变频空调压缩机驱动控制系统研究与实现

摘要

空调的变频技术具有能效高、振动噪声低、调速性能好和转速范围宽等优点，将逐渐取代传统的定频技术。国家“十二五”规划要求节能减排，低碳生活。完善空调变频调速技术，进一步改善空调系统性能，降低能耗，已成为重要的研究方向。压缩机作为变频空调的主要耗能部件，研究其驱动控制系统对于提高变频空调的能效和性能具有十分重要的意义。
　　 目前，变频空调压缩机都采用直流无刷电机驱动，由压缩机和电机一体化无位置传感器的全封闭式结构构成。直流无刷电机和正弦波永磁同步电机的工作原理相同。论文介绍了压缩机的结构特点和工作方式，基于永磁同步电机的工作原理以及空间矢量调制技术，建立了压缩机驱动系统数学模型，设计了永磁同步电机FOC(磁场定向矢量控制)的压缩机驱动系统控制方案。
　　 针对驱动系统无位置传感器的特点，提出一种基于反电动势的转子位置估计方法。利用两相旋转坐标系下反电势形式的电机方程，结合前馈控制，计算出估计的转子位置与实际的转子位置之间的偏差角度，再采用锁相环结构进行低通滤波，精确估计电机的速度和位置角。在压缩机的低速运行时，改进锁相环结构，保证速度估计精度，进一步改善系统动态性能。在详细分析压缩机低频段负载转矩特性基础上，结合反电动势的位置估计方法，提出一种低频转矩补偿方法。该方法是根据压缩机的工作方式，判断负载转矩特性与估计速度之间的关系来补偿电磁转矩分量，使电磁转矩与负载转矩保持平衡，抑制低频振动。
　　 在基于STM32F103的变频空调实验平台上进行了实验验证，得到的实验结果与理论分析相符合，验证了论文中提出的变频空调压缩机驱动系统控制方法的有效性，可以很好地满足空调压缩机的控制要求。