CN101776079B - 单转子压缩机的转矩自动补偿***和转矩自动补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于正弦波控制***的单转子转矩自动补偿***。转矩自动补偿***，包括正弦波双环调速***，其进一步包括电流环、速度环、PI调节器和加法器；转矩自动补偿器，其进一步包括低通滤波器和负载转矩计算器；所述电流环通过PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给电机；所述速度环通过PI调节器控制压缩机速度Ω与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′；正弦波双环调速***中的计算器接受电流环输出电流i^*′和转矩自动补偿器反馈的补偿电流i‘得到给定电流i^*，计算公式为i^*＝i^*′-i′；给定电流i^*和压缩机速度Ω反馈至转矩自动补偿器中的负载转矩计算器。上述控制方案用于降低低频时单转子压缩机的振动，同时可以减小产品的开发周期。

Description

单转子压缩机的转矩自动补偿***和转矩自动补偿方法

技术领域

本发明涉及一种应用于单转子压缩机的转矩自动补偿***，尤其涉及一种基于正弦波控制***的单转子转矩自动补偿***。

背景技术

对于空调中的单转子压缩机，由于其简单的机械结构，在低成本制冷***中得到了广泛的应用，但是单转子压缩机在每旋转一周的过程中，由于压缩机气缸内压力的变化，以及转子重心的偏移，会导致压缩机产生较大的振动。对于传统的正弦波矢量控制方式，在低频时，会产生了较大转速波动，影响了压缩机工作的性能。目前国外空调厂家一般都根据速度、电流等条件采用查表方式对转矩进行补偿来降低压缩机的振动，该方法需要进行大量的实验，而且只针对某一款单转子压缩机，开发周期很长。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种结构简单、适用范围广的单转子压缩机的转矩自动补偿***。

本发明的第二目的是提供一种使用上述单转子压缩机的转矩自动补偿***进行转矩自动补偿的方法。

为实现上述第一目的，本发明提供如下技术方案：

单转子压缩机的转矩自动补偿***，包括

正弦波双环调速***，其进一步包括电流环、速度环、电流环PI调节器、速度环PI调节器和加法器；

转矩自动补偿器，其传递函数为

其中T′_l为输出的估算负载转矩，K′_t为测量出的转矩常数，J′为测量出的压缩机电机转动惯量，Ω′为压缩机速度，τ为低通滤波器时间常数；

所述电流环通过电流环PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给压缩机；

所述速度环通过速度环PI调节器控制压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′；

正弦波双环调速***中的加法器输入速度环输出电流i^*′和根据转矩自动补偿器反馈的估算负载转矩T′l得到的补偿电流i‘，输出给定电流i^*，计算公式为i^*＝i^*′-i′；

给定电流i^*和压缩机速度Ω′反馈至转矩自动补偿器。

为实现上述第二目的，本发明提供如下技术方案：

转矩自动补偿方法，

首先，启动正弦波双环调速***，将用户设定的给定速度Ω^*和采用常规软件估算算法获得的压缩机速度Ω′输入所述速度环；通过速度环PI调节器控制压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′；根据公式i^*＝i^*′-i′，计算给定电流i^*。；

根据公式计算出估算负载转矩T′_l，然后将根据估算负载转矩T′_l得到的补偿电流i‘反馈给正弦波双环调速***中的加法器；通过电流环PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给压缩机；依此循环。

上述控制方案用于降低低频时单转子压缩机的振动，同时可以减小产品的开发周期。采用上述自动补偿方法，可以最终实现压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*基本一致，只有小幅波动，从而减小了压缩机的震动。

附图说明

图1是采用本发明转矩自动补偿***的控制框图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如下为永磁同步电机的机械运动方程：

$T_e-T_l-\mathrm{B\Ω}=J\frac{\mathrm{d\Ω}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

T_e＝1.5p[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q]----------------------(2)

其中T_e为旋转坐标系下的电磁转矩，T_l为压缩机的负载，B为粘滞系数，J为压缩机的转动惯量，Ω为压缩机速度，p为压缩机极对数，ψ_f为转子磁链，L_d为定子直轴电感，L_q为定子交轴电感，i_d为旋转坐标系下的定子直轴电流，i_q为旋转坐标系下的定子交轴电流，所以可以得到：

$T_l=T_e-J\frac{\mathrm{d\Ω}}{\mathrm{dt}}-\mathrm{B\Ω}$

$=1.5p[{\mathrm{\Ψ}}_f{i}_q+(L_d-L_q)i_d{i}_q]-J\frac{\mathrm{d\Ω}}{\mathrm{dt}}-\mathrm{B\Ω}---\left(3\right)$

一般情况下，由于粘滞系数B很小，在基频以下BΩ一项基本可以忽略不计，所以公式可化为：

$T_l=1.5p[{\mathrm{\Ψ}}_f{i}_q+(L_d-L_q)i_d{i}_q]-J\frac{\mathrm{d\Ω}}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

