專利名稱：用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的裝置及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的裝置及其驅(qū)動方法，尤其涉及一種在以恒 定速度驅(qū)動馬達時減少速度波動(speed ripple)的用于驅(qū)動馬達的裝置及其驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
通常，空調(diào)可以被布置在房間、起居室、辦公室、商店等的任何室內(nèi)空間或墻上以 調(diào)節(jié)溫度、濕度、清潔度以及室內(nèi)空氣的流動，從而能夠維持每個室內(nèi)空間中舒適的室內(nèi)環(huán)境。通常，空調(diào)被分類成整體式空調(diào)和分體式空調(diào)。整體式空調(diào)與分體式空調(diào)具有相 同的功能。然而，二者之間有些差別。即，整體式空調(diào)將制冷功能和散熱功能并入一個結(jié)構(gòu) 中，并通過在墻上形成的孔直接安裝到墻上或者被直接懸掛在窗口上。分體式空調(diào)包括室 內(nèi)單元，被安裝在室內(nèi)以制熱/制冷室內(nèi)空氣；以及室外單元，被安裝在室外以執(zhí)行散熱功 能和壓縮功能。室內(nèi)單元和室外單元通過制冷劑管相互連接。另一方面，馬達被用于空調(diào)的壓縮機、風(fēng)扇等，并且用于驅(qū)動馬達的驅(qū)動設(shè)備 (艮P，馬達驅(qū)動設(shè)備)也被用于空調(diào)。馬達驅(qū)動設(shè)備接收商用AC電源作為輸入，將商用AC 電源轉(zhuǎn)換成DC電壓，將DC電壓轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定頻率的其他商用AC電源，并且將其他商用 AC電源提供給馬達，從而使得能夠驅(qū)動空調(diào)的壓縮機、風(fēng)扇等。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明致力于一種用于驅(qū)動在空調(diào)中使用的馬達的裝置和方法，其基本上 消除了由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺點而引起的一個或多個問題。因此，鑒于上述問題，提出本發(fā)明，且本發(fā)明的一個目的是提供一種用于驅(qū)動空調(diào) 的壓縮機的裝置，從而將用于驅(qū)動壓縮機的馬達的速度波動最小化。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于驅(qū)動在空調(diào)中使用的馬達的裝置，從而減小 恒定速度操作期間的速度波動。本發(fā)明的又一個目的是提供一種用于驅(qū)動在空調(diào)中使用的馬達的裝置，從而在恒 定速度操作期間計算最佳負(fù)載模式表。本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于驅(qū)動在空調(diào)中使用的馬達的裝置，從而在恒 定速度操作期間正確地計算出最大速度機械角度。根據(jù)本發(fā)明的一方案，通過提供一種用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的方法實現(xiàn)上述和其它目的，該方法包括如下步驟響應(yīng)于預(yù)定速度命令來驅(qū)動所述馬達；響應(yīng)于所述速度命令 或與所述速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度，順序地檢測第一和第二機械角度；基于檢測 到的第一和第二機械角度，計算與所述馬達的最大速度波動對應(yīng)的最大速度機械角度；以 及基于計算出的最大速度機械角度，補償所述馬達的負(fù)載扭矩。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種用于驅(qū)動在空調(diào)中使用的馬達的裝置，包括馬 達；逆變器，包括多個開關(guān)元件(switching element)，通過所述開關(guān)元件的開關(guān)操作輸出 具有預(yù)定頻率和預(yù)定大小的AC電源，并且驅(qū)動所述馬達；以及控制器，配置為響應(yīng)于預(yù)定 速度命令來驅(qū)動所述馬達；響應(yīng)于所述速度命令或與所述速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速 度，順序地檢測第一和第二機械角度；基于檢測到的第一和第二機械角度，計算與所述馬達 的最大速度波動對應(yīng)的最大速度機械角度；以及基于計算出的最大速度機械角度，補償所 述馬達的負(fù)載扭矩。


