永磁同步单转子压缩机低频转矩补偿控制研究

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'永磁同步单转子压缩机低频转矩补偿控制研究'
——01—— 永磁同步单转子压缩机低频转矩补偿控制研究永磁同步单转子压缩机低频转矩补偿控制研究 霍军亚 (广东美的制冷设备有限公司 顺德 528313) 摘要摘要 针对变频空调永磁同步单转子压缩机低频运行时负载转矩不稳定,导致振动大的特点。本文首先分析永磁同步单转 子压缩机的工作原理和负载转矩变化特点,根据负载变化规律提出采用前馈控制和反馈控制相结合的方法有效降低低频运行时 的振动。根据负载周期变化特点设计前馈函数,根据压缩机工作的压缩半周期和吸气半周期的运行时间差作为反馈,利用最优 控制方法调节前馈补偿参数。通过实验测试验证:本方法可以有效降低永磁同步单转子压缩机低频运行时的振动,降低空调噪 音,提高用户舒适性。 关键词关键词 永磁同步 单转子压缩机 转矩补偿 前馈控制 最优控制 The study on pThe study on permanent magnet synchronous singleermanent magnet synchronous single- -rotor compressor lowrotor compressor low- -frequency torque compensation frequency torque compensation controlcontrol Junya Huo (Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co., Ltd. ShunDe 528313) Abstract For the inverter air conditioner permanent magnet synchronous single-rotor compressor low-frequency operation, the load torque instability, resulting in a big vibration.This paper first analyzes the works of permanent magnet synchronous single-rotor compressor and load torque changes in the characteristics, according to the load variation proposes the combination of feedforward control and feedback control methods to reduce the vibration of low-frequency operation. According to the load-cycle changes in the characteristics designs the feedforward function, according to the compression half cycle of the compressor work and inhale half cycle run time difference as the feedback, the use of optimal control methods to adjust the feedforward compensation parameters. Verified by experiments: This control method can effectively reduce the vibration when the permanent magnet synchronous single rotor compressor low-frequency operation, reduce air conditioning noise, improve user comfort. Key words permanent magnet synchronous; single-rotor compressor; Torque compensation; feedforward control; Optimal control. 1 引言引言 随着国家“节能减排,低碳经济”政策的推行,空调的能效等级也进一步提升,传统定频空调为了提 高能效而增加蒸发器和冷凝器的换热面积, 这使得定频空调和变频空调的成本进一步拉近。 而变频空调相比 普通定频空调具有更多的优势:变频空调通过改变压缩机供电频率和幅值,调节压缩机转速。依靠压缩机转 速的快慢达到控制室温的目的,使居室在短时间内迅速达到所需要的温度,并在低转速、低能耗状态下以较 小的温差波动,实现了快速、节能和舒适控温效果。 目前空调常用的变频压缩机多数为永磁同步电机。因为永磁同步电机本身具备维护方便、可控性强、 受环境影响小、具有高功率因数等诸多优点 [1]。目前常用的变频压缩机多为铁氧体永磁体和稀土永磁体。由 ——02—— 于单转子压缩机成本最低, 工艺简单, 因此家庭卧室内用的小型壁挂式分体变频空调器所使用的压缩机多数 为单转子压缩机。但单转子压缩机由于结构上的特点,运行时负荷转矩不稳定,导致振动较大,特别是运行 在 40HZ 以下的低频,需要对转矩进行补偿,降低噪音。 图 1-1 不同工况下负载转矩波形 为了降低单转子永磁同步压缩机振动,Kwan-Yuhl Cho [2]针对单转子压缩机提出了基于前馈补偿的控制 策略,但是该控制策略是基于固定的负载进行固定幅度的补偿,若压缩机负载变化如图 1-1 所示仍然会产 生很大的振动。卓森庆等 [3]针对单转子压缩机根据负载转矩变化提出“基于模糊控制的自动前馈转矩补偿” 的控制策略,由此控制 d 轴电流为零,并将电机 q 轴直流电流波动分解成正弦分量和余弦分量,并用 E 表 示正弦分量或余弦分量,用 Ec 表示正弦分量变化率或余弦分量变化率,利用模糊控制策略进行反馈控制。 但正弦分量和余弦分量是耦合分量,而文中并未对正弦分量和余弦分量解耦,无法消除耦合误差,因此也 无法对压缩机转矩进行精确的补偿。黄辉等 [4]设计转矩自动补偿器模型对转矩进行前馈控制,但为了保证估 算负载曲线的平滑性,必须对采样时间进行优化处理,存在滞后效应,所以其实际实验结构仅仅将压缩机 的转速波动由 90r/min 减小到 30r/min,不够精确。 因此,本文在考虑上述不足,从压缩机工作时的负荷转矩特点入手分析,根据负荷转矩变化特点进行 前馈补偿,并根据补偿后的结果进行自动模糊控制,实现补偿在线调整,从而克服以上缺点和不足,提高 补偿精度。 2 PMSMPMSM 电机模型电机模型 PMSM 是从传统的电励转子的同步伺服电机发展而来,PMSM 的定子由三相绕组及铁心构成,而通常以 Y 型 连接,构成对称、均匀的电枢绕组,可以产生正弦的感应电势波形,转子使用强抗退磁的永磁体,如稀土类 的铷铁硼或铁氧体,从而省去了励磁绕组、集电环和电刷。在建立数学模型之前,先做如下假设 [5]: (1) 忽略铁心
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