CN110212823B - 母线电压控制方法、以及风机母线控制电路和空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了母线电压控制方法、以及风机母线控制电路和空调器，其中母线电压控制方法包括以下步骤：风机启动时以给定交轴电流I* q和给定直轴电流I* d作为电流环输入参数对IPM模块实施磁场定向FOC控制，还包括以下步骤：检测母线电压Vdc；在母线电压Vdc大于高压阈值时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d，平抑所述母线电压Vdc；本发明无需增加硬件电路，省去常规的刹车电路，通过软件控制IPM模块，将因风机反转导致的母线电压升高控制在指定值，而不回馈电网，不会引起电网干涉和损坏整流桥，降低母线电压过高保护故障率，增强风机频率稳定控制，减少过流保护。同时具有不增加成本，可靠性大幅提高的优点。

Description

母线电压控制方法、以及风机母线控制电路和空调器
技术领域
本发明涉及控制电路，尤其涉及一种风机母线电压控制方法、以及风机母线控制电路和空调器。
背景技术
空调室外机安装位置不固定，有些室外机安装在室外，受风向的影响，风机有时会出现逆风反转情形；有些室外机则安装在密闭空间内，例如，多台机组出风口由管道密闭连通汇总至一个出风口等情形。开机时室内外气压不平衡也会导致风机反转。时常会因为外界条件导致风机反转而处于“发电机”状态，发电能量反充至直流母线，使母线电压升高，容易出现母线电压过高故障和损坏整流桥的现象。
目前解决“发电机”状态导致母线电压的方案是采用刹车电路，在直流母线上并联开关K1和电阻R1作为刹车电路，当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，进入正常运行。该方案的优点是消耗能量可快速制动，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***。
因此，如何设计一种不增加硬件成本，有效解决“发电机”状态导致的风机母线电压异常升高是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的为防止风机反转引起母线电压升高导致的增加成本和可靠性低的技术问题本发明提出一种母线电压控制方法、以及风机母线控制电路和空调器。
本发明采用的技术方案是一种母线电压控制方法，风机启动时以给定交轴电流I* q和给定直轴电流I* d作为电流环输入参数对IPM模块实施磁场定向FOC控制，还包括以下步骤：检测母线电压Vdc；在母线电压Vdc大于高压阈值时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d，平抑所述母线电压Vdc。
所述根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d包括：设置给定电压V* dc，用给定电压V* dc减去母线电压Vdc，然后进行PI调节得到给定直轴电流I* d。
在母线电压Vdc不大于高压阈值时，令给定直轴电流I* d等于零；在母线电压Vdc大于高压阈值时，控制器采用分时控制法，所述分时控制法包括第一时间T1和第二时间T2，当采用分时控制法的时间小于第一时间T1时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d；当采用分时控制法的时间大于第一时间T1小于第二时间T2时，令给定直轴电流I* d等于零；当采用分时控制法的时间大于第二时间T2时，重新检测母线电压Vdc，根据母线电压Vdc是否大于高压阈值决定令给定直轴电流I* d等于零、还是采用分时控制法。
所述第一时间T1的取值范围：10至100毫秒。
所述第一时间T1为20毫秒。
所述第二时间T2的取值范围：80至200毫秒。
还包括以下步骤：给定角速度ω*，反馈IPM模块输出三相电流构建的电机磁场的角速度ω，用给定角速度ω*减去角速度ω，然后进行PI调节得到所述给定交轴电流I* q。
本发明还设计了一种风机母线控制电路，包括IPM模块和控制器，所述风机母线控制电路采用上述的母线电压控制方法。
本发明还设计了一种空调器，所述空调器的风机采用上述的母线电压控制方法。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
无需增加硬件电路，省去常规的刹车电路，通过软件控制IPM模块，将因风机反转导致的母线电压升高控制在指定值，而不回馈电网，不会引起电网干涉和损坏整流桥，降低母线电压过高保护故障率，增强风机频率稳定控制，减少过流保护。同时具有不增加成本，可靠性大幅提高的优点。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明风机母线控制电路；