根據(jù)結(jié)合附圖的下述具體說明，將會更加清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、 特征以及其他優(yōu)點，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的空調(diào)的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的裝置的電路圖。圖3是示出圖2所示的控制器的內(nèi)部組成元件的方框圖。圖4中的(a)和(b)是示出負(fù)載扭矩隨著馬達速度變化的曲線圖。圖5中的(a)至(d)是示出本發(fā)明的實施例的性能的曲線圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于驅(qū)動馬達的方法的流程圖。圖7和圖8是示出圖6所示的馬達驅(qū)動方法的曲線圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的方法的流程圖。圖10是示出用于計算圖9所示的最大速度機械角度的方法的流程圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的方法的流程圖。圖12和圖13示出圖11所示的驅(qū)動方法。
具體實施例方式現(xiàn)在將具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，優(yōu)選實施例的實例在附圖中示出。在可能 的情況下，在全部附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或相似的部件。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的空調(diào)的示意圖。參照圖1，空調(diào)50通常被分成室內(nèi)單元I和室外單元0。室外單元0可以包括壓縮機2，用于壓縮制冷劑；壓縮機驅(qū)動單元2b，用于驅(qū)動 壓縮機2 ；室外熱交換器4，用于使經(jīng)壓縮的制冷劑散熱；室外通風(fēng)機5，不僅包括設(shè)置在室 外熱交換器4的一側(cè)以加速制冷劑的散熱的室內(nèi)風(fēng)扇51，而且還包括用于使室外風(fēng)扇5a 旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動單元5b ；膨脹閥6，用于使冷凝的制冷劑膨脹；制冷/制熱切換閥10，用于切換 經(jīng)壓縮的制冷劑的流路；收集器3，用于臨時存儲氣態(tài)制冷劑，從氣態(tài)制冷劑去除濕氣和雜 質(zhì)，并且將具有恒定壓力的制冷劑傳送到壓縮機2，等等。室內(nèi)單元I可以包括室內(nèi)熱交換器8、室內(nèi)通風(fēng)機9等等。室內(nèi)熱交換器8被安裝在室內(nèi)以執(zhí)行制熱/制冷功能。室內(nèi)通風(fēng)機9不僅包括安裝在室內(nèi)熱交換器8的一側(cè)以加 速制冷劑的散熱的室內(nèi)風(fēng)扇9a，而且還包括用于使該室內(nèi)風(fēng)扇9a旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動單元％?？梢允褂靡粋€或多個室內(nèi)熱交換器。壓縮機2可以是逆變器壓縮機或恒定速度壓 縮機中的至少之一。此外，如有必要，空調(diào)50可以配置為用于冷卻室內(nèi)空氣的制冷設(shè)備，或者還可以 被配置為冷卻或加熱室內(nèi)空氣的熱泵(heat-pump)。另一方面，根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于驅(qū)動空調(diào)的壓縮機的裝置可以是用于操作 空調(diào)的壓縮機2的各個驅(qū)動單元2b，如圖1所示。同時，雖然圖1示出了 一個室內(nèi)單元I和一個室外單元0，但是根據(jù)本發(fā)明的實施 例的用于驅(qū)動空調(diào)的壓縮機的裝置不僅限于此，在不脫離本發(fā)明的原理和構(gòu)思的條件下， 不僅可以被應(yīng)用到包括多個室內(nèi)單元和多個室外單元的復(fù)式空調(diào)，而且還可以被應(yīng)用到包 括一個室內(nèi)單元和多個室外單元的另一種空調(diào)。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于驅(qū)動空調(diào)的壓縮機的裝置的電路圖。參照圖2，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于驅(qū)動空調(diào)的壓縮機的裝置可以包括用于 操作如前面所述的壓縮機的馬達。特別地，壓縮機驅(qū)動裝置可以是取決于負(fù)載的壓縮機 (load-dependent compressor)，其操作變化受負(fù)載類型的影響非常大，例如單旋轉(zhuǎn)式壓縮 機(single-rotary-type compressor)。