[发明专利]一种用于控制变频压缩机转速的变频器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种用于控制变频压缩机转速的变频器及其控制方法，变频器设有滤波器、整流桥、电压控制电路、逆变桥和微控制器。控制方法为：微控制器先控制M1的PWM指数从零逐增到100％，逐渐向母线电容器充电；在实际转速运行阶段微控制器向逆变桥提供PWM控制信号以启动电机并达到所设定转速；在过渡阶段逐步减小M1的PWM宽度，逐渐降低母线电压，控制电机转矩并使电机实际转速达到设定转速；在正常运行阶段，微控制器分析电机的反电动势电压及比例积分函数，重新计算电机实际转速，控制逆变桥中的每个功率开关的导通周期，以控制电机在设定的转矩并使电机保持在设定转速运行。本变频器电耗小效率高，控制方法简单容易操作。

技术领域

本发明涉及一种变频器技术，具体地说是涉及一种用于控制变频压缩机转速的变频器及其控制方法。

背景技术

变频压缩机以其高效率、低噪音、小型化等优点，广泛应用于冰箱、冷柜，展示食品的陈列柜、商用冰箱和空调等领域，变频器技术和控制变频压缩机转速的方法直接关系到压缩机的效率和系统整体性能。

用于控制变频压缩机转速的现有典型变频器一般采用的结构为：设有负温度系数的NTC电阻、EMI滤波器、电感器、整流桥、逆变桥和微控制器。NTC电阻用于限制浪涌电流；EMI滤波器用于避免高频噪声返回电源线；电感器用于提高功率因数，限制变频器产生的电流谐波，并符合标准规定的限值；整流桥将交流电流转换为直流电，该直流电由一个母线电容过滤，该电容向逆变桥提供母线电压，从而产生一个施加在电机上的变频电压，以控制电机的转速。现有典型变频器电路结构如图1所示。变频器的三相逆变桥，带有六个IGBT或MOS管类型的功率器件和一个并联电阻来测量施加到电机上的电流；所述的微控制器用于控制逆变桥中的六个功率器件的断开和闭合状态，六个功率器件作为并联电阻中测量电流的函数，以便使电机各相之间的电压波形正确同步，从而创建必要的旋转磁场，以使压缩机转速保持受控状态；微控制器控制的过程包含一个PWM(即脉冲宽度调制)，由一些数学逻辑，通常采用磁场定向控制FOC技术。在此过程中，通过使用PWM调制，在电机相位上施加母线电压来控制电机电流相位。

对于现有典型变频器技术，变频器的损耗主要分布在：输入回路中的NTC电阻、用于控制谐波的无源PFC电感、输入端电桥、输出端逆变桥的功率器件和微控制器本身。由变频器本身的损耗和电机的损耗决定系统的效率，其中部分电机损耗是由变频器感应到电机的，电机自身的损耗是由于定子铁心内部的涡流，该涡流由电机线圈上母线电压的逆变PWM调制引起的。

上述存在的每一个损耗都可以优化，但是这些优化的效果都很有限，如通过降低NTC电阻可以使NTC的损耗最小化，但由于NTC的减小或消除会引起浪涌电流的增加，这是家电产品所不允许的。通常NTC的冷态电阻约为5欧姆。对于更大尺寸的变频器，也可以通过并联一个继电器触点来消除NTC损耗，但这样做的缺点是需要一些功率来保持继电器处于导通状态，这会抵消了一些好处，同时也增加了变频器的成本和结构的复杂性。

无源PFC电感由于线圈的电阻而存在一定的损耗，可以通过增大导线的横截面来减小损耗，但这也会增大整个电感的尺寸，从而增加成本、重量和空间。

整流桥损耗是二极管管压降的结果。整流桥中的损耗与变频器的输入电流乘以0.5到0.8V范围内的每个二极管的电压降成正比。当前使用结型二极管的变频器，这种损耗是不可能降低的。

逆变桥的损耗取决于所选的功率器件和它的控制方式。通常带有变频电机或变频压缩机的家用电器采用IGBT或MOS管，这种功率器件的损耗是与电机电流和功率器件的压降成比例的传导损耗，以及与功率器件参数、母线电压和PWM调制的器件频率相关，通过对功率器件参数和运行速度的选择和优化，可以降低损耗。对于家用冷柜或冰箱，其损耗通常在1～2瓦的范围内。

微控制器的损耗与运行的数字电路所需的功率有关，也取决于电源的效率，通常是Buck或flyback电路。可以选择数字电路和电源设计以最大程度地减少损耗，微控制器的损耗通常在0.2～1瓦的范围内。