[发明专利]一种无电解电容控制系统、控制方法、压缩机和制冷设备

说明书

本发明提供一种无电解电容控制系统、控制方法、压缩机和制冷设备，涉及变频驱动技术领域，其采用一种三环闭环反馈控制结构，实现了无电解电容变频驱动控制系统的电源输入功率、逆变器功率与负载电机功率保持一致。应用本发明，可以将控制系统的电网功率因数提升约35.9％，以及将直流侧母线电压从周期性的脉动电压信号改善为相对稳定的直流电压信号，同时一定程度抑制直流侧母线电压脉动引起的转矩波动现象。

技术领域

本发明涉及变频驱动技术领域，尤其涉及一种无电解电容控制系统、控制方法、压缩机和制冷设备。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、性能可靠、功率密度高等优点，其常被应用于空调、冰箱等制冷设备的压缩机中。永磁同步电机的矢量控制系统的直流侧母线端并联一个高电容值、高耐压值的母线电容器，其具有稳定直流侧母线电压，减少电压纹波的作用,能够为负载电机提供稳定的直流侧母线电压。一般该母线电容选用电解电容作，但是电解电容体积较大、价格较高、且在温差较大的工作环境下容易损坏。因此，为改善控制系统的性能，降低控制器生产成本，可以将大电容值的电解电容替换为电容值较小的薄膜电容，替换后的母线电容寿命有所提升，节约了控制系统的整体成本。但是，当母线电容由电解电容替换为薄膜电容之后，母线电容的电容值减小，储存电能量的能力降低，会导致直流侧母线电压产生大幅度的脉动现象，直流母线电压的脉动作用会使电机转矩产生二倍电网频率的波动，导致电机的转速不能保持稳定；且电网侧输入电流谐波含量增加，畸变程度增大，控制系统的电网功率因数将会降低。

现有技术中，常使用功率因数校正电路(PFC电路)来解决控制系统直流侧母线电压不稳定的问题。PFC电路可以根据所需的电流参数来产生相应的正弦电流信号以稳定直流侧母线电压，但PFC电路需要额外在电路中加入储能元件，使电路中的电流产生相位延迟现象，导致电路功率因数降低；同时，PFC电路中的全控型开关元件也会额外增加电路的功率损耗，对于运行功率较低的冰箱控制系统，应用PFC电路提升的系统有功功率不明显高于额外增加的系统功率，因此在冰箱控制系统上应用PFC电路的改善效果不明显。

基于上述原因，需要设计一种针对薄膜型母线电容的电机控制系统进行优化与改进的控制方法，其能在保证控制系统正确运行、不额外增加电路元件与电路功率损耗的前提下，抑制直流侧母线电压脉动导致的转矩、转速脉动现象，提高控制系统的电网功率因数，驱动电机稳定运行。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种用于无电解电容变频驱动单元的控制系统及其方法，能够通过对控制系统和控制方法的设计，实现提高控制系统的功率因数，和/或提高驱动电机运行的稳定性的技术效果。

本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：

一种用于无电解电容变频驱动单元的控制系统，其中，

所述无电解电容变频驱动单元包括依次连接的：网侧输入电源电路、整流电路、薄膜电容电路、和逆变器，以及被逆变器驱动的永磁同步电机；其中，所述薄膜电容电路中的薄膜电容作为母线电容，所述薄膜电容上的电压U_dc为直流侧母线电压，C为母线电容的电容值；

所述控制系统包括依次连接的：转速控制单元、功率控制单元、电流控制单元、和Park逆变换模块以及空间矢量脉宽调制模块，并且，所述空间矢量脉宽调制模块用于控制所述逆变器；其中，

所述转速控制单元，用于：基于反馈控制，向所述功率控制单元输出逆变器给定输出功率P_inv^*；

所述功率控制单元，用于：基于反馈控制，向所述电流控制单元输出旋转直角坐标系下电机的d轴给定电流I_d^*和q轴给定电流I_q^*；