一种变速风机系统的控制方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种变速风机系统的控制方法。
【背景技术】：
[0002] 变速风机广泛地用于美国市场上的HAVC (暖通空调），风机叶轮通过变速永磁电 机来转动，而永磁电机是由电子控制系统（即电机控制器）来驱动的。图1是目前的变速 风机系统的方框图，包括暖通空调产品控制器、电机控制器、永磁电机和风机。输入指令由 暖通空调产品控制器给出，此控制通常是高级别产品控制板，处理整个产品的运行，输入指 令包括电机运转模式，例如恒定的力矩模式、或恒速模式，或恒风量控制模式。
[0003] 电机控制器有一个微处理器，接收输入指令，如何运行电机，或是以力矩控制模式 或是以速度控制模式，其至是其他先进的流量控制方式。电机控制器还包括硬件变频器和 其他的传感电路。变频器生成基于对策的PWM(脉宽调制）波形，给定子的三相绕组加电。 微处理器还通过传感电路测量电机工作电流和电压并接收反馈信息，从而发出准确的控制 指令控制电机运行。
[0004] 目前的变速风机都采用磁瓦表贴式转子，图2是典型的风机负载应用的力矩对速 度的特性曲线，当风机转速增大时，所需要的力矩始终增加。因此，在最高转速时，就达到最 大负载力矩，图2中在最大转速Sl处工作点Wl具有最大力矩Tl。对于一个表面安装永磁 体的电机来讲，工作点Wl是电机处于变频器饱和的临界点，在Wl点最高转速处传送最大力 矩，在此处供给满电压。
[0005] -般的电机厂在设计电机时，设计人员根据要求的额定力矩和转速来设计电机， 正如图2的曲线的状态，很少考虑通过优化控制策略扩展电机的最高转速和最大力矩，而 且多数都带有位置传感器，导致耗费材料多，产品成本偏高，能耗也高。
[0006] 美国专利US6885970公开了一种永磁同步电机的凸极转子位置估算器和方法，采 用无传感器的矢量控制方式，但没有披露利用凸极转子的凸极性和高磁密结合控制策略来 达到提高力矩密度降低产品成本的描述。
[0007] 美国专利US7245104(B2)公开了无位置传感器的电机控制器，采用无传感器的矢 量控制方式，主要针对电流矢量来进行控制，但没有披露利用凸极转子的凸极性和高磁密 结合控制策略来达到提高力矩密度降低产品成本的描述。
[0008] 美国专利US6137258公开了无位置传感器的感应电机矢量控制器，采用无传感器 的矢量控制方式，主要针对感应电机进行控制，但没有披露利用永磁凸极转子控制降低产 品成本的描述。
[0009] 美国专利US7525269公开了无位置传感器的3相同步电机电机矢量控制器，只公 开了电流力矩控制模式，没有披露利用凸极转子的凸极性和高磁密结合控制策略来达到提 高力矩密度降低产品成本的描述，也没有披露力矩电流控制模块和直接定子磁通矢量控制 模块根据电机运行状况进行切换，来提高效率，降低成本。
[0010] 美国专利US7898197公开了无位置传感器的同步电机电机矢量控制器，没有披露 利用凸极转子的凸极性和高磁密结合控制策略来达到提高力矩密度降低产品成本的描述， 也没有披露力矩电流控制模块和直接定子磁通矢量控制模块根据电机运行状况进行切换， 来提高效率，降低成本。
[0011] 美国专利US7816876公开了无位置传感器的同步电机电机矢量控制器，没有披露 利用凸极转子的凸极性和高磁密结合控制策略来达到提高力矩密度降低产品成本的描述， 也没有披露力矩电流控制模块和直接定子磁通矢量控制模块根据电机运行状况进行切换， 来提高效率，降低成本。
[0012] 美国专利US7511448公开了无位置传感器的同步电机电机矢量控制器，解决实时 检测参数问题，没有披露利用凸极转子的凸极性和高磁密结合控制策略来达到提高力矩密 度降低产品成本的描述，也没有披露力矩电流控制模块和直接定子磁通矢量控制模块根据 电机运行状况进行切换，来提高效率，降低成本。
【发明内容】
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[0013] 本发明的目的是提供一种变速风机系统的控制方法，可以扩充力矩及转速容量， 换个角度来讲可以降低电机耗材小，成本低，控制优化且能耗小。
[0014] 本发明的目的是通过以下的技术方案予以实现的。