当速度平稳时，

一项为零，负载转矩等于电磁转矩，也就是说只要控制速度平稳，就可以降低压缩机低频振动的问题。

如图1为基于正弦波控制***的单转子转矩自动补偿器控制框图，第一个虚线框图里为一永磁同步电机模型，下面一个虚线框为转矩自动补偿器模型，其他部分为正弦波双环调速***模型。

永磁同步电机模型的传递函数如下：

$\mathrm{\Ω}=(K_{t}i-T_l)\frac{1}{B+\mathrm{Js}}$

$i=(u-K_e\mathrm{\Ω})\frac{1}{r+\mathrm{sL}}$

其输入为电压u以及负载转矩T_l，输出为压缩机速度Ω，其中K_t为转矩常数，i为压缩机电流，u为压缩机输入电压，K_e为电动势常数，r为压缩机定子电阻，L为定子电感。

转矩自动补偿器，其进一步包括低通滤波器和负载转矩计算器。转矩自动补偿器模型的传递函数如下：

${T_l}^{\′}=(-{K_t}^{\′}i*+J\′\mathrm{s\Ω}\′)\left(\frac{1}{1+\mathrm{\τs}}\right);$

其输入为电流给定i以及压缩机速度Ω′，输出为估算负载转矩T_l′，其中K_t′为测量出的转矩常数，J′为测量出的电机转动惯量，τ为低通滤波器时间常数。

正弦波双环调速***包括电流环、速度环、PI调节器和加法器。其中电流环主要是通过PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给压缩机。速度环主要是通过PI调节器控制压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′。从公式2中可以看出电流与电磁转矩有关，当压缩机确定以后，p、ψ_f、L_d、L_q都为常数，控制了电流也就控制了电磁转矩T_e，其中i_d+i_q＝i，上式为矢量合成，对于单转子压缩机由于在转子旋转一周内负载变化很大，因而需要对电流给定进行补偿即：i^*＝i^*′-i′。

整个***运行过程如下：

首先，启动正弦波双环调速***，将用户设定的给定速度Ω^*和采用常规软件估算算法获得的压缩机速度Ω′输入所述速度环，正弦波双环调速***刚启动时，给定电流i^*、补偿电流i‘的初始值为零。通过PI调节器控制压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′；根据公式i^*＝i^*′-i′，计算给定电流i^*，因为i′初始值为零，所以，第一个循环中，i^*＝i^*′。

根据公式

计算出负载转矩T′_l，其中，K_t′为测量出的转矩常数，J′为测量出的压缩机电机转动惯量，τ为低通滤波器时间常数，然后将根据负载转矩T′_l得到的补偿电流i‘反馈给正弦波双环调速***中的加法器；通过PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给压缩机；依此循环，最终实现压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*趋于一致，这样就解决了压缩机低频振动的问题。

当然，本发明还可以有其他简单变形。总之，根据上述实施例的提示而做显而易见的变动，以及其他凡是不脱离本发明实质的改动，均应包括在权利要求所述的范围之内。

Claims (3)

1.单转子压缩机的转矩自动补偿***，其中单转子压缩机采用永磁同步电机，其特征在于，包括

正弦波双环调速***，其进一步包括电流环、速度环、电流环PI调节器、速度环PI调节器和加法器；

转矩自动补偿器，其传递函数为

其中T′_l为输出的估算负载转矩，K′_t为测量出的转矩常数，J′为测量出的压缩机电机转动惯量，Ω′为压缩机速度，τ为低通滤波器时间常数；

所述电流环通过电流环PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给压缩机；

所述速度环通过速度环PI调节器控制压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′；

正弦波双环调速***中的加法器输入速度环输出电流i^*′和根据转矩自动补偿器反馈的估算负载转矩T′_l得到的补偿电流i‘，输出给定电流i^*，计算公式为i^*＝i^*′-i′；

给定电流i^*和压缩机速度Ω′反馈至转矩自动补偿器。

2.根据权利要求1所述的单转子压缩机的转矩自动补偿***，

其特征在于：

所述正弦波双环调速***刚启动时，输入的给定速度Ω^*由用户设定，压缩机的速度Ω′采用常规软件估算算法获得，给定电流i^*、补偿电流i‘的初始值为零。

3.使用权利要求2所述的单转子压缩机的转矩自动补偿***的转矩自动补偿方法，

其特征在于：

首先，启动正弦波双环调速***，将用户设定的给定速度Ω^*和采用常规软件估算算法获得的压缩机速度Ω′输入所述速度环；通过速度环PI调节器控制压缩机速度Ω′与给定速度Ω^*相一致，并输出电流i^*′；根据公式i^*＝i^*′-i′，计算给定电流i^*；

根据公式

计算出估算负载转矩T′_l，然后将根据估算负载转矩T′_l得到的补偿电流i‘反馈给正弦波双环调速***中的加法器；通过电流环PI调节器控制压缩机电流i与给定电流i^*相一致，并输出电压u给压缩机；依此循环。

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