CN107859645B - 风机控制方法、***及空调 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风机控制方法、***及空调，其中，该方法包括：关断用于风机的逆变器中第一桥臂组；对逆变器中的第二桥臂组施加预设驱动信号；检测施加预设驱动信号后风机定子的电信号；根据电信号确定风机的初始状态，初始状态包括：顺风正转状态、静态启动状态或逆风反转状态；根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号。本发明解决了现有技术中母线电压异常故障的问题。

Description

风机控制方法、***及空调
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种风机控制方法、***及空调。
背景技术
在变频空调领域，空调室外风机，常常采用不可控整流的变频驱动器，其母线电压大小会随输入电压高低、负载大小、逆风反转刹车等条件的变化，而出现不稳定的母线电压过高过低现象，从而导致母线电压异常故障停机。另外，空调室外风机启动常常会随外界自然条件的不同，出现逆风反转启动、顺风正转启动和静态启动三种方式。
风机逆风反转会导致风机处于“发电机”状态，能量反充至直流母线，使母线电压升高，出现母线电压过高异常。风机顺风正转和静态启动，运行会随负载越来越大，出现母线电压降低。在低电压电源输入情况下，很容易出现母线电压过低异常。
上述情况导致的母线电压过高过低不稳定现象，常规的控制方法是：
(1)由风机逆风反转导致的母线电压过高，请参考图1，通常会增加刹车电路，当因能量反充至直流母线升高到一定值时，开关K1吸合，能量在电阻R1内消耗，母线电压低于一定时，开关K1断开，正常运行。
该方案的优点是可快速制动消耗能量，但缺点是增加了额外的开关管和电阻，成本高，可靠性低，控制阀值软件检测有误差，易产生误判。同时，电阻发热需要增加额外的散热***。
(2)由风机顺风正转和静态启动、运行时，随负载增大，母线电压降低，软件通常会根据母线电压的低电压阀值限制风机频率上升，从而限制负载升高，控制母线电压不再降低。
该方案缺点是在低电压输入条件下，很容易出现降低风机负载，不能到达需求的风量，导致降低了整机性能。
因此，如何降低母线电压异常故障，提高整机性能成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种风机控制方法、***及空调，以至少解决现有技术中如何降低母线电压异常故障的问题。
为解决上述技术问题，根据本公开实施例的第一方面，本发明提供了一种风机控制方法，包括：
关断用于风机的逆变器中第一桥臂组；对逆变器中的第二桥臂组施加预设驱动信号；检测施加预设驱动信号后风机定子的电信号；根据电信号确定风机的初始状态，初始状态包括：顺风正转状态、静态启动状态或逆风反转状态；根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号。
可选地，第一桥臂组为逆变器中的上桥臂组，第二桥臂组为逆变器中的下桥臂组，预设驱动信号为当前施加给上桥臂组的驱动信号；或者，第一桥臂组为逆变器中的下桥臂组，第二桥臂组为逆变器中的上桥臂组，预设驱动信号为当前施加给下桥臂组的驱动信号。
可选地，风机定子的电信号为流过风机定子的电流；根据电信号确定风机的初始状态包括：当电信号大于预设阈值时，则确定风机的初始状态为顺风正转状态；当电信号等于预设阈值时，则确定风机的初始状态为静态启动状态；当电信号小于预设阈值时，则确定风机的初始状态为逆风反转状态。
可选地，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号包括：当风机的初始状态为逆风反转状态时，向风机输出用于表征提供回转力矩的力矩驱动信号，以将风机的初始状态切换至静态启动状态。
可选地，当风机的初始状态为逆风反转状态时，则还包括：判断当前风机母线电压是否在第一预设区间；如果当前风机母线电压在第一预设区间，则对当前风机母线电压进行闭环控制。
可选地，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号包括：当风机的初始状态为顺风正转状态时，对风机进行转速闭环控制。
可选地，当风机的初始状态为顺风正转状态时，则还包括：判断当前风机母线电压是否在第二预设区间；如果当前风机母线电压在第二预设区间，则对当前风机母线电压进行闭环控制。
