[发明专利]变换器控制装置

说明书

本发明涉及变换器的控制，该变换器通过改变电机的驱动频率以可变的速度驱动感应电机，特别涉及一种用于空调系统的变换器控制装置，该空调系统使用热泵循环来供热和致冷。

通常，由感应电机驱动用在家庭、小型办公室或小型零售商店的空调系统中的压缩机。感应电机的转差频率(即驱动频率和转动频率之间的差)在有负载的情况下往往会波动，而且电机的效率也会由此发生变化。

为了弥补这一点，已建议使用矢量控制方法来替代常规的电压/频率(V/F)控制方法，利用矢量控制方法由电机电流计算负载来使电机高效率运转，而常规的电压/频率控制方法则获得与操作指令频率成比例的操作电压。

图1表示了一个应用矢量控制技术的高效率控制的例子，它基于1992年6月出版的“Reitoshi”(一本关于致冷的日本杂志)第50-55页中所描述的“用于变换器涡形封装空调器的无噪声技术”。首先将驱动压缩机的感应电机1的交流电源6通过二极管电桥5和滤波电容器4转换为直流电源。然后用三相PWM变换器2调整直流电源的电压和频率，以改变和控制感应电机1的转速。

将旋转探测器安装到空调压缩机上通常很困难。因此，探测电机速度和高效地驱动电机需要对感应电机1探测至少两个电流值，以便通过使用感应电机常数的计算来探测电机的速度。

激励电流和转矩电流计算器101使用电流传感器3U和3V来探测电机电流Iu和Iv，以分别得到激励电流I1d和转矩电流I1q。探测的转矩电流I1q大体上与转差频率fs成正比，因此可以用转矩电流I1q和电机常数来计算该转差频率fs。然后，可以改变指令频率以补偿转差频率fs，从而保持电机转速为一个受控制的不变值。

因而，通过转差频率控制装置7来计算转差频率，并校正电机转速，以便感应电机1以等于加热泵循环控制装置输出的转动指令频率fref的值转动。参照图1，加法器8将来自加热泵循环控制装置的转动指令频率fref和校正频率的值相加，以便得到用于三相PWM变换器2的实际指令频率f1。

由初级电阻识别器102来识别作为电机常数的初级电阻，以便根据通过电流最小控制装置103得到的激励电流指令I1*d与探测的激励电流I1d之间的差值来得到一个更精确的初级电阻值。然后，根据得到的初级电阻、激励电流指令I1*d、转矩电流I1q和实际指令频率由初级电压补偿器104确定实际初级电压，并将得到的实际初级电压加到三相PWM变换器2。这样，根据来自热泵循环控制装置的转动指令频率fref将供电控制在保持感应电机1以指令速度运转所需要的最小电流电平。通过使供电最小，在1.1kgm电机转矩时效率改善了约10％；已经证实在其它转距下也改善了效率。

上述已有技术的方法通过从转矩电流、一个需要电机常数的操作得到转差频率来控制电机效率。可能的电机常数包括初级电阻、次级电阻和各种电感。然而，大家知道这些常数会随温度和其它因素而产生很大的波动，而这种波动会降低控制效果，例如不希望有的转速变化。

因此，本发明的一个目的就是要提供一种变换器控制装置，它不需要电机常数输入，不需要电机速度探测器、而响应于操作环境的变化使功耗稳定地保持在最低可能的水平上，同时补偿感应电机的转差比以便使电机速度保持在目标值。

最近开发的用于空调系统的涡形压缩机具有每转在气体压缩转矩下极小波动的特征，因而能平稳、无声地运转。而在用于驱动这些涡形压缩机的感应电机中电流波动也小。因此，本发明的另一目的就是要提供一种变换器控制装置，它包括有各种类型的转动周期探测器，作为保持用于这样的涡形压缩机的感应电机兼容性的装置。    

本发明的再一个目的是提供一种变换器控制装置，它即使在相对异常的运转条件下也不减少所需的输出而保护其所使用的半导体元件。相对于空调的应用，这些“异常条件”包括即使当环境温度相当高时仍然加热。这是因为当环境温度高时，致冷压力要增大，而压缩机电机的转矩负荷就会增大。

作为参考，图2表示了能用于本发明的涡形压缩机和滚式活塞压缩机的气体压缩转矩特征，而图3表示了驱动这些压缩机的感应电机的电流波形。