变频空调压缩机矢量控制研究
基于空间矢量控制的双PWM变频器研究_陶海军
基于空间矢量控制的双P WM 变频器研究陶海军,郑 征(河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454003)摘要:针对传统变频器网侧功率因数低,能量不可逆等缺点,介绍了一种新型的双P WM 变频器.它是在通用变频器的基础上,引进可逆P WM 整流器来取代不控整流,并采用空间矢量控制策略,实现了单位功率因数运行,直流输出稳定,动态性能好,几乎不产生谐波,且能量可以双向传输.实验结果证明了这种理论的正确性和可行性.关 键 词:双P WM;变频器;空间矢量中图分类号:TN 786 文献标识码:A 文章编号:1673-9798(2007)05-0540-05Study on dual-P WM converter on t he basi s of space vect or controlTAO H ai-j u n,Z H E NG Zheng(School of E lectric a lE ng ineeri ng and Au to ma tion,H enan Pol y te chnic Universit y ,J i aozuo 454003,China )Abst ract :A ne w dua l-P WM converter is introduced because o f trad itional converter has so m e dra w backs ,such as l o w ac-si d e po w er facto r ,un-reversi b le po w er flo w etc .On the base o f general converter ,by in -troduc i n g uncontro lled rectifier w ith P WM rectifier and e m ploy i n g space vector contro l strategy ,dua l-P WM converter can active l y eli m inate ac-side har monic po ll u ti o n o f i n verter ,raise ac-side po w er facto r ,andw ork w ellw ith steady outpu t vo ltage and b i-d irecti o na l po w er fl o w .The experi m ent resu lts are proved correctand feasible .K ey w ords :dua l-P WM;converter ;space-vector0 引 言交流调速系统是自动化领域研究的重点课题之一.随着矢量控制理论的提出、P WM 技术的不断完善,微机技术、电力电子器件和其他相关技术领域的发展,国内外学者设计了许多不同的方案[1-3].国内学者提出的多种不同的实现方法,多数仍然处在理论阶段,可用于产品化开发的并不多.与交流调速系统一样,P WM 整流技术在自动化领域中也备受关注[4-5].近几年来,随着电力电子装置的应用日益广泛,电网中谐波电流和无功功率对电力系统的污染也日益严重.消除谐波污染、提高功率因数、节约能源已经成为电力电子技术中的一个重大课题.作为解决这一问题的途径之一,能够实现任意功率因数运行,直流输出稳定,动态响应好,几乎不产生谐波,且能量可以双向传输的P WM 整流器已成为重要研究对象.P WM 整流电机调速系统具有重要的实际价值和应用前景[7-9].本文介绍将P WM 整流和P WM 变频调速系统进行整合,用P WM 整流取代传统的整流方式,与P WM 逆变器组成交一直一交变频器,再结合交流电机变频调速理论设计电机控制器,构成双P WM 变频调速系统的方法.