轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能在單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)中的應(yīng)用

作者　劉意 貝能?chē)?guó)際有限公司(上海 200233)

劉意(1987-)，男，研究方向：家電及電機(jī)控制，變頻壓縮機(jī)控制器設(shè)計(jì)。

摘要：本文通過(guò)單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)下的對(duì)比試驗(yàn)，探討了轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償對(duì)壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)在IRMCF171芯片電機(jī)控制算法中加入低速轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，能夠有效地抑制轉(zhuǎn)速波動(dòng)，避免壓縮機(jī)電機(jī)失步停機(jī)，同時(shí)減小噪音和振動(dòng)。單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在空調(diào)應(yīng)用中加入轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能后能夠給用戶(hù)提供舒適靜音的環(huán)境。

引言

　　當(dāng)空調(diào)單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)運(yùn)行速度較低時(shí)，因?yàn)閴嚎s機(jī)轉(zhuǎn)一周是一個(gè)吸氣-壓縮-排氣的過(guò)程，在一個(gè)機(jī)械周期內(nèi)負(fù)載力矩有一個(gè)很大幅度的變化。并且速度環(huán)(PI調(diào)節(jié)器)的延遲將導(dǎo)致輸出速度變化。這些因素會(huì)讓系統(tǒng)產(chǎn)生機(jī)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(zhuǎn)矩參考回路，用來(lái)補(bǔ)償負(fù)載力矩的變化。

1 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償原理

　　關(guān)于IRMCF171轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能應(yīng)用層的設(shè)計(jì)，基本思路是先從電氣周期推算出機(jī)械周期。一旦機(jī)械周期確定，就可以根據(jù)壓縮機(jī)吸排氣過(guò)程中負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化曲線類(lèi)似于正弦曲線的特點(diǎn)，將一個(gè)模擬負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的補(bǔ)償曲線添加到參考轉(zhuǎn)矩給定中，如圖1所示。

2 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償算法實(shí)現(xiàn)

　　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(duì)電角度微分檢測(cè)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(jī)械周期開(kāi)始產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖 。如果是兩對(duì)極電機(jī)，每?jī)蓚€(gè)電周期脈沖產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖。三對(duì)極電機(jī)則是每三個(gè)電周期脈沖產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖。根據(jù)對(duì)前后兩次速度誤差的比較，區(qū)分高轉(zhuǎn)矩段和低轉(zhuǎn)矩段。單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)每個(gè)機(jī)械周期的吸排氣過(guò)程由此兩段組成，所以可以根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)確定機(jī)械周期的起始時(shí)刻。

　　在IRMCF171電機(jī)控制算法中將兩個(gè)電角度周期(針對(duì)兩對(duì)極電機(jī))合并，給定0~4096對(duì)應(yīng)一周機(jī)械角度。并通過(guò)矢量旋轉(zhuǎn)，在每個(gè)機(jī)械周期內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)初始相位可調(diào)的、幅值可調(diào)的、正弦變化的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償信號(hào)(單轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)每個(gè)機(jī)械周期內(nèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化近似一個(gè)正弦曲線)。初始相位取值0~4096對(duì)應(yīng)0-360度機(jī)械角度;轉(zhuǎn)矩幅值取值0-4096對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩電流給定，4096對(duì)應(yīng)電機(jī)額定電流峰值。

　　轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能使用(寄存器配置)：

　　1)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償使能zzcountenable：1為啟動(dòng)補(bǔ)償功能，0為停止補(bǔ)償功能;

　　2)初始相位zzangleoffset：設(shè)定正弦補(bǔ)償信號(hào)初始角度，取值0~4095對(duì)應(yīng)0~360度機(jī)械角度;

　　3)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩幅值z(mì)zmagnitude：設(shè)定正弦補(bǔ)償信號(hào)強(qiáng)度，取值0~4095對(duì)應(yīng)電機(jī)額定電流峰值。

　　轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償初始相位和幅值可通過(guò)試驗(yàn)得到最佳振動(dòng)抑制效果。調(diào)試中先加一個(gè)較小的補(bǔ)償幅值，再調(diào)整初始相位，通過(guò)使用MCEDesigner的波形跟蹤功能來(lái)監(jiān)視速度反饋，觀察補(bǔ)償效果。確定一個(gè)補(bǔ)償效果較好的初始相位，然后慢慢增加補(bǔ)償幅值觀察最終效果。調(diào)試過(guò)程中要保持壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和吸排氣壓差的穩(wěn)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

　　從600~2310RPM選取了數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)，增加轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)得到明顯抑制，特別是900RPM以下的轉(zhuǎn)速，不加轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大，在±300RPM左右。

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

　　由圖2可知，在2000RPM轉(zhuǎn)速以上，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，在低于1200RPM轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯增大，增加轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后，速度波動(dòng)有所改善。

　　壓縮機(jī)在1350RPM轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償對(duì)振動(dòng)影響如表3所示。

　　增加轉(zhuǎn)矩補(bǔ)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(zhuǎn)矩補(bǔ)償后，二次側(cè)的能效比明顯降低，比沒(méi)有補(bǔ)償?shù)臈l件下COP低3%左右。

4 結(jié)論

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

　　參考文獻(xiàn):

　　[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(jī)最大力矩對(duì)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)性能的影響[J].中國(guó)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。