[0015] -种变速风机系统的控制方法，所述的风机控制系统包括永磁电机和由永磁电机 驱动的风机，所述的永磁电机包括定子组件、转子组件和电机控制器，转子组件是在转子铁 芯内嵌入磁钢的凸极内转子，电机控制器采用无位置传感器的矢量控制方式，电机控制器 包括微处理器、变频器和检测单元，检测单元将相电流、相电压及DC总线电压输入到微处 理器，微处理器输出信号控制变频器，变频器与定子组件的绕组连接，其特征在于：凸极永 磁电机的输出力矩取决Kf · Iq与（Ld-Lq) · Id· Iq之和，微处理器里面算法控制程序利用 磁阻力矩（Ld-Lq) · Id· Iq的贡献来提高输出力矩TtOT_，微处理器在弱磁控制下，利用提 升力矩控制可以实现输出力矩Ttorque扩大，永磁电机工作点可从点Wl推进到W2,输出力矩 乜聊相当于从Tl上升到T2,运行转速S从Sl上升到S2。
[0016] -种变速风机系统的控制方法，所述的风机控制系统包括永磁电机和由永磁电机 驱动的风机，所述的永磁电机包括定子组件、转子组件和电机控制器，转子组件是在转子铁 芯内嵌入磁钢的凸极内转子，电机控制器采用无位置传感器的矢量控制方式，电机控制器 包括微处理器、变频器和检测单元，检测单元将相电流、相电压及DC总线电压输入到微处 理器，微处理器输出信号控制变频器，变频器与定子组件的绕组连接，其特征在于：该方法 包括如下步骤：
[0017] 1)将变频器饱和的临界速度Sl并输入到微处理器；
[0018] 2)所述的微处理器设置有力矩电流控制模块和直接定子磁通矢量控制模块，微处 理器检测电机的实际运行速度S是否大于临界速度Sl ;
[0019] 3)若电机的实际运行速度S是不大于临界速度S1，则利用力矩电流控制模块控制 电机运行；
[0020] 4)若电机的实际运行速度S是大于临界速度Sl，则利用直接定子磁通矢量控制模 块控制电机运行。
[0021] 上述所述的变频器饱和的临界速度Sl并是通过实测手段检测出来。
[0022] -种变速风机系统的控制方法，所述的风机控制系统包括永磁电机和由永磁电机 驱动的风机，所述的永磁电机包括定子组件、转子组件和电机控制器，转子组件是在转子铁 芯内嵌入磁钢的凸极内转子，电机控制器采用无位置传感器的矢量控制方式，电机控制器 包括微处理器、变频器和检测单元，检测单元将相电流、相电压及DC总线电压输入到微处 理器，微处理器输出信号控制变频器，变频器与定子组件的绕组连接，其特征在于：该方法 包括如下步骤：
[0023] 1)将变频器饱和的临界力矩Tl输入到微处理器；
[0024] 2)所述的微处理器设置有力矩电流控制模块和直接定子磁通矢量控制模块，微处 理器检测电机的要求力矩T是否大于临界力矩Tl ;
[0025] 3)若要求力矩T不大于临界力矩Tl，贝_用力矩电流控制模块控制电机运行；
[0026] 4)若要求力矩T大于临界力矩Tl，则利用直接定子磁通矢量控制模块控制电机运 行。
[0027] 上述所述的变频器饱和的临界力矩Tl是通过实测手段检测出来。
[0028] -种变速风机系统的控制方法，所述的风机控制系统包括永磁电机和由永磁电机 驱动的风机所述的永磁电机包括定子组件、转子组件和电机控制器，转子组件是在转子铁 芯内嵌入磁钢的凸极内转子，电机控制器采用无位置传感器的矢量控制方式，电机控制器 包括微处理器、变频器和检测单元，检测单元将相电流、相电压及DC总线电压输入到微处 理器，微处理器输出信号控制变频器，变频器与定子组件的绕组连接，微处理器设置力矩电 流控制模块、直接定子磁通矢量控制模块和定子磁通观测器，其特征在于：该方法包括如下 步骤：
[0029] 步骤1)读取需求力矩；
[0030] 步骤2)定子磁通观测器输出定子磁通、磁通角和负载角；
[0031] 步骤3基于MTPA工作模式下计算参考磁通；
[0032] 步骤4)基于MTPV工作模式下计算限制磁通；
[0033] 步骤5)限制磁通是否大于参考磁通；
[0034] 步骤6)若限制磁通大于参考磁通，变频器未饱和，根据力矩需求计算电压Vq，在 MTPA工作模式下计算电压Vd ;若限制磁通不大于参考磁通，根据力矩需求计算电压Vq，在 MTPV工作模式下计算电压Vd ;
[0035] 步骤7)将电压VcUVq转换成静止坐标下的电压Va、νβ，再将静止坐标下的电压 V a、V β变换成三相电压Va、Vb、Vc，利用三相电压Va、Vb、Vc进行PffM调制。
[0036] 一种变速风机系统的控制方法，所述的风机控制系统包括永磁电机和由永磁电机 驱动的风机，所述的永磁电