第26卷第5期2007年10月河南理工大学学报(自然科学版)J OURNA L O F HENAN PO LYTEC HN IC UN IVERS I TY (NATURAL SC IE N CE)V o.l 26 N o .5O ct .2007收稿日期:2007-04-07基金项目:河南省自然科学基金资助项目(2006510005);河南理工大学青年基金资助项目(Q2006-48) 作者简介:陶海军(1980-),男,河南驻马店人,讲师,从事电力电子与电力传动研究.E -m ai:l taoh j 99@hpu .edu .cn1 传统变频器存在的问题进入21世纪后,在全球经济发展中,能源与环保成为人们日益关注的焦点,但通用变频器大都为交一直一交电压型结构,整流端为二极管不可控整流或晶闸管相控整流.这种结构具有以下缺点:(1)电网侧电流波形严重畸变,谐波大,对公共电网造成污染.在不控整流侧,输入电流是非正弦的,因此电流的高次谐波注入电网;而一般的相控整流电路在额定工作状态下,如果没有输入滤波器,输入电流的谐波含量将达到28%以上,严重干扰附近的用电设备.(2)整流器处于深度相控状态时,电网侧功率因数低,与电网交换大量的无功功率,降低了发电和输电设备的利用率,同时产生大量的附加损耗.(3)由于器件结构的单向性,功率传递只能从网侧到负载侧,使系统不能在再生状态下运行,无法实现能量的再生利用.为了解决这些问题,有人采取在通用变频器的直流侧加制动电阻来消耗电机的回馈能量,从节能的角度来看,能量将被白白地消耗在电阻上,不利于节约能源,此种方案不好.若在整流器侧加回馈单元把电机的回馈能量反馈到电网,实现电机的四象限运行,一般需选择一自耦变压器,但此方案易造成逆变失败.因此,对通用变频器进行改进变得非常迫切.从适应环保的要求来看,新型的变频器应着重考虑变频器的低能耗,低电磁和低谐波干扰.电磁干扰和谐波污染已成为现代变频器设计时必须考虑的问题.从节能概念上看,应考虑变频器的效率及功率因数等.要从根本上消除通用变频器的上述缺陷,要求新型变频调速系统的整流环节能实现网侧电流正弦化,运行于单位功率因数,且能实现能量双向流动.P WM 控制为减少谐波提供了一个技术性的方案,随着高频电力电子器件如GTO,GTR,I GBT 价格的降低,以及电压和电流等级的提高,该控制方法越来越成为减少谐波污染的首选技术方案.电压型P WM 可逆整流器采用全控型器件,器件工作在高频状态,由于开关器件的开通和关断都可以控制,所以整流器的电流波形是可以控制的,其理想的状态是和输入相电压同相(或反相)的正弦波,此时网侧功率因数接近1,输入电流的谐波含量接近零,而且能够对直流电压进行调整,使之稳定在一定的设定值,在负载变化时,具有较快的响应速度.因为具备上述优点,将其作为交一直一交变频调速系统中的整流环节,构成高功率因数双P WM 变频调速系统,使该变频调速系统具有输入电压、电流频率固定,波形均为正弦,功率因数接近1,输出电压、电流频率可变,电流波形也为正弦的特点,可实现四象限运行,从而达到能量双向传送的目的,实现调速节能和绿色环保的高度结合.2 双P WM 变频器的基本原理双P WM 交流变频调速系统是已广泛应用的交-直-交变频调速系统的一个分支.在双P WM 变频调速系统中P WM 整流环节取代了传统的整流方式,与P WM 逆变变频调速系统共同构成交-直-交变频结构,由于在两次变换过程中均采用了脉宽调制(P WM )技术,因此称为双P WM 变频调速系统[15].双P WM 变频器主电路如图1所示,图中u a ,u b ,u c 为三相电网电压,e a ,e b ,e c 为转子三相绕组的反电动势,L 1,R 1分别为交流进线电抗器的电感和等效电阻,L 2,R 2分别为转子一相绕组的漏感和电阻.为了实现双P WM 控制,系统主回路中的整流桥和逆变桥都必须采用可控自关断电力电子器件.P WM 整流器一般采用B OOST 型电路结构,为实现能量传递需要在交流侧串联电抗器作为储能元件,这是和传统整流电路不同的.在双P WM 交流变频调速系统中,整流部分采用P WM 技术,为得到最佳的整流性能,必须对整流部分的控制给予足够的重视.电压空间矢量P WM (SVP WM )控制策略是依据变流器空间电压矢量切换来控制变流器的一种新颖思路的控制策略.空间矢量控制策略早期由日本学者在20世纪80年代初针对交流电动机变频驱动而提出,其主要思路在于抛弃了原有的正弦波脉宽调制(SP WM ),而是采用逆变器空间矢量的切换来获得准圆形旋转磁场,从而在不高的开关频率下,使交流电机获得了较SP WM 控制更好的性能.