一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及其控制装置

摘要

本发明公开了一种直流变频空调压缩机的启动控制方法及其控制装置，控制方法为：步骤S10：控制器对压缩机转子进行定位控制，使转子转动到预定的位置；步骤S20：控制器对转子位置进行稳定控制，控制器控制流入压缩机的三相电流的相位和幅值，使之与步骤S10结束时三相电流的相位和幅值的数值保持一致，并保持预定的时间，在该预定时间内，三相电流产生的磁场保持不变，转子结束抖动，处于静止状态；步骤S30：定位结束，控制器对转子进行异步运转控制，使转子转动到预定的转速；步骤S40：在压缩机转子转动到预定的转速后，控制器开始对转子位置进行闭环控制。该方法可保证压缩机成功启动，并避免电流畸变引起的功率半导体器件损坏或压缩机中永磁体减磁。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩机的启动控制方法及其控制装置，更具体的，涉及一 种直流变频空调压缩机的启动控制方法及其控制装置。

背景技术

目前，目前伴随着技术的进步，越来越多的空调器开始采用直流变频压缩 机。直流变频压缩机采用内置永磁体的转子，运转时不需要额外的励磁电流， 所以相对于传统的定速压缩机和交流变频压缩机，具有更高的效率，使空调器 更加节能。

在直流变频压缩机的驱动过程中，为了获得较高的可靠性和效率，空调器 的控制器需要准确地推算出压缩机转子的旋转位置，并对转子位置进行闭环控 制。为了准确地推算出压缩机转子的旋转位置，需要压缩机具有较高的转速， 能够产生较高的反电动势。而在直流变频压缩机启动过程中，因为压缩机处于 静止和低速运转状态，不能产生足够的反电动势，使控制器无法准确地推算出 压缩机转子的实际位置，所以在压缩机启动时，控制器通常采用转子位置的开 环控制。这种控制方法如下所述：

启动过程分为三个阶段：

1.转子定位阶段：

启动前压缩机处于静止状态，但是压缩机转子的位置不确定，为将转子固 定到一个预定的位置以便于启动，控制器需进行转子定位控制。控制器分别调 整流入压缩机的三相电流的相位和幅值，使三相电流缓慢增加，三相电流产生 的磁场与转子内永磁体产生的磁场相互作用，使转子转动到预定的位置。

2.异步运转阶段：

在定位结束后，控制器按照设定的目标转速和加速度，调整流入压缩机的 三相电流的频率、相位和幅值，三相电流产生的磁场与转子内永磁体产生的磁 场相互作用，使转子转动到预定的转速。在这个过程中，控制器不推算压缩机 转子的实际位置，进行开环控制。

3.同步运转阶段：

在压缩机转子转动到预定的转速后，压缩机已经可以产生足够高的反电动 势。控制器根据检测到的压缩机电流、直流母线电压等信息，可以推算出转子 的实际位置，并开始对转子位置进行闭环控制，从而完成启动阶段的控制，转 为通常运转阶段的控制。

然而，在转子定位阶段，转子在静止状态下受到定子磁场的牵引作用，转动 到预定的位置，并会出现短时间的抖动。理想的情况是在定位过程中完成转子 定位，在开始异步运转时，转子已结束抖动，处于静止状态。但实际情况是转 子定位动作有时发生在定位结束时，在转子还处于转动或抖动情况下，开始异 步运转，会使施加到定子上的电流出现畸变。这种畸变轻则会引起压缩机启动 失败，重则由于电流过大会引起控制器中驱动压缩机的功率半导体器件损坏或 压缩机中永磁体减磁，是需要避免的。现有的技术是调整定位阶段所需的时间 长短和定位结束时的目标电流值的大小，来使定位动作发生在定位过程中，但 从实施的效果来看均不理想。

基于上述描述，亟需要一种有效的直流变频空调压缩机的启动控制方法及其 控制装置，使用该方法以保证压缩机稳定、可靠地启动，并且消除电流畸变引 起的功率半导体器件损坏或压缩机中永磁体减磁的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种直流变频空调压缩机的启 动控制方法及其控制装置，该方法可以保证压缩机稳定、可靠地启动，而且 可以避免电流畸变引起的功率半导体器件损坏或压缩机中永磁体减磁。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种直流变频空调压缩机的启动控制方法，包括以下步骤：