雖然可以不受任何限制地將各種壓縮機應(yīng)用到本 發(fā)明，但是為了便于說明和更好地理解本發(fā)明，在下文中將利用單旋轉(zhuǎn)式壓縮機作為實例 來具體描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于驅(qū)動壓縮機的裝置。參照圖2，驅(qū)動裝置200可以包括轉(zhuǎn)換器210、逆變器220、控制器230、輸入電流 檢測單元A和輸出電流檢測器(E)。此外，必要時用于驅(qū)動馬達的裝置200還可以包括電容 器C、DC端電壓檢測器B等等。電抗器L可以位于商用AC電源205與轉(zhuǎn)換器210之間，使得該電抗器L執(zhí)行功率 因數(shù)校正或升高電壓(升壓(boost))操作。此外，電抗器L還可以限制由轉(zhuǎn)換器210的高 速切換而引起的諧波電流。輸入電流檢測器A可以檢測從商用AC電源205接收的輸入電流(is)。為了檢測輸 入電流(is)，可以使用電流傳感器、電流變壓器(CT)、分流電阻器(shunt resistor)等。檢 測到的輸入電流(is)是脈沖形離散信號，并且可以輸入到控制器230以估計輸入電壓(vs) 以及生成轉(zhuǎn)換器切換控制信號(Scc)。轉(zhuǎn)換器210可以將經(jīng)過電抗器L的商用AC電源205轉(zhuǎn)換成DC電源，并且輸出該 DC電源。雖然圖2的商用AC電源205以單相AC電源示出，但是應(yīng)當(dāng)注意，必要時商用AC 電源205也可以是三相AC電源?？梢愿鶕?jù)商用AC電源205的類型改變轉(zhuǎn)換器210的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)。例如，假設(shè)商用AC電源205是單相AC電源，則可以采用2個開關(guān)元件和4個二極管 相互連接的半橋轉(zhuǎn)換器。假設(shè)商用AC電源205是三相AC電源，則可以采用6個開關(guān)元件 和6個二極管。轉(zhuǎn)換器210可以包括一個或多個開關(guān)元件，使得其能夠通過開關(guān)元件的開關(guān)操作 執(zhí)行升壓操作、功率因數(shù)提高以及DC電源轉(zhuǎn)換。同時，轉(zhuǎn)換器210由二極管等組成，使得其 也可以在沒有任何額外的切換操作的情況下執(zhí)行整流操作(rectifying operation)。電容器C可以連接到轉(zhuǎn)換器210的輸出端。電容器C使從轉(zhuǎn)換器210輸出的經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC電源平滑。為了便于說明，在下文中將轉(zhuǎn)換器210的輸出端稱為DC端或DC鏈端。 將在DC端中平滑的DC電壓輸入到逆變器220。DC端電壓檢測器B可以檢測電容器C兩端的DC端電壓(Vdc)。為了進行這種操 作，DC端電壓檢測器B可以包括電阻器、放大器等。檢測到的DC端電壓(Vdc)是脈沖形離 散信號，并且可以輸入到控制器230以估計輸入電壓(vs)以及生成轉(zhuǎn)換器切換控制信號 (Scc) ο逆變器220可以包括多個逆變器開關(guān)元件，將通過所述開關(guān)元件的打開/關(guān)閉操 作而平滑的DC電源轉(zhuǎn)換成三相AC電源，并且將由此產(chǎn)生的三相AC電源輸出到三相馬達 250。逆變器220可以包括上臂開關(guān)元件(Sa、Sb、Sc)和下臂開關(guān)元件(S’a、S’b、S’c)。 更具體地，逆變器220包括總共三對上臂和下臂開關(guān)元件(Sa&S，a、Sb&S，b、Sc&S，c)，其 中，這三對開關(guān)元件(Sa&S，a、Sb&S，b、Sc&S，c)相互并聯(lián)。另外，一個上臂開關(guān)元件(Sa、 Sb或Sc)串接到一個下臂開關(guān)元件(S’ a、S’ b或S’ c)，從而形成一對上臂和下臂開關(guān)元 件(Sa&S，a、Sb&S，b或Sc&S，c)。將一個二極管逆向并聯(lián)到一個開關(guān)元件(Sa、S，a、Sb、 S，b.Sc 或 S，c)。包含于逆變器220中的開關(guān)元件從控制器230接收逆變器開關(guān)控制信號(Sic)，使 得各個開關(guān)元件的打開/關(guān)閉操作基于該逆變器開關(guān)控制信號(Sic)執(zhí)行。因此，將具有 預(yù)定頻率的三相AC電源輸出到三相馬達250。輸出電流檢測器(E)可以檢測在逆變器220與三相馬達250之間流動的輸出電流 (i。)。換言之，輸出電流檢測器(E)檢測在馬達250中流動的電流。輸出電流檢測器E可 以檢測各個相位的所有輸出電流，或者也可以使用三相平衡來檢測單相或兩相輸出電流。輸出電流檢測器(E)可以位于逆變器220與馬達250之間。為了進行電流檢測， 可以將電流傳感器、電流變壓器(CT)、分流電阻器等用作該輸出電流檢測器(E)。例如，可 以將分流電阻器的一個端連接到逆變器220的三個下臂開關(guān)元件(S' a、S' b、S' c)中 的每一個。檢測到的輸出電流(i。)