[发明专利]一种单相变频空调控制方法及控制器

说明书

技术领域

本发明涉及变频空调器领域，更具体地，涉及一种单相变频空调控制方法及控制器。

背景技术

变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机，增加了变频控制系统。变频空调的主机是自动进行无级变速的，其可以根据室内情况自动提供所需的冷(热)量；当室内温度达到期望值后，空调主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转，实现“不停机运转”，从而保证环境温度的稳定。

在现有技术中，变频控制系统一般称为变频控制器。变频器通常为“交-直-交”电路结构的变频器，其工作原理为单相交流电通过整流电路得到直流电，再将电解电容滤波稳压，最后经逆变电路输出电压、频率可调的交流电驱动变频压缩机工作。这类变频器一方面采用的电解电容容量较大，成本较高，另一方面起整流的电路采用单相不控整流电路方案，功率因数较低且3次以上谐波电流占比较高，或者采用有源功率因数校正电路方案，虽然解决了上述问题但是损耗大、干扰大且成本高。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种低成本、高功率因素的单相变频空调控制器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种单相变频空调控制方法，所述方法采用FOC磁场定向矢量控制算法作为三相逆变驱动算法，所述方法包括：

获取压缩机目标转速，并检测单相交流电的电压值；

根据单相交流电的电压值提取交流电电压相位；

根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值，参与FOC磁场定向矢量控制算法，其中，确定后的q轴电流目标值与单相交流电相关联，以调整压缩机驱动器的输出功率，使输出功率与单相交流电电压同相变化。

在本发明中，q轴电流目标值通过单相电压的相位与压缩机目标转速来确定，使q轴电流目标值与单相电源相关联，由此确定的q轴电流目标值参与到FOC磁场定向矢量控制算法中，由于压缩机的输出功率与q轴电流iq成正比，进而通过确定q轴电流目标值来调整压缩机驱动器的输出功率，使其输出功率与交流输入电压同相变化，这使得交流输入电压最大时输出功率达到最大，从而提高功率因素，而且可以显著降低储能电容的电容量，并可以免除了有源PFC电路，提升了控制器的变换效率。

其中，FOC磁场定向矢量控制算法是常用三相电机控制算法，基本原理描述如下：

检测电机M的相电流iu、iv，并由下式求得iw：

iw＝-iu-iv

经过a-b-c静态三坐标变换到d-q旋转坐标，变换公式如下：

克拉克变换：Iα＝iu

            Iβ＝(3)^-0.5*(iu+iv)

帕克变换：  id＝Iα*cos(θe)+Iβ*sin(θe)

            iq＝-Iα*sin(θe)+Iβ*cos(θe)

其中θe为转子位置角，由速度/位置估算单元使用公知的估算算法得到，由此得到电机驱动电流在d-q旋转坐标中d轴的电流值id、q轴的电流值iq，两个电流都是直流分量，将交流电机控制变换为直流电机控制。

其中d轴代表励磁方向，对d轴电流的改变，可以改变永磁磁场的磁链大小，进而实现弱磁控制，对q轴电流的改变，代表可以影响电机的驱动功率，对于逆变器的输出功率P表示为：

P＝iq*Uq，其中Uq为q轴上的电压，可以通过下式得到：

Uq＝Rs*id+Lq*piq+ω*Ld*id+ω*ψ

其中：Rs是电机绕组电阻，Lq是电机q轴电感，piq是电流iq的微分，ω是电机转速，Ld是电机d轴电感，ψ是电机永磁体磁链。

为方便描述和计算，上述单相电压采用正弦表达方式，不是常见的余弦表达方式，基于正弦与余弦的变换关系，并不影响结果的正确性。

为了实现对电机的控制目的，设置了d轴电流id的目标控制电流值idref、q轴电流iq的目标控制电流值iqref，直接作为目标值参与运算。

通过上述的描述可知：调整q轴电流iq，就可以实现调整逆变器的输出功率P，若实现功率P的变化随着相电压而变化。寻找一调制系数Mv，使得Mv的变化和单相电压的相位相关；在市电半个工频周期内，在电压相位90度时输出功率最大，在0度、180度相位时输出功率最小。

具体地，根据交流电电压相位与压缩机目标转速确定q轴电流目标值的具体步骤为：