步骤S10：控制器对压缩机转子进行定位控制，使转子转动到预定的位置；

步骤S20：控制器对转子位置进行稳定控制，控制器控制流入压缩机的三相 电流的相位和幅值，使之与步骤S10结束时三相电流的相位和幅值的数值保持 一致，并保持预定的时间，在该预定时间内，三相电流产生的磁场保持不变， 转子结束抖动，处于静止状态；

步骤S30：定位结束后，控制器对转子进行异步运转控制，使转子转动到预 定的转速；

步骤S40：在压缩机转子转动到预定的转速后，控制器开始对转子位置进行 闭环控制。

作为优选，在步骤S10中，包括以下步骤：

步骤S11：控制器分别调整流入压缩机的三相电流的相位和幅值，使三相电 流缓慢增加；

步骤S12：三相电流产生的磁场与转子内永磁体产生的磁场相互作用，使转 子转动到预定的位置。

作为优选，在步骤S30中，包括以下步骤：

步骤S31：控制器按照设定的目标转速和加速度，调整流入压缩机的三相电 流的频率、相位和幅值；

步骤S32：三相电流产生的磁场与转子内永磁体产生的磁场相互作用，使转 子转动到预定的转速。

作为优选，在步骤S40中，包括以下步骤：

步骤S41：控制器根据检测到的压缩机电流、直流母线电压信息，推算出转 子的实际位置；

步骤S42：控制器开始对转子位置进行闭环控制，完成启动阶段的控制，转 为通常运转阶段的控制。

作为优选，在步骤S10中，根据所驱动的压缩机的规格，控制器确定定位 控制的目标电流值和定位时间。

作为优选，在步骤S30中，控制器对压缩机转子进行开环控制。

一种直流变频空调压缩机的启动控制装置，包括以下单元：

整流单元、将交流电通过二极管整流成为直流电；

功率因数补偿单元、通过电感元件，提高变频器的功率因数；

直流母线滤波单元、通过电容元件，滤除整流后直流电中的脉动成分；

直流母线电压检测单元、检测直流母线电压，将电压信号发送给控制单元；

逆变单元、接受控制单元发送的脉宽调制信号，控制逆变单元内部的双极 性绝缘栅晶体管的开关状态，将直流电逆变成为频率可调的交流电，用来驱动 压缩机；

电流检测单元、检测变频器输出电流，将电流信号发送给控制单元；

控制单元、输出控制逆变单元内部的双极性绝缘栅晶体管开关的脉宽调制 信号，完成变频控制和保护功能；

运算单元、完成矢量变频控制算法，实现压缩机的转子定位控制、转子位 置稳定控制、对转子进行异步运转控制，使之转动到预定的转速、对转子进行 同步运转控制、保护控制。

本发明的有益效果为，由于在转子定位阶段和异步运转阶段之间增加了一 个转子位置稳定阶段，在这个阶段，控制器使流入压缩机的三相电流的相位和 幅值，与转子定位阶段结束时的数值保持一致，因此三相电流产生的磁场保持 不变，使转子在转动到预定的位置后，能够尽快地结束抖动，处于静止状态。 所以在开始异步运转时，不会出现压缩机电流的畸变。由于在开始异步运转时 不会出现压缩机电流的畸变，所以不会引起控制器中驱动压缩机的功率半导体 器件损坏或压缩机中永磁体减磁。采用这种新的控制方法，提高了压缩机启动 的成功率。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施例的控制流程图；

图2为本发明提供的一种实施例的时间-相位关系图；

图3为本发明提供的直流变频空调压缩机的启动控制装置的结构示意图。

图中：

1、整流单元，2、功率因数补偿单元，3、直流母线滤波单元，4、直流 母线电压检测单元，5、逆变单元，6、电流检测单元，7、控制单元，8、运 算单元。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1为本发明提供的一种实施例的控制流程图，图2为本发明提供的一 种实施例的时间-电流关系图。从图2可以看出，在本实施例中，将启动过程 分为四个阶段:转子定位阶段、转子位置稳定阶段、异步运转阶段、同步运 转阶段，也就是以下所说的四个步骤。