是脈沖形離散信號，可以被應(yīng)用到控制器230，并且可以用 于基于檢測到的輸出電流(i。)來估計輸入電流。此外，檢測到的輸出電流(i。)可以用于生 成逆變器開關(guān)控制信號(Sic)?？刂破?30可以基于通過輸出電流檢測器(E)檢測的輸出電流(i。)來估計馬達 250的位置(S卩，馬達250的轉(zhuǎn)子位置)，并且也可以計算馬達250的旋轉(zhuǎn)速度?；隈R達250 的估計位置和旋轉(zhuǎn)速度，控制器230響應(yīng)于速度命令執(zhí)行各種控制操作以驅(qū)動馬達250，生 成脈寬調(diào)制逆變器開關(guān)控制信號(Sic)，并且輸出由此產(chǎn)生的逆變器開關(guān)控制信號(Sic)。這樣，在不使用額外的馬達位置檢測器元件等的條件下，將上述控制操作(用于 檢測輸出電流、響應(yīng)于輸出電流估計馬達250的位置和速度、并且響應(yīng)于速度命令執(zhí)行引 起估計速度改變的反饋控制)稱為“基于無傳感器算法的控制”。這種基于無傳感器算法的 控制在馬達250的初始驅(qū)動期間不執(zhí)行，而是在馬達250的旋轉(zhuǎn)速度等于或高于預(yù)定值時 可以開始操作。同時，與本發(fā)明的實施例有關(guān)地，控制器230響應(yīng)于預(yù)定的速度命令控制要被驅(qū) 動的馬達250。通過無傳感器算法(即，通過馬達250的輸出電流(i。))，控制器230響應(yīng)于速度命令或者與速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度順序地檢測第一機械角度和第二機 械角度，并且響應(yīng)于檢測到的第一和第二機械角度計算最大速度機械角度?？刂破?30響 應(yīng)于最大速度機械角度從計算出的多個負(fù)載扭矩模式之中選擇引起最小速度波動的最佳 負(fù)載模式表?？刂破?30可以響應(yīng)于所選的最佳負(fù)載模式表來補償馬達250的負(fù)載扭矩。因此， 在馬達250的恒定速度操作期間，能夠簡單且顯著地減小由負(fù)載扭矩引起的速度波動。另一方面，控制器230還可以確定上述檢測到的第一和第二機械角度是否在正常 范圍之內(nèi)。如果第一和第二機械角度不在正常范圍之內(nèi)，則控制器230校正第一或第二機 械角度至少其中之一，并且基于第一和第二機械角度以預(yù)定速度或小于預(yù)定速度的速度計 算最大速度機械角度。例如，控制器230基于馬達250的輸出電流(i。)估計轉(zhuǎn)子的位置，使得其順序地 檢測馬達250的第一和第二機械角度。此外，借助于順序地檢測到的第一和第二機械角度， 控制器230計算與馬達250的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度。在這種情況下， 可以使用第一和第二機械角度的平均值計算最大速度機械角度。同時，假設(shè)順序地檢測到 的第一和第二機械角度不是有序的(sequential)(即，假設(shè)第一機械角度高于第二機械角 度)，則優(yōu)選地，以第二機械角度變得高于第一機械角度的方式補償?shù)谝粰C械角度。稍后將 參照圖3描述其具體說明。同時，與本發(fā)明的實施例有關(guān)地，控制器230響應(yīng)于預(yù)定速度命令控制要被驅(qū)動 的馬達250。通過無傳感器算法(即，通過馬達250的輸出電流(i。))，控制器230響應(yīng)于 速度命令或者與速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度順序地檢測第一機械角度和第二機械 角度，并且確定檢測到的第一和第二機械角度是否在正常范圍之內(nèi)。如果檢測到的第一和 第二機械角度不在正常范圍之內(nèi)，則控制器230校正第一或第二機械角度至少其中之一， 并且基于由此產(chǎn)生的第一和第二機械角度以預(yù)定速度或小于預(yù)定速度的速度計算最大速 度機械角度。此外，為了去除馬達250(用于驅(qū)動操作范圍受負(fù)載影響非常大的壓縮機)的負(fù)載 扭矩分量，控制器230可以使用基于計算出的最大速度機械角度形成的預(yù)定負(fù)載扭矩模式 來補償馬達250的負(fù)載扭矩。例如，控制器230基于馬達250的輸出電流(i。)估計轉(zhuǎn)子的位置，使得其順序地 檢測馬達250的第一和第二機械角度。此外，借助于順序地檢測到的第一和第二機械角度， 控制器230計算與馬達250的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度。在這種情況下， 可以使用第一和第二機械角度的平均值計算最大速度機械角度。同時，假設(shè)順序地檢測到 的第一和第二機械角度不是有序的(即，假設(shè)第一機械角度高于第二機械角度)，優(yōu)選地， 以第二機械角度變得高于第一機械角度的方式補償?shù)谝粰C械角度。同時，與本發(fā)明的實施例有關(guān)地，控制器230響應(yīng)于預(yù)定速度命令控制要被驅(qū)動 的馬達250。