[发明专利]直流变频控制器及其控制永磁同步电机转子速度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动控制和电力电子技术领域中的直流变频控制器，尤其是基于正弦波驱动的直流变频控制器及其控制永磁同步电机转子速度的方法。

背景技术

现有的空调器多为定速控制，冷量控制只能采用“开一关”方式调节，相应的温度波动较大。从国内/外的发展趋势来看，高效、节能的变频空调逐渐成为消费主流。目前，变频驱动又分为交流、直流两大类，交流变频与直流变频相比，存在铜/铁损、涡流损大等缺点。直流变频压缩机主要采用永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM)，其具有体积小、效率高等优点。

目前主要采用“两相同时导通”的矩形波方式变频驱动，相电流波形近似呈矩形，导致主电路存在丰富的高次谐波，电磁兼容性能较差。而且低频运行时，转矩波动大，因而压缩机运行的震动噪声较大。两相导通方式功率模块换相时电流脉动很大，容易产生失步现象，严重时导致直流变频压缩机转子退磁。正弦波方式驱动直流变频压缩机时，采用“三相同时导通”的空间矢量脉宽调制驱动模式(Space Vector Pulse Width Modularion，简称SVPWM)，压缩机电压/电流波形近似呈正弦波，因而具有谐波干扰小、运行噪声低、效率高等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本化的高效直流变频控制器及其控制永磁同步电机转子速度的方法，解决现有矩形波驱动直流变频控制器存在的不足，此控制器具有永磁同步电机(PMSM)的无位置传感器宽频调速、运行保护等功能。本发明希望用此控制器特有的运行平稳性、高效性等特点，来推动空调电控技术的发展，改善居民的生活质量。采用该控制器可以有效改善运行功率因数、降低高次谐波、提升运行效率，实现低噪声的直流变频空调压缩机宽频驱动。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案为，一种直流变频控制器，用于控制永磁同步电机的转子速度，包括：输入装置，用以提供参考的速度设定量；采样装置，采样永磁同步电机转子的相电流；第一调节装置，对速度设定量和估计速度进行速度比例积分调节；第一变换装置，对采样的相电流进行第一次变换；第二变换装置，对第一次变换后的电流值进行第二次变换；第二调节装置，对相电流进行电流比例积分调节；第三变换装置，进行与第一、第二变换装置相逆的变换，得到转子的三相电压信号；第三调节装置，对转子的三相电压信号进行正弦矢量脉冲宽度调节；驱动装置，根据脉宽调节后的三相电压信号驱动永磁同步电机转动；第一重构装置，对脉宽调节后的三相电压信号进行相电压重构；滑模观测器，根据重构的相电压和第一次变换后的电流，产生动态补偿后的转子位置信号角度估计值；第二重构装置，对重构的转子位置信号角度估计值重构形成转子的估计速度。

比较好的是，所述滑模观测器进一步包括：估计装置，对重构的相电压和第一次变换后的电流进行观测，得到相电流估计值；第四调节装置，进行饱和开关调节处理，得到饱和开关调节量；滤波装置，对饱和开关调节量进行一阶低通滤波，得到电机反电动势；补偿装置，根据速度给定量和电机反电动势进行动态滞后补偿；第三重构装置，最终取得转子位置信号角度估计值。

比较好的是，所述第一变换装置为CLARK变换装置，所述的第二变换装置为PARK变换装置。

本发明还涉及一种直流变频控制器中控制永磁同步电机转子速度的方法，包括：步骤11，提供一参考的速度设定量；步骤12，采样永磁同步电机运转的相电流；步骤13，根据速度设定量和相电流进行速度以及电流比例积分调节和正弦矢量脉宽调节，得到永磁同步电机运转的三相电压信号；步骤14，进行相电压重构，根据重构的相电压值驱动永磁同步电机转子进行转动，返回步骤12；步骤15，根据重构的相电压值进行转子位置滑模观测，得到转子估计位置和估计速度，并将转子的估计速度送回步骤13。

比较好的是，所述步骤15进一步包括：步骤21，根据步骤14重构的相电压值和步骤12的采样相电流，进行观测得到相电流估计值；步骤22，进行饱和开关调节处理，得到饱和开关调节量；步骤23，对饱和开关调节量进行低通滤波，得到估计的电机反电动势；步骤24，根据步骤11中的速度设定量对滤波产生的滞后进行动态补偿，得到估计的角速度。

比较好的是，所述方法进一步包括：所述步骤12进一步包括，对采样的相电流进行CLARK变换和PARK变换；所述步骤13中，在电流比例积分调节和正弦矢量脉宽调节之间，进一步包括：进行逆向的CLARK变换和PARK变换。

比较好的是，所述方法进一步包括：将CLARK变换后的采样相电流送入步骤S15进行滑模观测。