本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置、過壓保護(hù)方法和變頻空調(diào)器。

背景技術(shù)：

隨著消費(fèi)者對機(jī)電產(chǎn)品節(jié)能性要求的提升，效率更高的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。常規(guī)變頻驅(qū)動(dòng)器的直流母線電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，逆變部分與輸入交流電壓相對獨(dú)立，從而使逆變部分的控制無需考慮輸入電壓的瞬時(shí)變化，便于控制方法的實(shí)現(xiàn)。然而，這種設(shè)計(jì)方法需要配備容值較大的電解電容，使得驅(qū)動(dòng)器體積變大，成本提升。此外，電解電容的壽命有限，其有效工作時(shí)間往往是驅(qū)動(dòng)器壽命的瓶頸。

針對上述問題，相關(guān)方案提出了以小容值的薄膜電容或陶瓷電容取代電解電容的策略，與常規(guī)的交直交驅(qū)動(dòng)電路相比，省去了PFC部分，而且小型化的電容既能實(shí)現(xiàn)降成本，又能消除電解電容引起的使用壽命瓶頸。但是，由于直流母線電壓上的薄膜電容或陶瓷電容容值很小，通常只有常規(guī)高壓電解電容容值的1％-2％，在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果發(fā)生停電或者其它異常停機(jī)，則電機(jī)會(huì)反向發(fā)電使直流母線電壓出現(xiàn)高電壓波動(dòng)，由于小型化的電容不能吸收高電壓波動(dòng)，導(dǎo)致直流母線電壓超出電機(jī)逆變模塊和電容的耐壓值時(shí)，容易過壓損壞。

上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置、過壓保護(hù)方法和變頻空調(diào)器，目的在于解決針對電容小型化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，當(dāng)直流母線出現(xiàn)高電壓波動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致直流母線電壓過高引起電機(jī)逆變模塊和電容過壓損壞問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置包括：

整流器、直流平滑電路、過壓保護(hù)電路、逆變器、運(yùn)算控制部及電機(jī)；所述整流器對交流電源的交流輸入電壓進(jìn)行全波整流，所述整流器的兩輸出端連接直流母線；所述直流平滑電路、逆變器依次與所述直流母線并聯(lián)，且所述直流平滑電路包括與所述直流母線并聯(lián)的電容器，所述交流輸入電壓通過所述整流器、直流平滑電路輸出脈動(dòng)的直流母線電壓，以為所述逆變器提供電源；所述運(yùn)算控制部對逆變器進(jìn)行控制以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；

過壓保護(hù)電路，位于所述整流器和逆變器之間且與所述直流母線并聯(lián)，包括可控開關(guān)和與所述可控開關(guān)串聯(lián)的負(fù)載；所述可控開關(guān)的控制端與所述運(yùn)算控制部連接，所述運(yùn)算控制部實(shí)時(shí)獲取所述直流母線電壓值，當(dāng)所述直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，所述運(yùn)算控制部控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通，使得所述負(fù)載接入所述過壓保護(hù)電路以降低所述直流母線電壓值；當(dāng)所述直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述運(yùn)算控制部控制所述可控開關(guān)斷開，使得所述負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開；

其中，所述第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選的，所述運(yùn)算控制部通過PWM信號(hào)控制可控開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)選的，所述直流平滑電路的電容器為薄膜電容或陶瓷電容，電容量為10-30uF。

優(yōu)選的，所述可控開關(guān)包括第一晶體管，所述負(fù)載包括第一電阻，所述第一晶體管的基極連接所述運(yùn)算控制部，所述第一晶體管的發(fā)射極連接所述直流母線負(fù)極，所述第一電阻的一端連接所述第一晶體管的集電極，另一端連接所述直流母線正極。

優(yōu)選的，所述運(yùn)算控制部包括：

輸入電壓相位檢測鎖相環(huán)模塊，用于獲取輸入的交流電源的電壓瞬時(shí)值，并根據(jù)所述交流電源的電壓瞬時(shí)值計(jì)算輸入電壓相位估計(jì)值；

位置/速度估計(jì)器，用于對所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行估計(jì)以獲得轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值和電機(jī)速度估計(jì)值；

Q軸給定電流值計(jì)算模塊，用于根據(jù)電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值、所述電機(jī)速度估計(jì)值和所述輸入電壓相位估計(jì)值計(jì)算Q軸給定電流值；

D軸給定電流值計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述逆變器的最大輸出電壓和所述逆變器的輸出電壓幅值計(jì)算D軸給定電流值；

電流控制器，用于根據(jù)所述Q軸給定電流值、所述D軸給定電流值以及Q軸實(shí)際電流和D軸實(shí)際電流獲取Q軸給定電壓值和D軸給定電壓值，以根據(jù)所述Q軸給定電壓值和D軸給定電壓值、所述轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值生成占空比控制信號(hào)，并通過控制所述逆變器以對所述電機(jī)進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，所述Q軸給定電流值計(jì)算模塊包括：

第二PI調(diào)節(jié)器，用于對所述電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值與所述電機(jī)速度估計(jì)值之差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以輸出轉(zhuǎn)矩幅值給定值；