主要表现在SVP WM 提高了电压型整流器的电压利541第5期 陶海军等:基于空间矢量控制的双P WM 变频器研究用率和电动机的动态响应性能,同时还减小了电动机的转矩脉动等.另外,简单的矢量模式切换更易于数字化实现.3 P WM 整流器的空间矢量控制3.1 空间矢量调制算法空间矢量脉宽调制(SVP WM )是把三相整流器的输入端电压在复平面上合成为空间电压矢量,并利用整流器不同开关状态形成的8个空间矢量去逼近电压圆,以形成SVP WM 触发波.三相电压型整流器6个开关共有8个可能的运行状态,即(000),(001),(010),(011),(100),(101),(110),(111).由此得到8个基本空间矢量V k =23u d e j(k-1)P3(k =1,2,,,6)V 0=V 7=0.(1)从式(1)可以看出,三相整流器不同开关组合时的交流侧电压可以用一个模为2u d /3空间电压矢量在复平面上表示出来,如图2所示.除2条零矢量外,其余6条非零矢量对称分布在复平面上,将复平面均分成6个扇形区域.对于任一扇形区域中的电压矢量V *均可由该扇形区两边的空间电压矢量来合成[9].三相VSR P WM 整流器的SVP WM 调制步骤为:(1)计算整流桥输入端合成指令电压矢量V *.(2)判断V *所在扇区.(3)选择开关矢量及其发送顺序.(4)计算开关矢量作用时间,合成三相P WM 触发信号.3.2 新颖SVP WM 算法的实现3.2.1 电压矢量所在扇区判断经过坐标变换,可求出矢量V *的两相静止坐标系分量V *a ,V *b .由V *a ,V *b 可求出该矢量在三相静止坐标系(a,b ,c)上的投影分别为V *a ,V *b ,V *c ,再根据V *a ,V *b ,V *c ,的极性以及矢量分布图即可确定V *所在扇区[3].进行坐标变换可得V *a =V *a , V *b =-12V *a +32V *B , V *c =-12V *a -32V *B .(2)根据V *a ,V *b ,V *c 的波形可知:¹在Ñ,Ö扇区时,V *a >0,则V *a >0;º在Ó,Ô扇区时,V *a <0,则V *a <0;542河南理工大学学报(自然科学版) 2007年第26卷»在Ò扇区时,V *a 由正向负过渡,V *a 也应由正向负过渡;¼在Õ扇区时,V *a 由负向正过渡,V *a 也应由负向正过渡.根据以上分析可得图3中6个扇区的分布情况.下面推导由图3判断扇区的逻辑关系.令X ab =si g n (V *a -V *b ), X bc =si g n (V *b -V *c ), X ca =si g n (V *c -V *a ).(3)式中si g n (x )=1 (x >0)0(x <0).(4)画出式(3)的关系曲线如图3所示,可总结出获得V *区域判别的逻辑运算关系如下:R V (1)=X ab #X bc # X ca , R V (2)= X a b #X bc # X ca , R V (3)= X ab #X bc #X ca , R V (4)= X ab # X bc #X ca , R V (5)=X ab # X bc #X ca , R V (6)=X ab # X bc # X ca .(5)式中R V (1)~R V (6)为V *区域Ñ~Ö的逻辑变量.若V *位于i 区域时,R V (i)=1,否则R V (i)=0,其中i :[Ñ~Ö].3.2.2 合成方法及最佳脉冲发送顺序(1)合成方法.对于任一扇区中的电压矢量V *,均可由该扇区两边的标准空间矢量和零矢量来合成.零矢量的作用时间只是为了形成一个P WM 控制周期,从而使得开关周期固定.这样一来我们可以对零矢量有不同的处理方法,从而形成了不同的SVP WM 控制方式.对于零矢量的选择,主要考虑选择V 0或V 7应使开关状态变化尽可能少,以降低开关损耗,在1个开关周期中,令零矢量插入时间为T 0,7,若其中插入V 0的时间为T 0=kT 0,7,则插入V 7的时间则为T 7=(1-k )T 0,7,其中0[k [1为常数.从图4可以看出,该调制方法在1个开关周期中,C 相功率管不动作,分析可知每相开关在1个周期里分别有120b 时间不动作,所以有效开关次数可减少1/3,开关损耗降低33%.