可选地，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号包括：当风机的初始状态为静态启动状态时，判断当前风机母线电压是否小于预设电压幅值；如果当前风机母线电压小于预设电压幅值，对当前风机母线电压进行闭环控制。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种风机控制***，包括：
功率模块包括第一桥臂组和第二桥臂组，用于连接至风机；电容组，连接至功率模块和电源之间；风机控制装置，分别与功率模块和电容组连接；风机控制装置关断第一桥臂组，并对第二桥臂组施加预设驱动信号，检测功率模块和电容组的电信号得到风机的初始状态；风机控制装置对功率模块提供与初始状态相匹配的控制信号。
可选地，风机控制装置包括：控制开关，用于根据风机的初始状态切换第一控制回路和第二控制回路，第一控制回路为母线电压闭环控制回路，第二控制回路为转速控制回路。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种空调，包括：
风机；和上述第二方面任意的风机控制***。
在本发明中，在关断第一桥臂组，对第二桥臂组施加预设驱动信号，可以检测到与风机的初始状态相关的电信号，由于根据电信号可以确定风机的初始状态，因此，能够向风机提供与初始状态相匹配的控制信号，使得在对风机进行控制时能够更具针对性，提高了控制的准确度，继而，降低了母线电压异常故障，提高了整机性能。
附图说明
图1是现有技术中母线电压控制电路示意图；
图2是本发明实施例的一种风机控制方法流程图；
图3是本发明实施例的一种风机控制***电路原理示意图；
图4是本发明实施例中不同初始状态下母线电压变化趋势示意图；
图5是本发明实施例的一种风机控制装置电路结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
为了降低母线电压异常故障，提高整机性能，本实施例公开了一种风机控制方法，请参考图2，为该风机控制方法流程图，该风机控制方法包括：
步骤S100，关断用于风机的逆变器中第一桥臂组。请参考图3，为本实施例风机控制***电路原理图，该风机控制***包括连接至风机的功率模块1，功率模块1包括第一桥臂组和第二桥臂组。具体地，第一桥臂组可以是上桥臂组，相应的，第二桥臂组为下桥臂组；第一桥臂组也可以是下桥臂组，相应的，第二桥臂组为上桥臂组。在具体实施例中，上桥臂组可以由三极管Q1、Q2和Q3以及二极管D1、D2和D3来实现，下桥臂组可以由三极管Q4、Q5和Q6以及二极管D4、D5和D6来实现。
步骤S200，对逆变器中的第二桥臂组施加预设驱动信号。本实施例中，所称预设驱动信号是指当前施加给第一桥臂组的驱动信号。在一种实施例中，第一桥臂组为逆变器中的上桥臂组，第二桥臂组为逆变器中的下桥臂组，预设驱动信号为当前施加给上桥臂组的驱动信号。在另一种实施例中，第一桥臂组为逆变器中的下桥臂组，第二桥臂组为逆变器中的上桥臂组，预设驱动信号为当前施加给下桥臂组的驱动信号。
步骤S300，检测施加预设驱动信号后风机定子的电信号。本实施例中，所称风机定子的电信号为风机定子的电流。在具体实施例中，如果电机有一定初始转速，那么风机定子则会有电流，利用检测的电流与风机转速的关系式v＝f(iu、v、w)可以判断出风机初始状态。
步骤S400，根据电信号确定风机的初始状态。本实施例中，初始状态包括：顺风正转状态、静态启动状态或逆风反转状态。由于不同的初始状态对应的风机定子流过的电流大小不同，因此，根据流经风机的定子的电流的大小可以确定风机的初始状态。在具体实施例中，当电信号大于预设阈值时，则确定风机的初始状态为顺风正转状态；当电信号等于预设阈值时，则确定风机的初始状态为静态启动状态；当电信号小于预设阈值时，则确定风机的初始状态为逆风反转状态。亦即，当iu、v、w>I0时，风机转速v＞0，此时风机处于顺风正转状态，当iu、v、w＝I0时，风机转速v＝0，此时风机处于静态启动状态，当iu、v、w<I0时，风机转速v<0，此时风机处于逆风反转状态。其中，I0为风机初始顺风正转，静态、逆风反转三种状态的临界值，I0的大小可以根据经验或者理论推导确定。需要说明的是，在具体实施过程中，允许临界值I0存在一定的误差，即在临界值I0附近的值均可认作临界值，该误差大小可以根据经验确定。
步骤S500，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号。请参考图4，为不同初始状态下母线电压变化趋势图，三种风机启动、运行方式对母线电压的影响趋势不一样。本实施例中，不同的状态采用不同的控制方法，如果识别出风机反转就调用风机制动控制方法，如果识别出风机静态时就调用静止启动控制方法，如果识别出风机正转就调用正转启动控制方法。
