轉矩補償功能在單轉子壓縮機中的應用

2020-11-23 電子產品世界

編者按：本文通過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，通過在IRMCF171晶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，避免壓縮機電機失步停機，同時減小噪音和振動。單轉子壓縮機在空調應用中加入轉矩補償功能後能夠給用戶提供舒適靜音的環境。

作者　劉意 貝能國際有限公司(上海 200233)

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201707/362280.htm

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，通過在IRMCF171晶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，避免壓縮機電機失步停機，同時減小噪音和振動。單轉子壓縮機在空調應用中加入轉矩補償功能後能夠給用戶提供舒適靜音的環境。

引言

　　當空調單轉子壓縮機運行速度較低時，因為壓縮機轉一周是一個吸氣-壓縮-排氣的過程，在一個機械周期內負載力矩有一個很大幅度的變化。並且速度環(PI調節器)的延遲將導致輸出速度變化。這些因素會讓系統產生機械振動和噪聲。為了解決這個問題，我們可以添加一個前饋轉矩參考迴路，用來補償負載力矩的變化。

1 轉矩補償原理

　　關於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程中負載轉矩變化曲線類似於正弦曲線的特點，將一個模擬負載轉矩變化的補償曲線添加到參考轉矩給定中，如圖1所示。

2 轉矩補償算法實現

　　在每個電周期開始產生一個觸發脈衝，通過對電角度微分檢測出每個電周期起始時刻，同時發送觸發脈衝。這部分的作用是在每個機械周期開始產生一個觸發脈衝 。如果是兩對極電機，每兩個電周期脈衝產生一個觸發脈衝。三對極電機則是每三個電周期脈衝產生一個觸發脈衝。根據對前後兩次速度誤差的比較，區分高轉矩段和低轉矩段。單轉子壓縮機每個機械周期的吸排氣過程由此兩段組成，所以可以根據這個特點確定機械周期的起始時刻。

　　在IRMCF171電機控制算法中將兩個電角度周期(針對兩對極電機)合併，給定0~4096對應一周機械角度。並通過矢量旋轉，在每個機械周期內產生一個初始相位可調的、幅值可調的、正弦變化的轉矩補償信號(單轉子壓縮機每個機械周期內負載轉矩變化近似一個正弦曲線)。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試驗得到最佳振動抑制效果。調試中先加一個較小的補償幅值，再調整初始相位，通過使用MCEDesigner的波形跟蹤功能來監視速度反饋，觀察補償效果。確定一個補償效果較好的初始相位，然後慢慢增加補償幅值觀察最終效果。調試過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選取了數個轉速進行試驗，增加轉矩補償後，轉矩波動得到明顯抑制，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，在低於1200RPM轉速後，轉速波動明顯增大，增加轉矩補償後，速度波動有所改善。

　　壓縮機在1350RPM轉速下轉矩補償對振動影響如表3所示。

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

　　由圖3可知，增加轉矩補償後，二次側的能效比明顯降低，比沒有補償的條件下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、振動及噪音，但補償電流的加入會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].中國家用電器技術大會，2008.

　　本文來源於《電子產品世界》2017年第8期第70頁，歡迎您寫論文時引用，並註明出處。

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