每1个采样周期里选择矢量的原则是遵循开关次数最小,保证每次转换只有1个开关动作.这样,矢量作用顺序只能以固定的方式作用,即1个采样周期内有1个桥臂不动作,而另外2个分别动作2次,因而也就降低了变流器的开关损耗.(2)最佳矢量发送顺序的确表1 单一零矢量(V 0)时矢量发送顺序Tab .1 V ecto r d ispa tch i n g sequence w ith si n g le zero vector (V 0)扇区开关矢量发送顺序100010011010000020000101100100003000010011010000400010110010100050000010110010006000100101100000定.固定选用零矢量V 0(或V 7),每次只切换1只开关管,矢量发送顺序如表1所示.在一个周期内每相桥臂在该相电压的负半周都有120b 的扇区不动作,从而将开关总次数减少1/3.在不动作区域,该相为正或负且幅值最大,从而避开了最大开关电流,大大减小了管子损耗,且543第5期 陶海军等:基于空间矢量控制的双P WM 变频器研究容易实现数字化.4 实验结果及分析根据上述分析,研制了10k W 的P WM 整流器装置.实验参数为:直流输出电压V d c =660V;直流输出功率P 0=10k W;交流输入电压U a =220V;开关频率f =10k H z ;连接电感L = 2.2mH;图5为整流器直流母线电压波形.图中显示,直流输出电压的纹波非常小,满足输出恒定直流的要求.图6给出了网侧电网电流的谐波含量和电网功率因数.从实验结果可以看出,电网电流中的3次、5次谐波含量分别为1.95%,1.32%,取得了很好的效果.5 结 论本文介绍了一种新型的双P WM 变频器,整流部分由开关器件组成,采用空间矢量P WM 控制策略,克服了传统变频器网侧功率因数低、谐波污染大、能量不能双向传输等缺点,实现了单位功率运行,直流电压稳定,大大节约了能源,提高了变频器的性能.参考文献:[1] 余天明,冼伟伦.双P WM 变频器在船舶上的应用前景[J].船电技术,2006,26(5):12-14.[2] 白 晶,赵广山,叶延亮,等.双P WM 变频器整流控制策略的研究[J].北华大学学报:自然科学版,2006,7(4):371-373.[3] 邱 涛,陈林康.变频器中P WM 整流器的设计及仿真[J].微特电机,2006,34(5):17-19,46.[4] 李 宋,陈 梅.交流励磁双馈风力发电机双P WM 控制系统的仿真研究[J].防爆电机,2006,41(1):11-14.[5] 田 丰,彭晓南.基于TM S320LF2407的小型变频器设计[J].河南科技大学学报:自然科学版,2005,26(6):11-14.[6] 任吉林,伍家驹,刘桂英,等.MAT LAB 环境下变频器系统仿真的研究与实现[J].计算机仿真,2000,17(5):53-55.[7] 刘 玮,沈传文,张 琳.基于功率直接反馈的双P WM 变频器仿真研究[J].电气传动自动化,2005,27(6):1-5.[8] 沈安文,朱晓琳,郑定富.用于磁场定向矢量控制的空间电压矢量PWM [J].电力电子技术,2005,39(5):118-119.[9] 郑 征,史祥翠,张 科.三相P WM 整流器空间矢量简化算法[J].河南理工大学学报:自然科学版,2006(6):502-506.(责任编辑 王得胜)544河南理工大学学报(自然科学版) 2007年第26卷。
空调压缩机无位置传感器矢量控制研究
空调压缩机无位置传感器矢量控制研究
季金虎;马少康;李旭春;严乐阳
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2013(47)10
【摘要】提出了一种新的基于转子磁链估计和锁相环(PLL)的永磁同步电机(PMSM)转子位置估计方法.该方法利用高通滤波器(HPF)与低通滤波器(LPF)幅频特性曲线的交点,解决了反电势纯积分中存在的直流漂移等问题.该算法实现简单,容易理解,能满足实际应用中控制性能的要求.仿真和实验结果证明了该算法的有效性,可应用于PMSM无位置传感器正弦波驱动的压缩机等变频装置.
