轉矩補償功能在單轉子壓縮機中的應用

作者　劉意 貝能?chē)H有限公司(上海 200233)

劉意(1987-)，男，研究方向：家電及電機控制，變頻壓縮機控制器設計。

摘要：本文通過(guò)單轉子壓縮機在低速運轉下的對比試驗，探討了轉矩補償對壓縮機低速運轉的影響。試驗結果表明，通過(guò)在IRMCF171芯片電機控制算法中加入低速轉矩補償功能，能夠有效地抑制轉速波動(dòng)，避免壓縮機電機失步停機，同時(shí)減小噪音和振動(dòng)。單轉子壓縮機在空調應用中加入轉矩補償功能后能夠給用戶(hù)提供舒適靜音的環(huán)境。

引言

　　當空調單轉子壓縮機運行速度較低時(shí)，因為壓縮機轉一周是一個(gè)吸氣-壓縮-排氣的過(guò)程，在一個(gè)機械周期內負載力矩有一個(gè)很大幅度的變化。并且速度環(huán)(PI調節器)的延遲將導致輸出速度變化。這些因素會(huì )讓系統產(chǎn)生機械振動(dòng)和噪聲。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以添加一個(gè)前饋轉矩參考回路，用來(lái)補償負載力矩的變化。

1 轉矩補償原理

　　關(guān)于IRMCF171轉矩補償功能應用層的設計，基本思路是先從電氣周期推算出機械周期。一旦機械周期確定，就可以根據壓縮機吸排氣過(guò)程中負載轉矩變化曲線(xiàn)類(lèi)似于正弦曲線(xiàn)的特點(diǎn)，將一個(gè)模擬負載轉矩變化的補償曲線(xiàn)添加到參考轉矩給定中，如圖1所示。

2 轉矩補償算法實(shí)現

　　在每個(gè)電周期開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，通過(guò)對電角度微分檢測出每個(gè)電周期起始時(shí)刻，同時(shí)發(fā)送觸發(fā)脈沖。這部分的作用是在每個(gè)機械周期開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖 。如果是兩對極電機，每?jì)蓚€(gè)電周期脈沖產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖。三對極電機則是每三個(gè)電周期脈沖產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖。根據對前后兩次速度誤差的比較，區分高轉矩段和低轉矩段。單轉子壓縮機每個(gè)機械周期的吸排氣過(guò)程由此兩段組成，所以可以根據這個(gè)特點(diǎn)確定機械周期的起始時(shí)刻。

　　在IRMCF171電機控制算法中將兩個(gè)電角度周期(針對兩對極電機)合并，給定0~4096對應一周機械角度。并通過(guò)矢量旋轉，在每個(gè)機械周期內產(chǎn)生一個(gè)初始相位可調的、幅值可調的、正弦變化的轉矩補償信號(單轉子壓縮機每個(gè)機械周期內負載轉矩變化近似一個(gè)正弦曲線(xiàn))。初始相位取值0~4096對應0-360度機械角度;轉矩幅值取值0-4096對應轉矩電流給定，4096對應電機額定電流峰值。

　　轉矩補償功能使用(寄存器配置)：

　　1)轉矩補償使能zzcountenable：1為啟動(dòng)補償功能，0為停止補償功能;

　　2)初始相位zzangleoffset：設定正弦補償信號初始角度，取值0~4095對應0~360度機械角度;

　　3)補償轉矩幅值zzmagnitude：設定正弦補償信號強度，取值0~4095對應電機額定電流峰值。

　　轉矩補償初始相位和幅值可通過(guò)試驗得到最佳振動(dòng)抑制效果。調試中先加一個(gè)較小的補償幅值，再調整初始相位，通過(guò)使用MCEDesigner的波形跟蹤功能來(lái)監視速度反饋，觀(guān)察補償效果。確定一個(gè)補償效果較好的初始相位，然后慢慢增加補償幅值觀(guān)察最終效果。調試過(guò)程中要保持壓縮機轉速和吸排氣壓差的穩定。

3 試驗結果驗證

　　從600~2310RPM選取了數個(gè)轉速進(jìn)行試驗，增加轉矩補償后，轉矩波動(dòng)得到明顯抑制，特別是900RPM以下的轉速，不加轉矩補償，轉速波動(dòng)很大，在±300RPM左右。

　　試驗數據如表1和表2所示。

　　由圖2可知，在2000RPM轉速以上，壓縮機運轉平穩，在低于1200RPM轉速后，轉速波動(dòng)明顯增大，增加轉矩補償后，速度波動(dòng)有所改善。

　　壓縮機在1350RPM轉速下轉矩補償對振動(dòng)影響如表3所示。

　　增加轉矩補償后，振動(dòng)得到了明顯的抑制，減少量基本在40%左右，效果明顯。

　　由圖3可知，增加轉矩補償后，二次側的能效比明顯降低，比沒(méi)有補償的條件下COP低3%左右。

4 結論

　　在單轉子壓縮機低速運行下增加轉矩補償能夠有效地抑制壓縮機的轉速波動(dòng)、振動(dòng)及噪音，但補償電流的加入會(huì )增加壓縮機的輸入功率，降低能效比。

　　參考文獻:

　　[1]Guozhu Liang.Torque compensation for single rotary compressor vibration reduction in low speed.2009.

　　[2]匡勇軍,王碩淵,樊兆迪.電機最大力矩對旋轉壓縮機性能的影響[J].中國家用電器技術(shù)大會(huì )，2008.

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第8期第70頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。