通過無傳感器算法(即，通過馬達250的輸出電流(i。))，控制器230響應(yīng)于 速度命令或者與速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度順序地檢測第一機械角度和第二機械 角度，并且響應(yīng)于檢測到的第一和第二機械角度計算最大速度機械角度?？刂破?30可以響應(yīng)于計算出的最大速度機械角度來計算用于應(yīng)用到負(fù)載模式 表的模式匹配角度。具體而言，控制器230利用最大速度機械角度和預(yù)定匹配角度來計算引起最小速度波動的模式匹配補償角度，并且響應(yīng)于預(yù)定模式匹配角度和模式匹配補償角 度來計算最終的模式匹配角度。因此，能夠減少由負(fù)載扭矩引起的速度波動。如果由于壓 縮機與馬達250之間的裝配誤差而增加了速度波動，則控制器230使用模式匹配補償角度， 從而使得速度波動顯著地減小。另一方面，控制器230可以控制逆變器220的開關(guān)操作。為了進行這種操作，控 制器230接收由輸出電流檢測器(E)檢測到的輸出電流(i。)，生成逆變器開關(guān)控制信號 (Sic)，并且將其輸出到逆變器220。逆變器開關(guān)控制信號(Sic)可以是用于脈寬調(diào)制(PWM) 的開關(guān)控制信號。在下文中將參照圖3描述控制器230輸出的逆變器開關(guān)控制信號(Sic) 的具體說明。同時，控制器230也可以執(zhí)行轉(zhuǎn)換器210的切換操作。為了進行這種操作，控制器 230接收由DC端電壓檢測器(B)檢測到的DC端電壓(Vdc)作為輸入，生成轉(zhuǎn)換器切換控制 信號(Scc)，并且將其輸出到轉(zhuǎn)換器210。轉(zhuǎn)換器切換控制信號(Scc)可以是PWM切換控制信號。三相馬達250包括定子和轉(zhuǎn)子。具有預(yù)定頻率的每個相位的AC電源被應(yīng)用到 每個相位的定子線圈，從而使得轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)?？梢允褂酶鞣N類型的馬達250，例如，無刷 DC(BLDC)馬達，同步磁阻馬達(synRM)等。三相馬達250可以是在空調(diào)的壓縮機中使用的馬達。具體而言，三相馬達250可 以是引起嚴(yán)重的負(fù)載變化的單旋轉(zhuǎn)式壓縮機。同時，控制器230可以是室外單元控制器(在下文中稱為室外控制器)，并且還可 以與室內(nèi)單元控制器(在下文中稱為室內(nèi)控制器)通信，其中，該室內(nèi)單元控制器必要時能 夠被獨立地安裝在室內(nèi)單元中。室外控制器通過與室內(nèi)控制器通信來接收操作命令，并且 基于接收到的操作命令決定速度命令值。稍后將描述速度命令值的具體說明。此外，空調(diào)的馬達驅(qū)動裝置200的控制器230可以同時控制用于在室外單元中使 用的風(fēng)扇的馬達以及用于壓縮機的馬達250 二者。圖3是示出圖2所示的控制器的內(nèi)部組成元件的方框圖。參照圖3，控制器230還可以包括估計單元305、電流命令發(fā)生器310、電壓命令 發(fā)生器320、扭矩補償單元325以及切換控制信號輸出單元330。另一方面，雖然圖3未示出，但是控制器230還可以包括軸轉(zhuǎn)換器 (axisconverter)，該軸轉(zhuǎn)換器用于將三相輸出電流(ij轉(zhuǎn)換成d_軸或q-軸電流，或?qū)?d-軸或q_軸電流轉(zhuǎn)換成三相輸出電流(i。)。估計單元305基于檢測到的輸出電流(i。)估計馬達的速度(ν)。例如，將馬達250 的機械方程式與電氣方程式相比較，從而使得估計單元305能夠估計馬達的速度(ν)。此外，估計單元305也可以基于檢測到的輸出電流(i。)估計轉(zhuǎn)子的位置。估計單 元305能夠通過轉(zhuǎn)子位置估計馬達250的電或者機械角度。通常，機械角度與電角度之間 的關(guān)系由下述方程式1表示。[方程式1]
極數(shù)
在方程式1中，θ ^是機械角度，而θ e是電角度。例如，如果馬達250的極數(shù)是 6，則提供由“ θ Me = 3 θ e”表示的關(guān)系。如果馬達250的極數(shù)是4，則提供由“ θ Me = 2 θ /， 表示的關(guān)系。S卩，如果馬達250的極數(shù)是6，則在360°的機械角度(θ J中出現(xiàn)3個電角度 (3 θ e)，其中每一個電角度均具有120°的角度。如果馬達250的極數(shù)是4，則在360°的機 械角度(θ J中出現(xiàn)2個電角度(3 θ e)，其中每一個電角度均具有180°的角度。電流命令發(fā)生器310基于估計速度(ν)和速度命令值(/)生成電流命令值(i*d 和i*q)。例如，電流命令發(fā)生器310基于估計速度(ν)和速度命令值(/)之差執(zhí)行比例 積分(PI)控制，使得其能夠生成電流命令值(i*d和i*q)。為了進行這種操作，電流命令 發(fā)生器310可以包括PI控制器(未示出)。