【总页数】3页(P72-74)
【作者】季金虎;马少康;李旭春;严乐阳
【作者单位】清华大学,自动化系,北京100084;清华大学,自动化系,北京100084;清华大学,自动化系,北京100084;清华大学,自动化系,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TM315
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变频空调永磁同步压缩机控制系统研究介绍
变频空调永磁同步压缩机控制系统研究介绍变频空调在家庭和商业空调领域中的应用越来越广泛。
而压缩机是变频空调的核心部件，其性能对整个系统的能效和运行稳定性有着重要影响。
传统的变频空调压缩机采用的是异步电机，其效率相对较低，同时由于传动部件的存在，噪音和振动问题也较为突出。
永磁同步压缩机则是一种新型的压缩机技术，具有高效、低噪音和稳定性好的特点。
永磁同步压缩机控制系统是变频空调中的关键技术之一、它通过对压缩机的控制，实现对变频空调的运行控制和调节。
该系统主要包括压缩机控制器、传感器、速度传感器、控制算法以及相关的电路和软件等。
首先，压缩机控制器是永磁同步压缩机控制系统的核心组件。
它具有接收和处理信号的功能，通过与其他部件的通信，实现对压缩机频率和运行状态的控制。
压缩机控制器通常采用微处理器或单片机作为主控芯片，具有较高的计算能力和可编程性，能够根据系统需求对压缩机进行精确的控制。
其次，传感器在永磁同步压缩机控制系统中起到了感知、采集和传输信号的作用。
传感器可以监测压缩机的电压、电流、温度等参数，将这些参数转化为电信号并传输给压缩机控制器。
通过传感器的实时监测，压缩机控制器可以获得工作状态的信息，进而根据需要对压缩机进行控制和调节。
此外，速度传感器在永磁同步压缩机控制系统中也非常重要。
由于永磁同步压缩机采用的是永磁同步电机，其转速对系统的运行和性能影响较大。
速度传感器可以监测永磁同步电机的转速，通过将转速信息反馈给压缩机控制器，实现对转速的精确控制。
通过对转速的控制，可以提高压缩机的效率和运行稳定性。
最后，永磁同步压缩机控制系统中的控制算法是实现高效能的关键。
控制算法通过分析和处理传感器反馈的参数，根据设定的目标值对压缩机的频率和功率进行调节。
不同的控制算法可以根据需求进行选择，如PID控制、模糊控制和遗传算法等。
控制算法的优化和改进可以提高压缩机的效率、稳定性和系统的性能。
综上所述，变频空调永磁同步压缩机控制系统是一项重要的研究课题。
变频空调中永磁同步电机的高性能控制
变频空调中永磁同步电机的高性能控制摘要：本文主要探讨了变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法。
通过采用矢量控制技术和改良算法，实现了对永磁同步电机的精确控制，提高了变频空调的能效比和舒适度。
实验结果表明，该控制方法具有良好的控制性能和实际应用价值。
关键词：变频空调；永磁同步电机；控制；矢量控制引言：随着人们生活水平的提高和科技的发展，变频空调作为一种先进的空调设备，逐渐成为人们日常生活和建筑工程中的重要组成部分。
在变频空调中，永磁同步电机是一种常见的驱动电机，其高性能控制对于提高空调能效比和舒适度具有重要意义。
本文将探讨变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法，希望能对有关方面的理论与实际工作起到一定的借鉴作用。
一、研究背景变频空调作为一种先进的空调设备，其核心技术在于对电机的控制。
传统的定频空调采用固定频率工作，能耗较高且舒适度不佳。
而变频空调可以根据环境温度和负载情况实时调整工作频率，从而实现节能减排和提升舒适度的作用。
在变频空调中，永磁同步电机是一种具有高效率、高精度、低噪声等优点的驱动电机。
因此，研究永磁同步电机的高性能控制方法具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的是通过采用矢量控制技术和改良算法，实现变频空调中永磁同步电机的高性能控制，从而提高变频空调的能效比和舒适度。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 矢量控制策略研究：分析矢量控制技术的原理和实现方法，研究不同矢量控制策略的优缺点，为后续实验提供理论支持。
2. 磁场定向控制研究：通过检测或估计电机转子磁通的位置及幅值，选择合适的磁场定向角度，实现永磁同步电机的磁场定向控制。