图2是本发明母线电压控制原理框图；
图3是本发明母线电压波形图；
图4是本发明流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及母线电压控制电路，电路包括依次连接在交流电源和空调风机之间的整流器、母线和IPM模块。整流器没有调控电压的功能，只是将交流变换为直流。所述IPM模块受控制器的控制，将母线上的直流电逆变后驱动风机。所述母线分正极母线和负极母线，正、负母线之间连接电容组C1。
本发明还涉及磁场定向FOC控制法，该控制方法是控制器对IPM模块进行逆变控制，IPM模块将母线上的直流电逆变成交流电供给电机。以给定交轴电流I*q和给定直轴电流I*d为电流环输入参数对IPM模块发出空间矢量脉宽调制控制信号(SVPWM)，通过IPM模块对电机电流进行控制，藉此实现对电机转矩(电流)、速度、位置的控制。
本发明主要适用于空调风机启动阶段。参看图1示出的风机母线控制电路，在启动时，如果风机在外力（风）的影响下反转，会出现“发电机”状态，电能经过IPM模块中功率开关上续流二极管流向母线，使母线电压升高。本发明利用磁场定向FOC控制法，将母线上的电能返送回风机，利用风机绕组将该母线上的电能消耗掉，从而降低并稳定母线电压。空调风机采用永磁同步电机。
本发明公开了一种母线电压控制方法，风机启动时以给定交轴电流I* q和给定直轴电流I* d作为电流环输入参数对IPM模块实施磁场定向FOC控制，还包括以下步骤：检测母线电压Vdc；在母线电压Vdc大于高压阈值时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d，平抑所述母线电压Vdc。
在较佳实施例中，所述根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d包括：设置给定电压V* dc，用给定电压V* dc减去母线电压Vdc，然后进行PI调节得到给定直轴电流I* d。
图2示出了本发明原理框图，为便于理解故将控制软件进行硬件化显示。图4是较佳实施例的流程图。在较佳实施例中，在母线电压Vdc不大于高压阈值时，令给定直轴电流I* d等于零；在母线电压Vdc大于高压阈值时，控制器采用分时控制法，所述分时控制法包括第一时间T1和第二时间T2，当采用分时控制法的时间（图4中的++Time）小于第一时间T1时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d；当采用分时控制法的时间（图4中的++Time）大于第一时间T1小于第二时间T2时，令给定直轴电流I* d等于零；当采用分时控制法的时间大于第二时间T2时，重新检测母线电压Vdc，根据母线电压Vdc是否大于高压阈值决定令给定直轴电流I* d等于零、还是采用分时控制法。需要指出，第二时间T2构成一个分时控制的执行周期，母线电压不能迅速降下来的话，会多次执行分时控制。每一次执行分时控制时，分时控制法的时间（图4中的++Time）都会归零重新计时。
在较佳实施例中，所述第一时间T1为20毫秒。为适应不同型号的风机，所述第一时间T1也可以在一个范围内取值，取值范围为：10至100毫秒。所述第二时间T2的取值范围为：80至200毫秒。
为进一步实施精准控制，在上述电流环的外侧增加一个速度环。参看图2所示，母线电压控制方法还包括以下步骤：给定角速度ω*，反馈IPM模块输出三相电流构建的电机磁场的角速度ω，用给定角速度ω*减去角速度ω，然后进行PI调节得到所述给定交轴电流I* q。在较佳实施例中，角速度ω的获得是采样IPM模块的输出电流Iv和Iw，经过Clark（克拉克变换）变换得到Iα,Iβ；然后经过Park变换（帕克变换）变换得到Iq, Id，再经过速度和角度计算模块的计算而得到的。
本发明还公开了一种风机母线控制电路，包括IPM模块和控制器，所述风机母线控制电路采用上述的母线电压控制方法。
本发明还公开了一种空调器，所述空调器的风机采用上述的母线电压控制方法。
母线电压控制电路的硬件组成由电容C1，六个IGBT Q（i= 1至6）和六个续流二极管D i（i= 1至6）按图1连接方式和风机三相绕组的Ri、Li（i= u、v、w）构成硬件模型，电压环模型为
Figure 270870DEST_PATH_IMAGE002
，和电流环模型
Figure 532219DEST_PATH_IMAGE004