同樣，電流命令發(fā)生器310還可以包括限幅器 (Iimiter)(未示出)，該限幅器防止每個電流命令值(i*d或i*q)的大小超過允許范圍。電壓命令發(fā)生器320基于檢測到的輸出電流(i。)和計算出的電流命令值(i*d和 i*q)生成電壓命令值(v*d和v*q)。例如，電壓命令發(fā)生器320基于檢測到的輸出電流(i。) 和計算出的電流命令值(i*d和i*q)之差執(zhí)行PI控制，使得其能夠生成電壓命令值(v*d 和v*q)。為了進行這種操作，電壓命令發(fā)生器320可以包括PI控制器(未示出)。同樣， 電壓命令發(fā)生器320還可以包括限幅器(未示出)，用于使每個電壓命令值(v*d或v*q)的 大小不超過允許范圍。扭矩補償單元325響應(yīng)于速度命令或者與速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度順 序地檢測第一機械角度(θ Mel)和第二機械角度(θ Me2)，并且響應(yīng)于檢測到的第一和第二機 械角度計算最大速度機械角度(ΘΜ)?？刂破?30響應(yīng)于最大速度機械角度從多個負(fù)載扭 矩模式之中選擇引起最小速度波動的最佳負(fù)載模式表。另一方面，扭矩補償單元325將第一機械角度(θ Mel)與第二機械角度(θ Me2)比 較。如果第一機械角度(θ MJ高于第二機械角度(θ Μ )，則扭矩補償單元325可以補償?shù)?一或第二機械角度(θ-和 θΜ )至少其中之一，并且也可以基于補償?shù)臋C械角度計算與 最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度(θ Μ)。如上所述，扭矩補償單元325在恒定速度 操作期間確定在順序地計算的多個機械角度中是否發(fā)生異常狀態(tài)，并且校正該異常狀態(tài)， 使得其能夠在恒定速度操作期間正確地計算出最大速度機械角度(θ Μ)。另一方面，扭矩補償單元325響應(yīng)于計算出的最大速度機械角度(ΘΜ)生成補償 電流命令值(i*c)，使得其能夠補償在恒定速度操作期間由負(fù)載扭矩引起的速度波動。例 如，在計算出的最大速度機械角度(ΘΜ)處的補償電流命令值(i*c)可以與最小值相對應(yīng)。因此，電流命令發(fā)生器310將電流命令值(i*d和i*q)加到前述補償電流命令值 (i*c)中，從而生成最終的電流命令值，并且輸出最終的電流命令值。因此，改變了用于補償 負(fù)載扭矩的電流命令，從而也改變了電壓命令(v*d和v*q)和開關(guān)控制信號輸出單元330 的輸出信號(Sic)。因此，可以將預(yù)定模式正確地應(yīng)用到負(fù)載扭矩補償，并且可以簡單且顯 著地減小在恒定速度操作期間由負(fù)載扭矩引起的速度波動。開關(guān)控制信號輸出單元330基于電壓命令值(v*d和v*q)生成用于逆變器220的 PWM開關(guān)控制信號(Sic)，并且將PWM開關(guān)控制信號(Sic)輸出到逆變器220。因此，包含于 逆變器220中的開關(guān)元件(Sa、S' a、Sb、S' b、Sc、S' c)執(zhí)行打開/關(guān)閉開關(guān)操作。圖4中的(a)和(b)是示出負(fù)載扭矩隨著馬達速度變化的曲線圖。
圖4中的(a)示出馬達250的旋轉(zhuǎn)速度。如圖5中的(a)所示，在初始驅(qū)動期間， 可以將馬達250的旋轉(zhuǎn)速度逐漸地增大到預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度，并且該預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度可以在指定 暫停頻率(halt frequency)處維持一段預(yù)定時間。在經(jīng)過這段預(yù)定時間之后，可以基于預(yù) 定旋轉(zhuǎn)速度再次增大馬達250的旋轉(zhuǎn)速度。例如，暫停頻率可以是35Hz。根據(jù)本發(fā)明的實施例，一旦在暫停頻率處接收到預(yù)定速度命令，如上所述，控制器 230就響應(yīng)于速度命令或者與速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度順序地檢測第一和第二機 械角度，并且正確地檢測第一和第二機械角度。圖4中的(b)示出在響應(yīng)于預(yù)定速度命令驅(qū)動馬達250時產(chǎn)生的速度波動。例 如，假定用“VI”來表示預(yù)定速度命令，則速度波動曲線示出了由前述估計單元305估計的 速度估計值(v*l)，并且可以響應(yīng)于360°的機械角度(θΜε)以周期性曲線(例如正弦波) 示出。在這種情況下，假定馬達250為單旋轉(zhuǎn)式壓縮機，則根據(jù)一個周期的吸入和排出， 可以由負(fù)載扭矩(TL)表示馬達250的負(fù)載。另一方面，在圖4中的(b)中，最大速度機械角度(ΘΜ)是與指定點(Vlp)(在此位 置，速度估計值(ν*1)達到最大速度估計值)相對應(yīng)的機械角度?？