3. 转矩控制研究：通过对电流进行调节和控制，实现永磁同步电机的转矩控制，提高电机的输出转矩和能效比。
4. 速度控制研究：根据负载情况和实际需求，通过调节电机的转速，实现变频空调的速度控制，提高舒适度。
5. 改良算法研究：针对负载波动等特点，提出减小电机转速脉动的改良算法，提高电机的动态性能。
基于空间矢量PWM的变频控制技术研究
基于空间矢量PWM 的变频控制技术研究一、变频控制技术概述变频控制技术是一种通过改变电机供电频率来控制电机转速的技术，广泛应用于工业自动化、家用电器、电动汽车等领域。
它能够提高系统的能效、精确控制速度和转矩，同时减少机械磨损，延长设备使用寿命。
随着电力电子技术的发展，变频控制技术已经成为现代电力传动系统中不可或缺的一部分。
1.1 变频控制技术的核心特性变频控制技术的核心特性主要体现在以下几个方面：- 调速范围宽：通过改变供电频率，可以实现电机在宽广的速度范围内精确调速。
- 启动平滑：变频启动可以避免电机直接启动时的电流冲击，减少启动时的机械冲击。
- 节能效果显著：变频控制可以根据负载变化自动调整电机转速，减少不必要的能耗。
- 控制精度高：变频控制技术可以实现对电机转速和转矩的精确控制，满足高精度控制需求。
1.2 变频控制技术的应用场景变频控制技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 工业自动化：在工业生产线上，通过变频控制技术可以精确控制输送带、升降机等设备的速度。
- 家用电器：空调、洗衣机等家用电器通过变频控制技术实现节能和舒适运行。
- 电动汽车：电动汽车的驱动电机通过变频控制技术实现高效、平稳的驱动。
二、基于空间矢量PWM的变频控制技术基于空间矢量PWM（SVPWM）的变频控制技术是一种先进的变频控制方法，它通过生成适当的PWM波形来控制电机的电压和频率，从而实现对电机的精确控制。
2.1 空间矢量PWM的原理空间矢量PWM是一种基于三相交流电动机的磁通矢量控制方法。
它将三相交流电动机的定子电流矢量分解为两个直轴分量和一个零序分量，通过控制这三个分量的大小和相位，可以精确控制电机的磁通和转矩。
2.2 空间矢量PWM的实现实现空间矢量PWM需要以下几个关键步骤：- 电流检测：首先需要检测电机的三相电流，以获取电流矢量的信息。
- 磁通估计：通过电流检测和电机参数，估计电机的磁通矢量。
- 矢量控制算法：根据磁通矢量和转矩需求，计算出需要的电流矢量。
空间矢量控制变频调速的原理
空间矢量控制变频调速的原理
空间矢量控制变频调速是一种先进的电气控制技术，它可以有效地实现电机的速度调节和运行控制。
通过对电机的空间矢量控制，可以实现电机的精确控制，提高其效率和性能。
在空间矢量控制变频调速中，电机的三相电流可以分解为两个正交的矢量，即磁通矢量和转子电流矢量。
通过控制这两个矢量的大小和方向，可以实现对电机的速度和转矩进行精确控制。
在实际应用中，通过改变磁通矢量和转子电流矢量的大小和相位，可以实现电机的加速、减速和定速运行，以及实现对电机的转矩和速度的精确控制。
空间矢量控制变频调速的原理是通过改变电机的供电频率和电压，控制电机的磁通和转子电流，从而实现对电机的速度和转矩进行精确控制。
在变频调速系统中，电机的供电频率和电压可以通过变频器进行调节，从而实现对电机的速度和转矩的精确控制。
通过传感器对电机的转速和位置进行监测，控制系统可以根据实时的反馈信息对电机进行调节，使其达到设定的转速和转矩要求。
空间矢量控制变频调速技术在工业领域得到了广泛的应用，特别是在需要对电机进行精确控制的场合。
通过空间矢量控制变频调速技术，可以实现电机的高效运行，提高生产效率，降低能耗，减少对设备的磨损，延长设备的使用寿命。
总的来说，空间矢量控制变频调速是一种先进的电机控制技术，通过控制电机的磁通和转子电流，实现对电机的精确控制，提高其效率和性能。
在工业生产中，空间矢量控制变频调速技术可以帮助企业实现节能减排，提高生产效率，降低成本，提升竞争力。
在未来的发展中，空间矢量控制变频调速技术将继续发展，为工业领域带来更多的创新和机遇。
变频空调风机中永磁同步电机矢量控制方案
变频空调风机中永磁同步电机矢量控制方案
1．永磁同步电机变频空调以其节能、室内温度更稳定、噪音低、
舒适度更高的特点得到快速的发展，成为今后空调发展趋势已成业界共识。
变频空调一般是指空调压缩机及其风扇的变频控制，多采用永磁同步电
机矢量控制的方案。
目前空调风机大多还是采用单相交流电机的定频风机，这
种单相交流风机接入单相交流电源就可工作，具有结构简单、可靠的优点，但