在具体实施例中，在执行步骤S500时，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号包括：当风机的初始状态为逆风反转状态时，向风机输出用于表征提供回转力矩的力矩驱动信号，以将风机的初始状态切换至静态启动状态。具体地，当风机反转启动运行时，需要先给风机注入一定的回转力矩Te(t)，可以根据转速的大小，确定力矩大小，关系为其中Te(t)为风机力矩，J为风机转动惯量，B为阻尼系数，ω风机转速。
在使风机由反转速度-N1rad/min降频运行至0rad/min转速，此时风机处于“发电机”状态，风机能量反冲至母线电压，使母线电压一直升高，为了不让母线电压出现过压保护，在具体实施例中，当风机的初始状态为逆风状态时，还包括：判断当前风机母线电压是否在第一预设区间；如果当前风机母线电压在第一预设区间，则对当前风机母线电压进行闭环控制。本实施例中，所称第一预设区间为[Vmax-V1,Vmax]，其中，V1为母线电压保护值正常条件下余量电压。请参考图5，为本实施例风机控制装置电路原理图，将控制开关K切换到电压档，从而，使得风机控制装置工作在外环Vdc电压和内环id电流通过PI调节器实现直流母线电压的双闭环控制方法稳定控制母线电压，将因风机反转导致的母线电压升高抑制在指定值，同时能量消耗在电机定子三相绕组Ru、Rv、Rw上和部分能量储存在电容组C1内，从而不影响电机的正常运行控制。当风机反转制动控制转速为0rad/min时，完成风机反转制动控制状态，将进入下一个风机静止启动状态，风机静止启动状态是利用外环转速ω和内环电流iq通过PI调节器实现风机转速ω的双闭环控制方法稳定控制风机转速。启动完成后，满足母线电压阈值控制条件将再进入母线电压的稳定控制。整个控制过程实现母线电压和风机转速的并行控制。
在具体实施例中，在执行步骤S500时，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号包括：当风机的初始状态为顺风正转状态时，对风机进行转速闭环控制。电机电动状态，没有能量反充至直流母线，母线电压不会升高，因此，只需普通的电机FOC控制方法，此时，开关K吸合到电流档，实现电机的常规FOC控制方法，以及对电机进行转速闭环控制。
随着负载的增大，母线电压会逐渐降低，特别是在低电压电源输入条件下，随着负载的增大，母线电压降低到一定阈值，通常会限制负载的增加，甚至降低风机负载。让母线电压上升在正常范围，导致机组性能下降。因此，在具体实施过程中，当风机的初始状态为顺风正转状态时，则还包括：判断当前风机母线电压是否在第二预设区间；如果当前风机母线电压在第二预设区间，则对当前风机母线电压进行闭环控制。具体地，当母线电压Vdc在第二预设区间[Vmin，Vmin+V1]时，开关K吸合到电压档，实现母线电压Vdc＝Vmin+V1稳定控制和电机的FOC控制并行运行，当母线电压Vdc大于Vmin+V1时，开关K吸合到1，实现电机的FOC控制。其中Vmin为母线电压过低保护阈值。
在具体实施例中，在执行步骤S500时，根据风机的初始状态向风机提供与初始状态相匹配的控制信号包括：当风机的初始状态为静态启动状态时，判断当前风机母线电压是否小于预设电压幅值；如果当前风机母线电压小于预设电压幅值，对当前风机母线电压进行闭环控制。具体地，当母线电压Vdc<Vmin+V1时，开关K吸合到电压档，实现母线电压Vdc＝Vmin+V1稳定控制和电机的FOC控制并行运行。
本实施例还公开了一种风机控制***，请参考图3，为该风机控制***结构示意图，该风机***包括：功率模块1、电容组C1和风机控制装置2，其中：
功率模块1包括第一桥臂组和第二桥臂组，用于连接至风机。在具体实施例中，第一桥臂组可以是上桥臂组，相应的，第二桥臂组为下桥臂组；第一桥臂组也可以是下桥臂组，相应的，第二桥臂组为上桥臂组。在具体实施例中，上桥臂组可以由三极管Q1、Q2和Q3以及二极管D1、D2和D3来实现，下桥臂组可以由三极管Q4、Q5和Q6以及二极管D4、D5和D6来实现。
电容组C1连接至功率模块1和电源之间。在具体实施例中，电容组C1的两端可以连接至母线和地线之间。在可选的实施例中，在电源和电容组C1之间，还可以连接整流器，对电源进行整流。
风机控制装置2分别与功率模块1和电容组C1连接。本实施例中，风机控制装置2关断第一桥臂组，并对第二桥臂组施加预设驱动信号，检测功率模块1和电容组C1的电信号得到风机的初始状态；风机控制装置2对功率模块1提供与初始状态相匹配的控制信号。
