直流变频空调180正弦波驱动技术.doc

直流变频空调 180 正弦波驱动技术009 年对变频空调在中国的发展而言，是具有特殊意义的一年在国家节能产品产业政策的引导下，《房间空调器能源效率限定值及能效等级》即将出台，如果空调能效限定值进一步提升，将会加速变频空调在国内的推广变频空调最显著的特点是节能、舒适性好，因此在日本和欧洲国家得到了大规模推广，在日本的普及率甚至超过 99%相信在能源紧缺的中国，变频空调的大规模上市为时不远变频空调驱动演变历程1.AC 变频驱动：这是变频空调早期产品，国内一些厂家已拥有成熟的技术，AC 变频空调的市场在减小2.DC120°方波变频驱动：该方案技术相对成熟，已有部分国内厂家掌握市场上，亦有大批量成熟产品3.DC150°广角波变频驱动：推广该方案的企业以日系企业为主，国内还处于研究状态时，其即被新的 180°正弦波驱动方案所替代4.DC180°正弦波驱动：该技术初期在日本较为成熟，进入国内已有 5 年左右的历史，主要是日系企业在推广与交流、 DC120°方波变频驱动、DC150° 广角波变频驱动等方案相比，其具有噪声低，振动性能好的特点，关键是符合压缩机及空调系统高能效化的发展要求，代表了变频空调技术的发展方向。

国内变频空调驱动技术研发状况国内变频空调驱动技术的研发起步晚于日本，但在近十多年得到迅猛发展，采用 AC、DC 变频驱动技术、甚至DC180°正弦波驱动技术的变频空调产品已大量出口和内销目前，国内一些专业厂家已经掌握变频空调驱动技术，并已向空调整机企业提供变频控制器产品的技术服务如上海新源变频电器股份有限公司已经成立十多年，一直致力于变频空调驱动控制技术的研究与应用，成功开发并大量推广 AC、DC 系列变频空调控制器，其技术水平与国外先进技术同步，拥有其自主研发的直流变频 180°正弦波驱动技术的知识产权，成熟产品已在市场批量推广日系、欧美的主要芯片供应商同样拥有这些技术，并与国内控制器厂家合作或直接与空调企业合作，开始推广 180°正弦波驱动变频空调产品180°正弦波变频空调控制系统主电路由电源整流、功率因数校正、逆变和控制电路构成整流电路将 220V 交流输入整流成直流电源，经电容滤波后变成 300V 直流电压，功率因数校正完成输入电流的谐波控制和提高系统的位移功率因数，逆变电路将直流电压变换成电压和频率可调的交流电提供给压缩机控制电路主要包括电流检测、位置估算、速度控制、性能控制、电流控制、SVPWM、PFC 控制部分。

1.电流检测：电流检测在逆变桥的 3 个下桥臂与直流母线的负极之间串接水泥电阻来取样，该脉冲电流信号经放大滤波进入 DSP 的 AD 采样口采样，得到的三相电流经 ABC-β 坐标变换和 αβ-dq 坐标变换转换为 id、iq 供电流闭环控制和位置估算使用2.位置估算：位置估算是 180°正弦波驱动的核心，只有得到正确的位置信息，直流压缩机才能得到良好控制位置估算单元利用电流检测单元检测的电流和输出的电压，按照电机 dq 轴下的假定坐标系模型，构造一个模型电机，通过闭环控制，将模型电机的运转状态与实际电机运行状态一致，此时模型电机的位置就是对实际压缩机电机转子位置的估算位置常用的位置估算方法有模型参考自适应位置估算方法、Kalman 滤波方法、滑模观测器方法及状态反馈方法等3.转速控制：转速给定信号与转速观测器估算的转速进行比较，进入速度 PI 调节器，得到转矩电流 iq 给定信号，转矩电流经 PI 调节器后得到转矩电压；按照直轴电流给定为 0，则电机的励磁完全由永磁体提供，如果要进行弱磁控制则将 id 的给定设置为一个小于 0 的数，转速经过 PI 调节器后生成电流 is 给定值4.性能控制：主要针对压缩机的实际应用要求，对压缩机的效率、出力、弱磁升速以及振动等进行控制。

5.电流控制：通过 PI 调节器完成 d 轴和 q 轴电流的闭环控制，输出 d 轴和 q 轴的给定电压6.SVPWM：按照电流控制输出的 dq 轴给定电压，经 dq-αβ 坐标变换转换到 αβ 的电压给定，然后采用 SVPWM输出 6 路 PWM 脉冲驱动信号到主回路的 IGBT7.PFC 控制部分：通过检测环节检测输入电压、直流电压和输入电流通过对 PFC 开关 VPFC 的控制来改善输入电流波形 VPFC 开通时，电流经电感 L、整流桥 BR2 和 VPFC 后返回电源；关断时，储存在 L 中的能量与电源串连后通过主整流桥 BR1 给电容和负载供电通过适当的控制，将谐波电流控制在标准限值以内同 DC120°方波驱动相比较，直流压缩机正弦驱动的主要有点：针对反电动势为正弦波的压缩机，采用正弦驱动转矩脉动小；能充分利用压缩机的磁阻转矩，提供出力和效率；便于在直流电压降低的条件下，采用弱磁控制提高转速；压缩机电机电流波形为正弦，谐波含量少，能有效降低压缩机噪声不足之处是控制复杂，运算量较大，一般要采用 32 位 MCU 或 DSP 才能实现压缩机的可靠驱动。