梢圆捎糜糜谟嬎阕畲笏?度機械角度(ΘΜ)的各種方法。例如，可以不僅使用與速度命令(vl)間隔預(yù)定范圍的兩個 基準(zhǔn)速度，而且還使用這兩個基準(zhǔn)速度的比例關(guān)系，來計算最大速度機械角度(ΘΜ)。作為 另一個實例，可以不僅使用速度命令(Vl)或與速度命令(vl)間隔預(yù)定范圍的一個基準(zhǔn)速 度，而且還使用比例關(guān)系(即最大速度機械角度(ΘΜ)與一個基準(zhǔn)速度的平均值)，來計算 最大速度機械角度(ΘΜ)。雖然本發(fā)明的實施例已經(jīng)示例性地描述使用平均值計算最大速 度機械角度(θ Μ)，但是本發(fā)明的范圍或構(gòu)思不僅限于此，必要時也可以應(yīng)用到其它實例。圖5中的(a)至(d)是示出本發(fā)明的實施例的性能的曲線圖。圖5中的(a)示出響應(yīng)于圖4中的(b)的機械角度的速度曲線。即，圖5中的(a) 示出使用速度命令(vl)和與速度命令(vl)間隔預(yù)定范圍的一個基準(zhǔn)速度(vrl)來計算最 大速度機械角度(θ M)的方法。Pl和Ρ2表示在估計速度(vl)曲線上與基準(zhǔn)速度(vrl)相 匹配的預(yù)定位置。同時，在估計速度(vl)曲線上，Pa是與第一基準(zhǔn)速度(vrl)相匹配的預(yù) 定位置，Pb是與第二基準(zhǔn)速度(vr2)相匹配的預(yù)定位置。圖5中的(b)示出Pl和P2處的第一和第二機械角度(θ al和θ a2)，其中Pl和 P2指示匹配于與速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度的位置。考慮到圖5中的(b)所示的第 一和第二機械角度(9al和9a2)的大小，可以容易地識別出第一和第二機械角度(θ al 和ea2)是順序地被檢測的。因此，可以由下述方程式2計算最大速度機械角度(ΘΜ)。[方程式2]
0093]
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的方法，包括如下步驟 響應(yīng)于預(yù)定速度命令來驅(qū)動所述馬達；響應(yīng)于所述速度命令或與所述速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度，順序地檢測第一機 械角度和第二機械角度；基于檢測到的第一機械角度和第二機械角度，計算與所述馬達的最大速度波動相對應(yīng) 的最大速度機械角度；以及基于計算出的最大速度機械角度，補償所述馬達的負(fù)載扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括響應(yīng)于所述最大速度機械角度，從多個負(fù)載扭 矩模式之中選擇引起最小速度波動的最佳負(fù)載模式表的步驟，并且其中，補償所述馬達的負(fù)載扭矩的步驟響應(yīng)于所選的負(fù)載模式表補償所述馬達的負(fù)載 扭矩，并且使用所補償?shù)呢?fù)載扭矩來驅(qū)動所述馬達。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括校正所述第一機械角度或第二機械角度的至 少其中之一的步驟，并且其中，計算所述最大速度機械角度的步驟基于所校正的第一機械角度或第二機械角度 的至少其中之一計算所述最大速度機械角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定第一機械角度是否高于第二機械角度的 步驟，并且，其中，如果所述第一機械角度高于所述第二機械角度，則計算所述最大速度機械角度 的步驟補償所述第一機械角度或第二機械角度的至少其中之一，并且基于所補償?shù)牡谝粰C 械角度或第二機械角度計算與所述馬達的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于所述最大速度機械角度計算模式匹配角 度的步驟，并且，其中，補償所述馬達的負(fù)載扭矩的步驟響應(yīng)于計算出的模式匹配角度補償所述馬達的 負(fù)載扭矩，并且使用所補償?shù)呢?fù)載扭矩驅(qū)動所述馬達。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，計算所述模式匹配角度的步驟包括如下步驟 使用所述最大速度機械角度和預(yù)定匹配角度計算引起最小速度波動的模式匹配補償角度；以及響應(yīng)于所述預(yù)定匹配角度和所述模式匹配補償角度計算最終的模式匹配角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括確定第一機械角度是否高于第二機械角度的 步驟，并且，其中，如果所述第一機械角度高于所述第二機械角度，則計算所述最大速度機械角度 的步驟補償所述第一機械角度或第二機械角度的至少其中之一，并且基于所補償?shù)牡谝粰C 