轉(zhuǎn)矩補償功能在單轉(zhuǎn)子壓縮機中的應(yīng)用

作者　劉意 貝能國際有限公司(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(shè)計。

摘要：本文通過單轉(zhuǎn)子壓縮機在低速運轉(zhuǎn)下的對比試驗，探討了轉(zhuǎn)矩補償對壓縮機低速運轉(zhuǎn)的影響。試驗結(jié)果表明，通過在IRMCF171芯片電機控制算法中加入低速轉(zhuǎn)矩補償功能，能夠有效地抑制轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子壓縮機在空調(diào)應(yīng)用中加入轉(zhuǎn)矩補償功能后能夠給用戶提供舒適靜音的環(huán)境。

引言

　　當(dāng)空調(diào)單轉(zhuǎn)子壓縮機運行速度較低時，因為壓縮機轉(zhuǎn)一周是一個吸氣-壓縮-排氣的過程，在一個機械周期內(nèi)負載力矩有一個很大幅度的變化。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。這些因素會讓系統(tǒng)產(chǎn)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(zhuǎn)矩參考回路，用來補償負載力矩的變化。

1 轉(zhuǎn)矩補償原理

　　關(guān)于IRMCF171轉(zhuǎn)矩補償功能應(yīng)用層的設(shè)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(jù)壓縮機吸排氣過程中負載轉(zhuǎn)矩變化曲線類似于正弦曲線的特點，將一個模擬負載轉(zhuǎn)矩變化的補償曲線添加到參考轉(zhuǎn)矩給定中，如圖1所示。

2 轉(zhuǎn)矩補償算法實現(xiàn)

　　在每個電周期開始產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖，通過對電角度微分檢測出每個電周期起始時刻，同時發(fā)送觸發(fā)脈沖。這部分的作用是在每個機械周期開始產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖 。如果是兩對極電機，每兩個電周期脈沖產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖。三對極電機則是每三個電周期脈沖產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖。根據(jù)對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)子壓縮機每個機械周期的吸排氣過程由此兩段組成，所以可以根據(jù)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)合并，給定0~4096對應(yīng)一周機械角度。并通過矢量旋轉(zhuǎn)，在每個機械周期內(nèi)產(chǎn)生一個初始相位可調(diào)的、幅值可調(diào)的、正弦變化的轉(zhuǎn)矩補償信號(單轉(zhuǎn)子壓縮機每個機械周期內(nèi)負載轉(zhuǎn)矩變化近似一個正弦曲線)。初始相位取值0~4096對應(yīng)0-360度機械角度;轉(zhuǎn)矩幅值取值0-4096對應(yīng)轉(zhuǎn)矩電流給定，4096對應(yīng)電機額定電流峰值。

　　轉(zhuǎn)矩補償功能使用(寄存器配置)：

　　1)轉(zhuǎn)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(shè)定正弦補償信號初始角度，取值0~4095對應(yīng)0~360度機械角度;

　　3)補償轉(zhuǎn)矩幅值zzmagnitude：設(shè)定正弦補償信號強度，取值0~4095對應(yīng)電機額定電流峰值。

　　轉(zhuǎn)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(diào)試中先加一個較小的補償幅值，再調(diào)整初始相位，通過使用MCEDesigner的波形跟蹤功能來監(jiān)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，然后慢慢增加補償幅值觀察最終效果。調(diào)試過程中要保持壓縮機轉(zhuǎn)速和吸排氣壓差的穩(wěn)定。

3 試驗結(jié)果驗證

　　從600~2310RPM選取了數(shù)個轉(zhuǎn)速進行試驗，增加轉(zhuǎn)矩補償后，轉(zhuǎn)矩波動得到明顯抑制，特別是900RPM以下的轉(zhuǎn)速，不加轉(zhuǎn)矩補償，轉(zhuǎn)速波動很大，在±300RPM左右。

　　試驗數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

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

　　壓縮機在1350RPM轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩補償對振動影響如表3所示。

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

4 結(jié)論

　　在單轉(zhuǎn)子壓縮機低速運行下增加轉(zhuǎn)矩補償能夠有效地抑制壓縮機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)壓縮機性能的影響[J].中國家用電器技術(shù)大會，2008.

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