，其中C1为电容，Ri、Li（i= u、v、w）为风机三相绕组各相的电阻和电感。母线电压控制电路只控制直流母线电压稳定，不控制输入电流为同频同相的正弦波的硬件物理载体。实现直流母线电压的稳定控制，将能量逆向流入风机绕组消耗。而不回馈电网，不会引起电网干涉。
下面结合原理框图和流程图详述本发明工作原理。本发明较佳实施例采用速度电流双闭环控制，速度环为外环，电流环为内环。
先阐述电流环工作原理。I* q是q轴(交轴)电流设定值，I* d是d轴(直轴)电流设定值，Iv和Iw分别是v相和w相的采样电流，Iu相可以利用公式Iv+Iw+Iu=0计算得出。三相电流经过Clark（克拉克变换）变换得到Iα,Iβ；然后经过Park变换（帕克变换）变换得到Iq, Id；然后分别与他们的设定值I* q和I* d计算误差值；然后分别将q轴电流误差值代入q轴电流PI模块计算得到Uq，将d轴电流误差值代入d轴电流PI模块计算得到Ud；然后对Uq、Ud进行I-Park变换（反帕克变换）得到Vα, Vβ；然后经过SVPWM运算（空间矢量脉宽调制运算）得到6个PWM信号，PWM信号控制IPM模块，IPM模块驱动永磁同步电机PMSM转动。在无风或微风（也称非逆风）的情况下，母线电压Vdc不大于高压阈值，开关K打在1的位置，令给定直轴电流I* d等于零。在有风（也称逆风）的情况下，风机逆向转动较快时，母线电压Vdc大于高压阈值，开关K打在2的位置，给定电压V* dc减去母线电压Vdc，再d轴电压PI模块计算生成所述给定直轴电流I* d。这样就完成了电流环的控制。
再阐述速度环工作原理。ω*是给定速度，速度和角度计算模块（EMF Caculation）对所述Iq、Id、Uq、Ud进行计算，算出电机速度ω和电机角度θ，将计算得到的电机速度ω与给定速度ω*进行误差值计算，代入速度PI环，计算的结果作为电流环的输入——即I* q。再结合上面的电流环，就实现了速度电流的双闭环控制。
图3示出了母线电压波形图。图中上部是母线电压，其左侧的***是风机逆风引起的母线电压升高。图中下部是风机电流。本发明将因风机反转，导致的母线电压升高控制在指定值，而不回馈电网，不会引起电网干涉和损坏整流桥。降低母线电压过高保护故障率，同时增强风机频率稳定控制，减少过流保护。既实现了风机频率的稳定控制，也实现直流母线电压的稳定控制。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种母线电压控制方法，风机启动时以给定交轴电流I* q和给定直轴电流I* d作为电流环输入参数对IPM模块实施磁场定向FOC控制，其特征在于，包括以下步骤：检测母线电压Vdc；在母线电压Vdc大于高压阈值时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d，平抑所述母线电压Vdc；在母线电压Vdc不大于高压阈值时，令给定直轴电流I* d等于零；
在母线电压Vdc大于高压阈值时，控制器采用分时控制法，所述分时控制法包括第一时间T1和第二时间T2，
当采用分时控制法的时间小于第一时间T1时，根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d；
当采用分时控制法的时间大于第一时间T1小于第二时间T2时，令给定直轴电流I* d等于零；
当采用分时控制法的时间大于第二时间T2时，重新检测母线电压Vdc，根据母线电压Vdc是否大于高压阈值决定令给定直轴电流I* d等于零、还是采用分时控制法。
2.如权利要求1所述的母线电压控制方法，其特征在于，所述根据母线电压Vdc调整所述给定直轴电流I* d包括：设置给定电压V* dc，用给定电压V* dc减去母线电压Vdc，然后进行PI调节得到给定直轴电流I* d。
3.如权利要求2所述的母线电压控制方法，其特征在于，所述第一时间T1的取值范围：10至100毫秒。
4.如权利要求3所述的母线电压控制方法，其特征在于，所述第一时间T1为20毫秒。
5.如权利要求3所述的母线电压控制方法，其特征在于，所述第二时间T2的取值范围：80至200毫秒。
6.如权利要求1至5任一项所述的母线电压控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：给定角速度ω*，反馈IPM模块输出三相电流构建的电机磁场的角速度ω，用给定角速度ω*减去角速度ω，然后进行PI调节得到所述给定交轴电流I* q。
7.一种风机母线控制电路，包括IPM模块和控制器，其特征在于，所述风机母线控制电路采用权利要求6所述的母线电压控制方法。
8.一种空调器，其特征在于，所述空调器的风机采用权利要求6所述的母线电压控制方法。
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