在具体实施例中，请参考图5，风机控制装置2包括：控制开关K，控制开关K用于根据风机的初始状态切换第一控制回路和第二控制回路，第一控制回路为母线电压闭环控制回路，第二控制回路为转速控制回路。具体地，风机控制装置2包括常规的FOC转速内环控制，以及外环的电流控制回路和母线电压控制回路。控制开关K吸合到电压档时，可以实现母线电压的闭环控制；控制开关K吸合到电流档时，可以实现电机定子电流的闭环控制。
本实施例还公开了一种空调，包括：风机和上述实施例公开的风机控制***。
在本发明中，在关断第一桥臂组，对第二桥臂组施加预设驱动信号，可以检测到与风机的初始状态相关的电信号，由于根据电信号可以确定风机的初始状态，因此，能够向风机提供与初始状态相匹配的控制信号，使得在对风机进行控制时能够更具针对性，提高了控制的准确度，继而，降低了母线电压异常故障，提高了整机性能。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种风机控制方法，其特征在于，包括：
关断用于风机的逆变器中第一桥臂组；
对所述逆变器中的第二桥臂组施加预设驱动信号；
检测施加所述预设驱动信号后风机定子的电信号；
根据所述电信号确定所述风机的初始状态，所述初始状态包括：顺风正转状态、静态启动状态或逆风反转状态；
根据所述风机的初始状态向所述风机提供与所述初始状态相匹配的控制信号；
所述根据所述风机的初始状态向所述风机提供与所述初始状态相匹配的控制信号包括：
当所述风机的初始状态为逆风反转状态时，向所述风机输出用于表征提供回转力矩的力矩驱动信号，以将所述风机的初始状态切换至静态启动状态；
当所述风机的初始状态为逆风反转状态时，则还包括：
判断当前风机母线电压是否在第一预设区间；
如果当前风机母线电压在第一预设区间，则对当前风机母线电压进行闭环控制。
2.如权利要求1所述的风机控制方法，其特征在于，所述第一桥臂组为所述逆变器中的上桥臂组，所述第二桥臂组为所述逆变器中的下桥臂组，所述预设驱动信号为当前施加给所述上桥臂组的驱动信号；或者，
所述第一桥臂组为所述逆变器中的下桥臂组，所述第二桥臂组为所述逆变器中的上桥臂组，所述预设驱动信号为当前施加给所述下桥臂组的驱动信号。
3.如权利要求1所述的风机控制方法，其特征在于，所述风机定子的电信号为流过所述风机定子的电流；
所述根据所述电信号确定所述风机的初始状态包括：
当所述电信号大于预设阈值时，则确定所述风机的初始状态为顺风正转状态；
当所述电信号等于预设阈值时，则确定所述风机的初始状态为静态启动状态；
当所述电信号小于预设阈值时，则确定所述风机的初始状态为逆风反转状态。
4.如权利要求1-3任意一项所述的风机控制方法，其特征在于，所述根据所述风机的初始状态向所述风机提供与所述初始状态相匹配的控制信号包括：
当所述风机的初始状态为顺风正转状态时，对所述风机进行转速闭环控制。
5.如权利要求4所述的风机控制方法，其特征在于，当所述风机的初始状态为顺风正转状态时，则还包括：
判断当前风机母线电压是否在第二预设区间；
如果当前风机母线电压在第二预设区间，则对当前风机母线电压进行闭环控制。
6.如权利要求1-3任意一项所述的风机控制方法，其特征在于，所述根据所述风机的初始状态向所述风机提供与所述初始状态相匹配的控制信号包括：
当所述风机的初始状态为静态启动状态时，判断当前风机母线电压是否小于预设电压幅值；
如果当前风机母线电压小于预设电压幅值，对当前风机母线电压进行闭环控制。
7.一种风机控制***，其特征在于，所述***用于执行权利要求1至权利要求6中任意一项所述的方法，包括：
功率模块(1)，包括第一桥臂组和第二桥臂组，用于连接至风机；
电容组(C1)，连接至所述功率模块(1)和电源之间；
风机控制装置(2)，分别与所述功率模块(1)和所述电容组(C1)连接；
所述风机控制装置(2)关断所述第一桥臂组，并对所述第二桥臂组施加预设驱动信号，检测所述功率模块(1)和所述电容组(C1)的电信号得到风机的初始状态；所述风机控制装置(2)对所述功率模块(1)提供与所述初始状态相匹配的控制信号。
8.如权利要求7所述的风机控制***，其特征在于，所述风机控制装置(2)包括：
控制开关(K)，用于根据所述风机的初始状态切换第一控制回路和第二控制回路，所述第一控制回路为母线电压闭环控制回路，所述第二控制回路为转速控制回路。
9.一种空调，其特征在于，包括：
风机；
如权利要求7或8所述的风机控制***。
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