一种压缩机电机用宽速域高效率驱动方法、控制器及调速系统

1.本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种压缩机电机用宽速域高效率驱动方法、控制器及调速系统。


背景技术：

2.随着对电器高效节能等性能的需求日益增加，pmsm越来越多代替传统的直流电机应用在家用冰箱或空调。传统的pmsm驱动方式主要分为120度或180度方波驱动或正弦波驱动，两种驱动方式相比较各有优缺点。有研究表明，在低速运行时，采用方波驱动比正弦波驱动损耗要小，而正弦波驱动具有转矩脉动小，启动性能好，调速范围宽等特点。有实验证明，传统的压缩机工作方式是当空调或冰箱达到设定工作温度后，关闭压缩机，当温度偏离设定温度后压缩机再启动工作，这种压缩机频繁的启动方式相比其工作在低速情况下的能耗要高。考虑到压缩机安装空间狭小，压缩机运动及潮湿环境的影响，如果采用位置传感器，难以安装且增加系统成本及复杂性，可靠性降低。本发明提出了在不同工作状态下选取方波和正弦波相结合的驱动模式，并进行平滑切换，实现压缩机不停机低能耗运行。


技术实现要素：

3.针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了基于无位置传感器双驱动模式切换电机驱动方法，提供了一种结构简单，低能耗的压缩机电机控制系统。
4.本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：
5.一种压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，基于无位置传感器的无刷电机驱动控制方法，所述电机启动或低速时采用低频或高频电压脉动注入法来获取转子位置或转速；所述电机达到某一设定转速阈值时，采用测量其反电动势来提取位置或转速信号；所述电机降速运行时，当达到所述某一转速阈值时，驱动模式切换到方波驱动模式；在所述电机驱动模式切换过程中通过计算并选择合适的切换点保证转矩脉动小，噪音小。
6.可选地，所述电机在启动或低速运行时，将固定频率、固定占空比的脉冲电压注入绕组中，通过电流响应大小确定所述电机转子初始位置，并计算实时转速，相关参数写入方波驱动模式。
7.可选地，所述电机转速达到某一设定转速阈值时，控制驱动切换至正弦波驱动模式，以获取静音效果及高效率宽速运行。
8.可选地，当需要制冷时，所述压缩机电机转速迅速上升到额定速度运行，采用基于foc算法的mtpa控制方法，当温度达到设定温度时，所述电机由额定转速降为低速运行，此时，切换到方波驱动方式，由电压传感器检测电机端电压。
9.可选地，方波驱动时，所述电机每次两相导通，一相不导通。
10.可选地，感应电动势的大小与转子位置有直接关系，测得感应电动势便能推算出转子位置；所述转子位置积分后得到转速，可以预测到下一次桥臂开通时刻。
11.可选地，当需要快速制冷时，驱动模式从方波变为正弦波进行驱动。
12.本发明还提供了一种压缩机电机用宽速域高效率驱动控制器，采用宽速域高效率驱动方法进行驱动控制。
13.本发明还提供一种压缩机电机用宽速域高效率驱动调速系统，包括宽速域高效率驱动控制器。
14.本发明的有益效果为：
15.采用无位置传感器技术节省空间及成本，增加了运行的可靠性；在不同工作状况下，分别采用方波驱动和正弦波驱动，并实现了无缝切换，转矩脉动小，实现了压缩机不停机快速制冷且能耗降低的目的。
附图说明
16.图1为本申请实施例提供的的基于电池供电的压缩机电机控制系统框
17.图2为本申请实施例提供的宽速域双模式控制系统策略图
18.图3为本申请实施例提供的基于整流逆变系统的压缩机电机控制系统框图
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，根据无位置传感器检测技术所测得转子角度θ及电流传感器检测到定子三相电流中的两相ia、ib，计算ic＝-i
a-ib，通过坐标转换将三相定子电流转化为两相静止坐标系下，再转化为旋转坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq，此时通过最大转矩电流比mtpa控制方法，当温度达到设定温度时，电机由额定转速降为低速运行，此时，切换到方波驱动方式，由电压传感器检测电机端电压。
21.当方波驱动时，电机每次两相导通，一相不导通，设a和b导通，c相不导通，可得方程式可以得到又因e1+e2+e3＝0，得进
一步可得c相端电压计算公式则其中uc与u
dc
可测，可推算出ib＝-ic＝i。
22.在正弦波驱动转换为方波驱动的过程中，需要满足功率平衡当ia＝0时，ib＝-ic＝i，转子角度为零，根据得id＝0，＝0，方波输出功率p
out
＝v
dc
di，两者相等得方波驱动的占空比进而可以进行pwm波进行方波驱动。当需要快速制冷时，驱动模式从方波变为正弦波进行驱动，此时