是也有不能进行无极调速和风机效率比较低等缺点。
为了进一步提高变频空调
性能，当前已有空调厂家开始对空调风机也进行变频控制，真正实现空调的全
变频控制。
永磁同步电机（PMSM），功率密度高体积小，结构简单，采用矢量控制（FOC），具有动态响应快，效率高、噪音低及安全可靠的特点，很适合应用
在空调风机中，实现空调风机的变频控制，下面介绍一种永磁同步电机矢量控
制在变频控制风机中应用的方案。
2．系统结构
此变频空调风机方案采用意法半导体公司STM32（ARM ：Cortex- M3）MCU 平台，永磁同步电机（PMSM）矢量控制（FOC）方案使用单电阻（Single Shunt）的电流检测和无位置传感器（Sensor-less）的速度位置检测来实现。
系统结构如L6390D 自带的智能关断功能可实现过电流保护电路（OCP），加上过电压（OVP）和欠电压（LVP）等保护功能，使系统工作安全可靠。
低成本高性能的永磁同步电机的矢量控制方案#e#
3. 低成本高性能的永磁同步电机的矢量控制方案
永磁同步电机的矢量控制，具有动态响应快，稳速精度高，功率密度大，。
基于DSP变频空调空间电压矢量控制的研究
基于DSP变频空调空间电压矢量控制的研究摘要：本文针对定频空调压缩机对电网冲击大，耗电量大，频繁启动停止，而且控制精度不高的缺点，采用了一种基于数字信号处理器（DSP）的空间电压矢量（SVPWM）逆变器，可以有效地减少电流谐波，提高电压利用率，使之在电网电压波动情况下输出转矩仍为恒定，应用于变频空调的压缩机变频调速，易于控制，效果良好，市场应用前景广阔。
关键词：变压变频压缩机数字信号处理器中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）11-0009-01面对日益激烈变频空调市场，本文提出了一种针对空调交流变频压缩机的成本低而且性能好的控制实现方式，充分发挥V/F开环控制的特点，无需反馈，成本需求低。
同时采用SVPWM这种适合数字控制的PWM技术，可以使逆变器输出线电压幅值较SPWM方式提高20%，输出线电压幅值最大值可达Ud，启动特性好，谐波分量少，通过调整电机的运转频率可以调整压缩机的输出频率，从而无需象定频空调一样的频繁开/关机操作。
1 V/F控制在压缩机上的实现原理空调的核心技术部分是对压缩机的控制，压缩机拖动系统的机械特性具有恒转矩特性（M=C），电动机的轴功率与转速成正比，控制精度不必很高。
三相异步电机的反电动势：（1）其中，k为常数，f为电源频率，为磁通量，保持磁通量不变，即保持∝E/f。
当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，则，电机的输入电压与反电动势关系为：U∝E。
总体控制思想就是：电机在基频以上时，；保持磁通幅值恒定，即输出转矩不变；而当电机运行在基频一上时，保持定子电压恒定，即输出功率不变。
普通的交流变频空调大都采用转速开环的V/F控制。
在电机运行频率较低的时候，电机线圈上的阻抗压降和电感不能忽略，因此，在低频端需要加入一定的偏置电压，称作转矩提升（Tongue Boost），在交流变频空调的应用中，压缩机的最低运转频率在20～30Hz左右，当频率更低时将停止电机运行。
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工业的不断进步使电机的使用广泛化、普及化。数控行业、电动 汽车、家用电器等工业领域都存在电机的身影。一直以来，异步电机 因技术成熟，成本低等优点而被广泛采用[1]。随着电机制造技术的不 断发展，永磁同步电机凭借其功率密度高、运行效率高等优势逐渐 受到工业应用的青睐，对其的研究也不断深入。而采用高矫顽力材 料的内埋式永磁同步电机因磁阻转矩的存在使其具有更宽的恒功 率运行区、更好的运行效率和更宽的转速调节范围[2]。因此它成为变 频空调压缩机的主要选择[3]，也成为研究热点。
[1]史宇超,孙凯,黄立培,等. 内埋式永磁同步电机宽调速范围运行控 制策略[J].清华大学学报（自然科学版）,2012,52（11）：1565-1570. [2]汪兆栋,文小琴,游林儒,曾文涛. IPMSM 宽速域范围无位置传感器 高性能控制[J].华南理工大学学报（自然科学版）,2015,43（9）：1-7. [3]朱应煌. 变频器在空气压缩机恒压控制中的应用[J].自动化仪表,
逆变模块中，从而产生一组新的 PWM 波，并结合三相逆变器将重新 2009,30（1）：66-69.
