[发明专利]带电压电流反馈的VVVF直流无刷电机控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及180°直流变频空调压缩机用直流无刷电机的一种带电压电流反馈的VVVF控制方法。

背景技术

目前，180°直流变频空调压缩机控制大都采用磁场定向矢量控制（FOC），其思想是通过电机磁场定向将定子电流分别分解为激磁分量和转矩分量，分别加以控制，从而获得良好的解耦特性，实现类似直流电机的调速控制。直流变频空调压缩机采用电机和压缩机一体化密封结构，无法安装位置或速度传感器。无位置FOC采用速度和位置观测器技术可以克服无传感器的限制。在压缩机中、高速稳定运行时转子位置观测值准确度较高，控制性能好，可以满足实际运行要求。但在低速或者起动过程中，由于压缩机的噪音、压缩机与制冷介质盘管系统之间的机械谐振带来震动等问题使转子位置观测值误差很大，使压缩机起动失败和低速性能不好。

传统的VVVF控制主要是针对交流异步电机的，属于一种开环调速系统，没有应用于直流无刷电机和180°直流变频空调压缩机。

发明内容

为了解决180°直流变频空调压缩机的高可靠性起动和运行以及简化控制系统问题，本发明提出一种带电压电流反馈的VVVF直流无刷电机控制方法。该方法在VVVF控制的基础上增加直流母线电压和相电流的反馈控制环节，根据频率（或转速）设定值确定定子电压空间矢量调制系数和定子磁场旋转速度，实现空调压缩机的高可靠性起动和控制。具体方法包括：

（一）压缩机起动阶段的处理：

a. 确定空调压缩机的机械谐振频率点范围：用VVVF直流无刷电机控制方法起动压缩机，按3Hz/S的加速度增加频率，寻找相电流有效值波动很大且机械震动非常明显的频率，视为机械谐振频率点f_H。并获得机械谐振的频率范围，一般是f_H±(2~3)Hz。f_H会随压缩机运行时间长短和冷却介质温度变化而略有改变。

b. 获得压缩机谐振频率范围以后，正常运行时，按照3Hz/S增加运行频率，起动压缩机。计算电压空间矢量的幅值和相位角，利用电压电流反馈调节其幅值。当增加频率到机械谐振频率点f_H附近，以15Hz/S的速率增加运行频率，穿越机械谐振频率范围（在机械谐振频率范围内，定子电压空间矢量幅值保持穿越机械谐振频率范围前的电压不变）。之后在此范围外附近某一频率点，恒定速度运行7～10S直至相电流有效值基本不变，再按1Hz/S增加频率直至最终达到预设的运行频率。

（二）将直流母线电压和相电流有效值作为反馈控制信号来调节直流无刷电机定子电压，实现VVVF的闭环调速。

所述计算电压空间矢量幅值和相位角方法为：

a. 由频率给定值f_R，根据                                                （调制系数初值1，变化范围0.5～1.5，调制系数初值5，变化范围0～10）计算定子电压空间矢量的幅值；

b.根据电压空间矢量脉宽调制周期T和频率给定值f_R，计算一个周期T定子旋转磁场旋转的角度。计算公式为：，从而确定定子电压空间矢量的相位角为：，其中为前一个周期末时刻的相位角。

所述电压电流反馈方法为：

 首先计算电压空间矢量的幅值和相位角，再将电压空间矢量分解为静止两相坐标系统下的两个分量、，由，计算得到。、经过空间矢量调制环节得到驱动三相全桥逆变器PWM波形的半周期脉冲宽度。由电流检测电路得到三相电流，任取一相计算其相电流有效值，同时利用电阻分压检测直流母线电压，采用直流母线电压和相电流有效值作为反馈信号来调节调制系数和值，其中，调制系数由直流母线电压调节，调制系数由相电流有效值调节。

所述的相电流有效值计算方法：