空调压缩机用电机的应用研究

空调压缩机用电机的应用研究

李铁雷

61048119820201****

摘要:空调压缩机控制系统其属于当前空调系统中核心部分其需要具备低成本和高性能以及高效率的优势。指出了一种永磁的同步电机以及压缩机当前无位置传感器具体可行的控制方案。通过针对直流母线的电压和电流去展开采样，按照逆变器开关自身的实际状态去针对实时定子相电压和存在的对相电流彼此之间的再次重构。按照压缩机一般在高速区进行运行的特点，使用一种较为完善的电压模型其中的反电势积分方式完成对磁链和转速上的估算，其完成了永磁同步电机当前无速度传感器其在矢量上的有效控制。对于电流采样时出现的问题给予深入的分析总结，并且给出具体可行的处理办法。实验获得的结果针对具体的控制方案本身具备的可行性提出了切实科学的验证方式，并且成功将其使用到空调系统，在对系统性能给予提升的同时，还能够有效降低系统应用成本。

关键词:永磁同步电机;无速度传感器控制;空调压缩机;电流重构

1引言

低成本和高效率以及高性能都是变频空调日后发展的核心趋势,空调系统其冷热循环主要是通过压缩机和冷凝器，节流机构以及蒸发器去进行,压缩机其属于空调器中的核心部件。鉴于永磁同步电机在当前中小功率系统进行应用具备的优点较多,因此本文只针对一种低成本的无速度传感器永磁同步电机矢量控制处置方案进行梳理。

2针对母线采样电流电压的一种重构方法

永磁同步电机其无速度传感器当前所展开的控制在许多文献里都有所提及，而这部分方法其要求测量之后才能够获得定子电压和电流，为了能够有效的节约系统付出的成本，本文提出使用母线电流和电压，依照开关实际的状态再次完成针对定子电流和其产生电压的确认模式。

2.1定子电流和电压的重构原理

对于图1显示的电压型逆变器,定义的开关状态函数为S(n),n=a,b,c。因此需要对以下条件S(n)=1提出的对应桥臂的上管进行导通;S(n)=0对应桥臂其下管去完成导通。按照空间矢量的基础原理,逆变器开关所处在的状态一共有8组,其中有两组与零矢量相对,余下的6组则与非零矢量相对。从图1中我们能够看出其显示的是电压源型逆变器显示的是一种非常典型的拓扑结构。在6个非零矢量里随意的选择一个将其应用到电机的时候,逆变桥其中的直流母线电流一定会是电机某一相定子电流里产生的瞬时值。相电流以及直流母线电流彼此之间相对关系详见表1。其中表里的idc属于一种直流的母线电流,ia以及ib以还有ic其都是一种三相的定子相电流。同时依照直流母线电压融合开关当前的状态可以得出电机相电压。

式中:u_a,u_b,u_c等同于电机每相的一个定子电压;U_d则属于直流母线电压。

表1定子电流与直流母线电流在不同开关状态下的对应关系

相对电流开关状态从上面进行推导能够得出,电机其相电流以及相电压能够使用开关状态以及直流侧中的电流以及电压进行计算得出,一般直流母线电流能够使用串联在母线上的电阻进行采样获得,母线电压也能够使用电阻分压获得,这样能够有效节约系统的成本。

图 1 电压源型逆变器的典型拓扑结构

2.2空间矢量PWM一个周期内的电流采样方法

针对当前普遍应用的空间矢量PWM,其在一个PWM周期中存在两个非零的矢量我们从表1提出的电流关系中能够获得两相定子的一种电流,因为ia+ib+ic=0,另一相电流也能够获得。具体应用过程中,SVPWM主要被分成了7段式与5段式两种不同的模式,其都属于两个非零矢量。图2提出7段式SVPWM的影响下,在矢量在(100)以及(110)的同时电流采样的示意图,在矢量产生作用的中间时刻完成采样。

图2直流母线电流采样示意图

3.转子磁链位置以及转速具体的估算模式

转子磁链位置以及转速计算方式针对永磁同步电机无速度传感器磁链进行观测以及转速估算的方式有很多。其中对于反电势积分进行计算的方法主要是依赖于当前电机基波的方程,所以其执行起来相对简便,可是这样一种方式存在的问题是其本身具备低速时的性能,在转速相对较低的时候,反电动势其产生的值相对较小,假如出现了噪声的干扰,估算获得的转子磁链将会产生较大的差异。而旋转式(滚动转子式)空调压缩机当前的工作频率一般是30到300Hz,因此电机通常会在高速区运行,电机定子电压里的反电势分量相对较大,假如适当的融合一些补偿策略,能够使用反电势积分进行计算的方式获得转子磁链。

4永磁同步电机矢量控制系统的有效构成

按照本文提出的电流以及电压当前重构的具体方法，和对于具体改善电压模型采取的一种永磁同步电机相关的无速度传感器展开控制的具体方式，完成了图3所显示矢量控制系统有效构造。

图3永磁同步电机矢量控制系统

按照图3当前得出的框图可以展开无速度传感器永磁同步电机矢在量控上去完成相关的控制实验。同时限制电流其在产生跳变之后通过重构的方式获得了定子相电流波形和实际定子相之间的电流波形，能够得出重构获得的相电流能够比较理想的得出电流的具体情况。而在得出给定转速在1200r/min的时候产生的转速估算值，转速当前的波动展现出了压缩机负载出现的一种转矩脉动。能够使用前馈补偿的模式完成对这样一种脉动的有效抑制。除此之外在同样的转速得到确认之下的转子位置去进行计算，能得出针对改进之后电压模型产生的一种反电势的积分方式从而完成针对转子磁链当前的有效追踪。最终得出一般变频空调其压缩机在转速工作其范围能够提升到900和9000r/min，实验里提出的一种转速相对较低的工况时。按照之前展开有关的分析，其在较高的一种转速区域，转速以及磁链在计算和预测获得的精度都有不同程度的提升。在具体进行试验过程中图3所显示的一种矢量的控制系统，很好的完成了永磁同步电机其在宽转速范围上的一种矢量控制。

结束语

把本文指出的方法适合被使用在实验电机具备同样参数的一种空调压缩机，其运行获得了成功，同时能够让系统效率以及性能得到提升。验证了使用针对母线电流以及电压的采样，再次的相电流和相电压的方式的重构切实可行。针对压缩机其当前的全速度范围在运行模式上能够使用V/f控制以及矢量控制相互融合的模式，在一些速度处于中高速区域使用针对反电势积分同时融合具体的电压完善模型的方式，能够比较精准的达成转速以及磁链的有效估算。满足了系统性能的提升进一步提高，并且在成本还要求得到控制的情况下，本文指出的空调压缩机系统处置方案其本身可以能够大范围的得到使用。

参考文献

1. 青岛海信空调有限公司.海信变频空调原理与维修[M].北京:人民邮电出版社,2003.

2. 宋萍,沈传文,包涛,等.基于无位置传感器的永磁电动机在变频空调中应用的研究进展[J].暖通空调,2005,35(4):27-30.

3. XueY,XuX,HabetlerTG,etal.ALowCostStatorFluxOrientedVoltageSourceVariableSpeedDrive[C]∥IEEEIASAnnualMeeting,1990(1):410-415.

[4]梁艳,李永东.无传感器永磁同步电机矢量控制系统概述[J].电气传动,2003,33(4):4-9.