变频空调压缩机启动及低频转矩补偿方法

摘要

本发明公开了一种变频空调压缩机启动及低频转矩补偿方法，包括变频空调压缩机的启动和变频空调压缩机低频转矩补偿两个过程，开机后，压缩机开始以开环状态运行，压缩机启动的初始时刻，给定一定步长的初始速度以及一定步长初始启动电流直至起动，成功启动后根据算得的方差差值的范围，确定补偿策略。本发明实现了压缩机的成功启动，开闭环控制策略的切换属于软切换，避免了控制芯片受到大启动电压、电流的冲击，延长了控制芯片的使用寿命，启动成功率高于99.99%且启动时间控制在500ms左右；避免了前馈查表补偿控制的局限性，通用于各型号的压缩机，可实现变频空调5～40Hz长期稳定运行。

主权项

1.变频空调压缩机启动及低频转矩补偿方法，其特征在于包括以下步骤：A．变频空调压缩机的启动，包括以下步骤：Step1：变频空调给定初始运行频率开机后，压缩机开始以开环状态运行，定义开环运行参数：电流自加最大时间T_imax，300ms<T_imax<700ms，速度自加最大时间T_speedmax，1500ms<T_speedmax<2500ms，并对开环时间内运行的电流与速度进行限幅，分别为I_max，I_max为数字量，5000<I_max<6000，和speed_max，1100rpm<speed_max<1300rpm；Step2：开环启动要求在压缩机启动的初始时刻，给定一定步长Speed_inc的初始速度以及一定步长I_inc的初始启动电流，Speed_inc与I_inc的计算式分别为：$\mathrm{Speed}\_\mathrm{inc}=\frac{\mathrm{speed}\_\max \times K_s\times p}{T\_\mathrm{speed}\max \times n\times 60}$其中，p为驱动电机极对数，n为采样频率，6kHz<n<20kHz，K_s为无符号16位格式的调制系数；$I\_\mathrm{inc}=\frac{(I\_\max -I\_\mathrm{init})}{T\_i\max \times K_I}$其中，I_init为强制给定的启动电流初始值，数字量，1500<I_init<2000，K_I为无符号16位格式的调制系数；Step3：启动速度从零开始，以1n为计算周期，按给定步长Speed_inc逐步累加；启动电流以强制给定的初始值I_init，以1n为计算周期，按给定步长I_inc逐步累加；Step4：开环运行的同时，将开环计算的结果引入闭环进行磁场定向控制运算，将当前时刻的速度speed_startup，电流信号I_startup经过数据处理后分别划归到电机电角度与电机交轴电流，闭环运算的结果会得到估算的当前时刻电机速度；Step5：测得速度误差在规定的误差收敛域内且连续50次收敛，则认为启动成功，关闭开环程序，系统闭环运算；否则，延时3分钟后再启动一次，如此反复直到成功启动；B．变频空调压缩机低频转矩补偿方法启动成功后，对变频空调压缩机低频转矩进行补偿，包括以下步骤：Step1：变频空调压缩机的驱动电机为永磁同步电机，采用磁场定向控制方法，且规定直轴电流的设定值，这样可以实现压缩机转矩和磁通的独立控制，确定低频转矩补偿范围为5～40Hz；Step2：压缩机电磁转矩控制的表达式为：T_e=1.5pψ_fi_q其中：ψ_f为永磁体磁通，i_q为交轴电流，通过对交轴电流的补偿实现电磁转矩的补偿；Step3：在压缩机高频(80～110Hz)稳定运行时，如果其频率偏差在±0.5Hz以内，利用以下公式计算频率方差σ²：${\sigma }^2=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{({\hat{f}}_{\mathrm{ei}}-f_e^{*})}^2$其中：m为压缩机频率样本，为设定频率，为第i组采样频率。当m=m_s，且m_s>10000时，将上述公式计算得的频率方差称为标准方差Step4：实时采集压缩机低频(5～40Hz)运行状态下的频率信息，以m_r组样本为基础，m_r≥1000，当Step3公式中m=m_r时，计算得到实时的频率方差信号记为将实时方差与标准方差相减得到方差的差值：$\Delta e_{{\sigma }^2}={\sigma }_r^2-{\sigma }_s^2;$同时，获取当前时刻交轴电流值作为交轴电流设定值的基值记为根据方差的差值确定交轴电流补偿值的大小，压缩机在一个机械周期内负载转矩的波形可归算为类正弦波，将交轴电流补偿值的表达式写为：$i_{\mathrm{qc}}^{*}=A\sin ({\hat{\omega }}_{e}t+\theta )$其中，A为补偿的电流幅值大小，θ为补偿的电流角度大小，为采样的电机速度，且有(a)根据算得的方差差值的范围，确定补偿策略，如果则相应减小交轴电流设定值的基值，直到趋近于零；(b)如果或则对交轴电流进行幅值和相位的补偿，在这两种情况下幅值和角度补偿的区间不同，首先在一定范围内增加交轴电流设定值，判断能否收敛在零附近，如果不能，则在此基础上再乘以正弦函数以补偿角度，补偿的角度也是以当前电机转子位置为基值，在基值附近一定范围内动态寻优，再次判断能否收敛在零附近，若仍然不收敛，则再执行一次(b)，如此反复直到满足控制要求；(c)如果补偿方法如(b)，此时转矩脉动剧烈，在(b)的基础上要加大补偿量，在(b)幅值补偿部分乘以系数μ，1≤μ≤1.5，角度补偿不变。