[發明專利]直流變頻控制器及其控制永磁同步電機轉子速度的方法

無效

• 申請號: 200610030145.1
• 申請日: 2006-08-17
• 公開（公告）號: CN101127500A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 李世敬;汪輝;穆振國
• 申請（專利權）人: 上海日立電器有限公司
• 主分類號: H02P6/06
• 分類號: H02P6/06;H02P6/16;F24F11/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陳亮

技術領域

本發明涉及一種自動控制和電力電子技術領域中的直流變頻控制器，尤其是基于正弦波驅動的直流變頻控制器及其控制永磁同步電機轉子速度的方法。

背景技術

現有的空調器多為定速控制，冷量控制只能采用“開一關”方式調節，相應的溫度波動較大。從國內/外的發展趨勢來看，高效、節能的變頻空調逐漸成為消費主流。目前，變頻驅動又分為交流、直流兩大類，交流變頻與直流變頻相比，存在銅/鐵損、渦流損大等缺點。直流變頻壓縮機主要采用永磁同步電機(Permanent?Magnet?Synchronous?Motor，簡稱PMSM)，其具有體積小、效率高等優點。

目前主要采用“兩相同時導通”的矩形波方式變頻驅動，相電流波形近似呈矩形，導致主電路存在豐富的高次諧波，電磁兼容性能較差。而且低頻運行時，轉矩波動大，因而壓縮機運行的震動噪聲較大。兩相導通方式功率模塊換相時電流脈動很大，容易產生失步現象，嚴重時導致直流變頻壓縮機轉子退磁。正弦波方式驅動直流變頻壓縮機時，采用“三相同時導通”的空間矢量脈寬調制驅動模式(Space?Vector?Pulse?Width?Modularion，簡稱SVPWM)，壓縮機電壓/電流波形近似呈正弦波，因而具有諧波干擾小、運行噪聲低、效率高等優點。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本化的高效直流變頻控制器及其控制永磁同步電機轉子速度的方法，解決現有矩形波驅動直流變頻控制器存在的不足，此控制器具有永磁同步電機(PMSM)的無位置傳感器寬頻調速、運行保護等功能。本發明希望用此控制器特有的運行平穩性、高效性等特點，來推動空調電控技術的發展，改善居民的生活質量。采用該控制器可以有效改善運行功率因數、降低高次諧波、提升運行效率，實現低噪聲的直流變頻空調壓縮機寬頻驅動。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案為，一種直流變頻控制器，用于控制永磁同步電機的轉子速度，包括：輸入裝置，用以提供參考的速度設定量；采樣裝置，采樣永磁同步電機轉子的相電流；第一調節裝置，對速度設定量和估計速度進行速度比例積分調節；第一變換裝置，對采樣的相電流進行第一次變換；第二變換裝置，對第一次變換后的電流值進行第二次變換；第二調節裝置，對相電流進行電流比例積分調節；第三變換裝置，進行與第一、第二變換裝置相逆的變換，得到轉子的三相電壓信號；第三調節裝置，對轉子的三相電壓信號進行正弦矢量脈沖寬度調節；驅動裝置，根據脈寬調節后的三相電壓信號驅動永磁同步電機轉動；第一重構裝置，對脈寬調節后的三相電壓信號進行相電壓重構；滑模觀測器，根據重構的相電壓和第一次變換后的電流，產生動態補償后的轉子位置信號角度估計值；第二重構裝置，對重構的轉子位置信號角度估計值重構形成轉子的估計速度。

比較好的是，所述滑模觀測器進一步包括：估計裝置，對重構的相電壓和第一次變換后的電流進行觀測，得到相電流估計值；第四調節裝置，進行飽和開關調節處理，得到飽和開關調節量；濾波裝置，對飽和開關調節量進行一階低通濾波，得到電機反電動勢；補償裝置，根據速度給定量和電機反電動勢進行動態滯后補償；第三重構裝置，最終取得轉子位置信號角度估計值。

比較好的是，所述第一變換裝置為CLARK變換裝置，所述的第二變換裝置為PARK變換裝置。

本發明還涉及一種直流變頻控制器中控制永磁同步電機轉子速度的方法，包括：步驟11，提供一參考的速度設定量；步驟12，采樣永磁同步電機運轉的相電流；步驟13，根據速度設定量和相電流進行速度以及電流比例積分調節和正弦矢量脈寬調節，得到永磁同步電機運轉的三相電壓信號；步驟14，進行相電壓重構，根據重構的相電壓值驅動永磁同步電機轉子進行轉動，返回步驟12；步驟15，根據重構的相電壓值進行轉子位置滑模觀測，得到轉子估計位置和估計速度，并將轉子的估計速度送回步驟13。

比較好的是，所述步驟15進一步包括：步驟21，根據步驟14重構的相電壓值和步驟12的采樣相電流，進行觀測得到相電流估計值；步驟22，進行飽和開關調節處理，得到飽和開關調節量；步驟23，對飽和開關調節量進行低通濾波，得到估計的電機反電動勢；步驟24，根據步驟11中的速度設定量對濾波產生的滯后進行動態補償，得到估計的角速度。

比較好的是，所述方法進一步包括：所述步驟12進一步包括，對采樣的相電流進行CLARK變換和PARK變換；所述步驟13中，在電流比例積分調節和正弦矢量脈寬調節之間，進一步包括：進行逆向的CLARK變換和PARK變換。

比較好的是，所述方法進一步包括：將CLARK變換后的采樣相電流送入步驟S15進行滑模觀測。