械角度或第二機械角度計算與所述馬達的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，計算所述最大速度機械角度的步驟包括如下步驟如果檢測到的第一機械角度高于第二機械角度，則通過所補償?shù)牡谝粰C械角度和第二 機械角度的平均數(shù)計算所述最大速度機械角度；以及如果檢測到的第二機械角度高于第一機械角度，則通過檢測到的第一機械角度和第二 機械角度的平均數(shù)計算所述最大速度機械角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，計算所述最大速度機械角度的步驟包括如下步驟如果檢測到的第一機械角度高于第二機械角度并且所述第一機械角度與360°角之間 的差值小于所述第二機械角度，則補償所述第一機械角度；以及如果檢測到的第一機械角度高于第二機械角度并且所述第一機械角度與360°角之間 的差值高于所述第二機械角度，則補償所述第二機械角度。
10.一種用于驅(qū)動在空調(diào)中使用的馬達的裝置，包括 馬達；逆變器，包括多個開關(guān)元件，通過所述開關(guān)元件的開關(guān)操作輸出具有預(yù)定頻率和預(yù)定 大小的AC電源，并且驅(qū)動所述馬達；以及控制器，配置為響應(yīng)于預(yù)定速度命令來驅(qū)動所述馬達；響應(yīng)于所述速度命令或與所 述速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度，順序地檢測第一機械角度和第二機械角度；基于檢 測到的第一機械角度和第二機械角度，計算與所述馬達的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度 機械角度；以及基于計算出的最大速度機械角度，補償所述馬達的負(fù)載扭矩。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制器響應(yīng)于所述最大速度機械角度，從 多個負(fù)載扭矩模式之中選擇引起最小速度波動的最佳負(fù)載模式表，并且響應(yīng)于所選的負(fù)載 模式表補償所述馬達的負(fù)載扭矩，并且使用所補償?shù)呢?fù)載扭矩驅(qū)動所述馬達。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制器校正所述第一機械角度或第二機 械角度的至少其中之一，并且基于所校正的第一機械角度或第二機械角度的至少其中之一 計算所述最大速度機械角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制器確定第一機械角度是否高于第二 機械角度，如果所述第一機械角度高于所述第二機械角度，則補償所述第一機械角度或第 二機械角度的至少其中之一，并且基于所補償?shù)牡谝粰C械角度或第二機械角度，計算與所 述馬達的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制器基于所述最大速度機械角度計算 模式匹配角度，并且響應(yīng)于計算出的模式匹配角度補償所述馬達的負(fù)載扭矩，并且使用所 補償?shù)呢?fù)載扭矩驅(qū)動所述馬達。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述控制器包括估計單元，配置為基于所述馬達中流動的輸出電流估計所述馬達的速度； 扭矩補償單元，配置為基于由所述估計單元估計的馬達的機械角度計算最大速度機 械角度，響應(yīng)于所述最大速度機械角度從所述負(fù)載扭矩模式之中選擇引起最小速度波動的 最佳負(fù)載模式表，響應(yīng)于所選的負(fù)載模式表補償所述馬達的負(fù)載扭矩，并且生成補償電流 命令值；電流命令發(fā)生器，配置為基于所估計的速度和所述速度命令值生成電流命令值，使用 所述電流命令值和所補償電流命令值生成最終的電流命令值，并且輸出所述最終的電流命 令值；電壓命令發(fā)生器，配置為基于所述電流命令值和檢測到的輸出電流生成電壓命令值;以及開關(guān)控制信號輸出單元，配置為基于所述電壓命令值生成所述逆變器開關(guān)控制信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的裝置及方法。用于驅(qū)動空調(diào)的馬達的方法包括如下步驟響應(yīng)于預(yù)定速度命令來驅(qū)動所述馬達；響應(yīng)于所述速度命令或與所述速度命令間隔預(yù)定范圍的基準(zhǔn)速度，順序地檢測第一和第二機械角度；基于檢測到的第一和第二機械角度，計算與所述馬達的最大速度波動相對應(yīng)的最大速度機械角度；以及基于計算出的最大速度機械角度，補償所述馬達的負(fù)載扭矩。因此，減少了恒定速度操作期間的速度波動。
文檔編號H02P27/06GK101997479SQ201010251038
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者崔陽光, 洪暎昊, 金元錫 申請人:Lg電子株式會社