估算壓縮機的轉子的當前轉速；斜坡函數啟閉模塊，該斜坡函數啟閉模塊用於調用斜坡限制函數；控制模塊，該控制模塊用於獲取壓縮機的轉子的當前轉速，並判斷壓縮機的轉子的當前轉速是否達到給定轉速；其中，如圖1所示，定位模塊與轉速估算模塊通信連接，定位模塊對壓縮機進行轉子定位獲取壓縮機的轉子的當前位置後，輸出信號使轉速估算模塊開始運行，根據壓縮機的轉子的當前位置估算壓縮機的轉子的當前轉速；給定模塊、轉速估算模塊、斜坡函數啟閉模塊均與控制模塊通信連接，轉速估算模塊估算壓縮機的轉子的當前轉速傳輸至控制模塊，由控制模塊判定轉子的當前轉速v當前是否達到經給定模塊輸入至控制模塊的給定轉速v，從而控制斜坡函數啟閉模塊的開關。

採用上述控制系統，實現直流變頻空調壓縮機的閉環啟動的過程如下：

A)於控制模塊內設定斜坡函數啟閉模塊的調用條件：令轉子的當前轉速v當前≥給定轉速v的90％時，斜坡函數啟閉模塊開啟；令轉子的當前轉速v當前＜給定轉速v的90％時，斜坡函數啟閉模塊關閉；

B)通過定位模塊向壓縮機的電機繞組注入直流電流，迫使其電機軸停止在某一指定角度來識別電機初始角度，使轉子穩定在一個已知的給定的角度上，實現轉子的定位；

C)轉速估算模塊實時獲取轉子的當前轉速v當前，並將當前轉速v當前傳送至控制模塊；

D)控制模塊輸出控制信號至斜坡函數啟閉模塊，令斜坡函數啟閉模塊關閉；

E)將給定轉速v輸入至給定模塊，該給定轉速v為固定常數值；給定模塊接受輸入的信息並將該信息傳輸至控制模塊；

F)控制模塊檢測對比給定轉速v與轉子的當前轉速v當前；此時，v當前＜0.9v，因此，控制模塊對斜坡函數啟閉模塊發出控制信號，關閉斜坡函數啟閉模塊，避免斜坡限制函數的調用；而給定轉速v則直接輸入至控制系統的速度環內；

G)控制系統採用控制算法A，對轉子位置進行閉環控制；轉子的轉速逐漸上升；

H)控制模塊檢測對比給定轉速v與轉子的當前轉速v當前，並發現v當前≥0.9v，因此，控制模塊對斜坡函數啟閉模塊發出控制信號，開啟斜坡函數啟閉模塊，以調用斜坡限制函數；給定轉速v經過斜坡限制函數轉變成參考轉速v'後，輸入至速度環內；

I)控制系統採用控制算法B，對轉子位置進行閉環控制；

J)壓縮機啟動成功。

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範圍的限制。基於此處的解釋，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範圍之內。