生成的三相定子电压矢量送入到永磁同步电机中，使电机能按照新
的速度指令进行运转，由此完成了整个系统的速度伺服控制过程。
3 系统仿真分析
MATLAB/Simulink 环境下的永磁同步电机矢量控制仿真图如
干扰能力强。
基金项目：东北石油大学研究生创新科研项目资助（YJSCX2015-028NEPU）。
ψr
（1）
Te
=
3 2
n p [ψr iq
+ (Ld
-
Lq
)id iq
]
（2）
图 1 永磁同步电机矢量控制系统
运动方程为：
pω
=
1 J
[Te
-TL
-
Bω]
（3）
ωe = npω
（4）
其中，ud、uq 为定子电压的 dq 分量；id、iq 为定子电流的 dq 分量； Ld、Lq 为 dq 轴定子线圈的自感；Rs 为电枢绕组电阻；ωe 为转子电角 速度；ψr 为转子磁链；p 为微分算子；np 为电机极对数；Te 为电磁转 矩；TL 为负载转矩；B 是阻尼系数；ω 是转子机械角速度；J 是转动 惯量。
1 永磁同步电机简化数学模型 根据传统的假设和坐标变换，可得出内埋式永磁同步电机基于 转子磁场 dq0 坐标系的数学模型。永磁同步电机在同步旋转坐标系 下的电压方程和转矩方程分别为：
■■■■■uuqd
= =
Rsid Rsiq
+ Ld + Lq
pid piq
- ωe Lqiq + ωe Ld id
+
ωe
·36·
科技论坛
变频空调压缩机矢量控制研究
林雨晴 （东北石油大学 电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318）
摘 要：内埋式永磁同步电机凭借其损耗小、功率高等优点而被广泛应用于变频空调压缩机领域。为实现变频空调压缩机的调速控 制，对内埋式永磁同步电机数学模型及其矢量控制系统的基本原理进行分析。通过 MATLAB 仿真验证该系统可实现有效调速。
图 2 转速波形图
2 永磁同步电机矢量控制原理
4 结论
结合三相三电平空间矢量脉宽调制 SVPWM 技术，采用矢量控
本文以内埋式永磁同步电机为代表的变频空调压缩机的矢量
制对电极进行控制。图 1 为永磁同步电机矢量控制系统。电流环通 控制系统进行了研究，在分析其数学模型的基础上，系统采用转速、
过对 id 和 iq 进行解耦实现永磁同步电机的电流分量的单独控制，通 电流双闭环控制策略。并通过 MATLAB 平台对该系统进行仿真，结
过电流内环反馈控制使 id=0，最终实现转矩的直接控制。在转速闭 果验证了调速的有效性和可靠性。
环控制中，计算给定速度 ω* 和实际速度 ω 的偏差作为速度 PI 控
参考文献
制器的输入，它的输出就是所需的电流分量 iq*。电流环中将采样获 得的相电流 ia、ib、ic 经过 3s/2r 变换转换为 dq 坐标系中的实际电流 id、iq，然后与所需的电流分量 id*、iq* 进行比较，将偏差输入到电流 PI 控制器，从而由电流 PI 控制器输出所需的电压分量 ud* 、uq*。把电 流 PI 控制器输出的电压分量经过 2r/3s 变换，然后输入到 SVPWM
图 2 所 示 。 设 置 仿 真 时 间 为 0.3s， 给 定 初 始 参 考 转 速 为
700r/min，0.1s 时系统突然加负载运行，从 1N·m 增加到 3N·m，在这
个过程中，电磁转矩反应很快，能够快速跟踪负载转矩，并迅速达到
稳态，系统的动态性能良好; 电机转速基本没有波动，说明系统抗