23.如图2所示，该系统由ipm模块、电流检测模块、pi控制器、控制模式选择器、滤波器、角度观测器组成。ipm为功率器件组合模块，实现电流的频率、幅值等调节，电流检测模块实时检测电机绕组上的电流，此信号作为pi控制器的输入信号之一，与给定信号进行做差计算。pi控制器以实际采样电流和给定电流偏差作为输入，以电流偏差最小为调节目标，pi控制器输出信号通过与转子角度等检测变量耦合计算后，将六路pwm信号发送至 ipm模块，使实际电流电压跟踪给定。控制模式选择器主要是用于判断压缩机工作条件与模式逻辑判断，当判断电机处于低速或启动运行时，切换至方波控制模式，当判断电机处于高速运行状态时，切换至正弦波控制模式。滤波器用于采样电流的波形处理，将电流干扰信号及其他高频次谐波信号滤掉，获得电流轮廓清晰分明的波形，用于电流精确控制。
24.如图3所示，本发明的调速系统的控制流程为：电流电220v 通过可控整流调压或不可控整流调压至310v直流母线电压，再经过由六个igbt组成的ipm逆变模块，生成电流频率、电压频率、电流赋值、电压幅值可调节的三相交流电传输至电机绕组端。主控芯片通过采样的实时电流及电压，解算出转子实时位置，结合电机运行状态进行控制算法选择，达到压缩机电机在宽速范围内的高效高转矩输出运行，考虑到系统控制算法切换的复杂性，增加了母线电压电流的检测功能，在系统故障时可作出欠压、过压、过流等保护。
25.本发明未尽事宜为公知技术。
26.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，基于无位置传感器的无刷电机驱动控制方法，其特征在于，所述电机启动或低速时采用低频或高频电压脉动注入法来获取转子位置或转速；所述电机达到某一设定转速阈值时，采用测量其反电动势来提取位置或转速信号；所述电机降速运行时，当达到所述某一转速阈值时，驱动模式切换到方波驱动模式；在所述电机驱动模式切换过程中通过计算并选择合适的切换点保证转矩脉动小，噪音小。2.根据权利要求1所述的压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，其特征在于，所述电机在启动或低速运行时，将固定频率、固定占空比的脉冲电压注入绕组中，通过电流响应大小确定所述电机转子初始位置，并计算实时转速，相关参数写入方波驱动模式。3.根据权利要求1所述的压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，其特征在于，所述电机转速达到某一设定转速阈值时，控制驱动切换至正弦波驱动模式，以获取静音效果及高效率宽速运行。4.根据权利要求1所述的压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，其特征在于，当需要制冷时，所述压缩机电机转速迅速上升到额定速度运行，采用基于foc算法的mtpa控制方法，当温度达到设定温度时，所述电机由额定转速降为低速运行，此时，切换到方波驱动方式，由电压传感器检测电机端电压。5.根据权利要求1和权利要求4所述的压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，其特征在于，方波驱动时，所述电机每次两相导通，一相不导通。6.根据权利要求1所述的压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，其特征在于，感应电动势的大小与转子位置有直接关系，测得感应电动势便能推算出转子位置；所述转子位置积分后得到转速，可以预测到下一次桥臂开通时刻。7.根据权利要求1和权利要求4所述的压缩机电机用宽速域高效率驱动方法，其特征在于，当需要快速制冷时，驱动模式从方波变为正弦波进行驱动。8.一种压缩机电机用宽速域高效率驱动控制器，其特征在于，采用权利要求1～6中任一项所述的驱动方法进行驱动控制。9.一种压缩机电机用宽速域高效率驱动调速系统，其特征在于，包括权利要求7所述的驱动控制器。

技术总结
本文发明公开了一种压缩机电机基于无位置传感器的无刷电机驱动控制方法：电机启动或低速时采用低频或高频电压脉动注入法来获取转子位置或转速；电机转速达到某一设定转速阈值时，控制驱动切换至正弦波驱动模式，以获取静音效果及高效率宽速运行；电机降速运行时，当达到某一转速阈值时，驱动模式切换到方波驱动模式；在电机驱动模式切换过程中通过计算并选择合适的切换点保证转矩脉动小，噪音小。该方法用于压缩机电机的控制中，使压缩机在在低速和高速时充分利用两种驱动方式的优点，可避免由压缩机频繁启动所产生的能耗，达到节能的目的。目的。


技术研发人员：蔡辉
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2021.06.03
技术公布日：2022/11/29