直流变频空调压缩机的启动过程分为以下四个步骤：

步骤S10：控制器对压缩机转子进行定位控制，使转子转动到预定的位 置。启动前压缩机处于静止状态，但是压缩机转子的位置不确定，为将转子 固定到一个预定的位置以便于启动，控制器需进行转子定位控制。控制器分 别调整流入压缩机的三相电流的相位和幅值，使三相电流缓慢增加，根据所 驱动的压缩机的规格，控制器确定定位控制的目标电流值和定位时间。三相 电流产生的磁场与转子内永磁体产生的磁场相互作用，使转子转动到预定的 位置。

步骤S20：控制器对转子位置进行稳定控制，控制器控制流入压缩机的三相 电流的相位和幅值，使之与步骤S10结束时三相电流的相位和幅值的数值保持 一致，并保持预定的时间，在该预定时间内，三相电流产生的磁场保持不变， 转子结束抖动，处于静止状态。

步骤S30：定位结束后，控制器对转子进行异步运转控制，使转子转动到预 定的转速。在定位结束后，控制器按照设定的目标转速和加速度，调整流入压 缩机的三相电流的频率、相位和幅值，三相电流产生的磁场与转子内永磁体产 生的磁场相互作用，使转子转动到预定的转速。在这个过程中，控制器不推算 压缩机转子的实际位置，进行开环控制。

步骤S40：在压缩机转子转动到预定的转速后，控制器开始对转子位置进行 闭环控制。在压缩机转子转动到预定的转速后，压缩机已经可以产生足够高的 反电动势。控制器根据检测到的压缩机电流、直流母线电压等信息，可以推算 出转子的实际位置，并开始对转子位置进行闭环控制，从而完成启动阶段的控 制，转为通常运转阶段的控制。

由于在转子定位阶段和异步运转阶段增加了一个转子位置稳定阶段，在开 始异步运转时转子处于静止状态，就不会出现压缩机电流的畸变，这样不仅保 证了压缩机可以成功启动，而且可以避免电流畸变引起的功率半导体器件损坏 或压缩机中永磁体减磁。

在该控制器中将步骤S10的目标电流设定为10安培，定位时间设定1秒 钟，在步骤S20中，转子位置稳定时间定1秒钟。从试验结果看，启动过程中 压缩机电流没有出现畸变，整个过程平稳顺畅。

本发明还提供了上述直流变频空调压缩机的启动控制装置，如图3所示，该 装置包括整流单元1、功率因数补偿单元2、直流母线滤波单元3、直流母线电压 检测单元4、逆变单元5、电流检测单元6、控制单元7和运算单元8。

其中整流单元1用于将交流电通过二极管整流成为直流电。此时二极管即为 全桥。

功率因数补偿单元2通过电感元件，提高变频器的功率因数。

直流母线滤波单元3通过电容元件，滤除整流后直流电中的脉动成分。

直流母线电压检测单元4用于检测直流母线电压，将电压信号发送给控制单 元。

逆变单元5接受控制单元7发送的脉宽调制信号，控制逆变单元内部的双极 性绝缘栅晶体管的开关状态，即三相全桥的开关状态，将直流电逆变成为频率 可调的交流电，用来驱动压缩机。

电流检测单元6检测变频器输出电流，将电流信号发送给控制单元7。

控制单元7根据目标转速、直流母线电压信号、变频器输出电流信号，由运 算单元进行控制，输出控制逆变单元内部的双极性绝缘栅晶体管（三相全桥） 开关的脉宽调制信号，完成变频控制和保护功能。

运算单元8是控制单元的核心部分，完成矢量变频控制算法，实现压缩机的 转子定位控制、转子位置稳定控制、对转子进行异步运转控制，使之转动到预 定的转速、对转子进行同步运转控制、保护控制等功能。

在实际应用中，定位控制的目标电流、定位时间、转子位置稳定时间都需 要根据所驱动的压缩机的规格进行设定。其中稳定控制单元控制流入压缩机的 三相电流的相位和幅值的时间，根据每个压缩机不同会有变化，以10匹直流变 频空调的控制器为例，在该控制器中将定位阶段的目标电流设定为10安培，定 位时间设定1秒钟，转子位置稳定时间定1秒钟。通过实验得出启动时压缩机 的U相和W相的电流波形，从波形上看，启动过程中压缩机电流没有出现畸变， 整个过程平稳顺畅。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本 发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的 解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具 体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。