波形發(fā)生器，用于根據(jù)所述輸入電壓相位估計(jì)值生成輸出變量；

初始電流計(jì)算單元，用于將所述輸出變量與所述轉(zhuǎn)矩幅值給定值相乘后除以電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)以獲得Q軸給定電流值初始值；

電容電流補(bǔ)償單元，用于根據(jù)所述輸入電壓相位估計(jì)值生成補(bǔ)償電流；

疊加單元，用于將所述補(bǔ)償電流疊加到所述Q軸給定電流值初始值以獲得所述Q軸給定電流值。

優(yōu)選的，所述D軸給定電流值計(jì)算模塊包括：

弱磁控制器，用于對所述逆變器的最大輸出電壓與所述逆變器的輸出電壓幅值進(jìn)行計(jì)算以獲得D軸給定電流值初始值；

限幅單元，用于對所述D軸給定電流值初始值進(jìn)行限幅處理以獲得所述D軸給定電流值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種變頻空調(diào)器，所述變頻空調(diào)器包括上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種變頻空調(diào)器的過壓保護(hù)方法，所述變頻空調(diào)器的過壓保護(hù)方法包括以下步驟：

實(shí)時(shí)檢測直流母線電壓值；

當(dāng)所述直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述可控開關(guān)導(dǎo)通使得所述負(fù)載接入所述過壓保護(hù)電路以降低所述直流母線電壓值；當(dāng)所述直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述可控開關(guān)斷開使得所述負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中所述第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選的，所述運(yùn)算控制部通過PWM信號(hào)控制可控開關(guān)導(dǎo)通。

本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，通過在電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置增加過壓保護(hù)電路，其過壓保護(hù)電路并聯(lián)在直流母線上，運(yùn)算控制部通過獲取直流母線電壓值，當(dāng)直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部控制可控開關(guān)導(dǎo)通使得負(fù)載接入過壓保護(hù)電路以降低直流母線電壓值；當(dāng)直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部控制可控開關(guān)斷開使得負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值，使得針對電容小型化電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，針對直流母線上出現(xiàn)高電壓波動(dòng)時(shí)，通過過壓保護(hù)電路的實(shí)時(shí)接入，使得直流母線的高電壓波動(dòng)被過壓保護(hù)電路吸收，進(jìn)而使得直流脈動(dòng)電壓保持在安全的電壓值以下，避免直流脈動(dòng)電壓上出現(xiàn)過壓導(dǎo)致逆變器和直流平滑電路中的濾波電容器損壞，進(jìn)而提高了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置的運(yùn)算控制部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置的電壓相位檢測鎖相環(huán)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明變頻空調(diào)的過壓保護(hù)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分，如圖所示：

本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，包括由交流輸入電源1、整流器2、直流平滑電路3、過壓保護(hù)電路4、逆變器5、運(yùn)算控制部7及電機(jī)6組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其中整流器2連接交流輸入電源1，由二極管D1-D4組成的全橋整流，對交流輸入電壓1進(jìn)行整流，整流器的兩輸出端連接直流母線，直流平滑電路3、逆變器5依次與直流母線并聯(lián)；直流平滑電路3包括與直流母線并聯(lián)的電容器C1，由于電容器C1電容量相對較小，因此整流器輸出的直流電壓經(jīng)直流平滑電路濾波后是脈動(dòng)直流母線電壓，不能濾波成穩(wěn)定的直流母線電壓，此脈動(dòng)直流母線電壓為逆變器5提供工作的電源，逆變器5的通過運(yùn)算控制部7對其六個(gè)開關(guān)管S1-S6進(jìn)行控制，輸出三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)6運(yùn)行，逆變器5由逆變模塊即IPM(智能功率模塊)構(gòu)成。由于上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中直流平滑電路3中的電容器比其他的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的直流平滑電路中的電容器要小很多，一般只有其電容值的1％-2％，電容量為10-30uF如只有20uF，因?yàn)槠潆娙葜敌?，可以選擇為薄膜電容或陶瓷電容，而其他直流平滑電路中的電容器總?cè)萘恳话憧蛇_(dá)到800uF，一般都是大容量的電解電容，因此簡稱為電容小型化的驅(qū)動(dòng)裝置，基于此電容小型化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，相比其他電容量大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其主要區(qū)別是電容小型化電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中的直流母線電壓是脈動(dòng)電壓，其電壓時(shí)刻處于周期性波動(dòng)狀態(tài)，而電容量大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中直流母線電壓是穩(wěn)定電壓，不存在脈動(dòng)電壓對應(yīng)的周期性波動(dòng)。

上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置的過壓保護(hù)電路4并聯(lián)于直流母線上，位于逆變器5之前，可以位于直流平滑電路3之后，也可以位于整流器2之后，過壓保護(hù)電路4可控開關(guān)402和與可控開關(guān)402串聯(lián)的負(fù)載401，可控開關(guān)402的控制端與運(yùn)算控制部7連接，可控開關(guān)402為大功率的晶體管如MOS管或者IGBT，負(fù)載401可以是電阻性器件，如大功率的電阻。具體的如圖1所示的過壓保護(hù)電路4的具體電路，可控開關(guān)包括第一晶體管S7，負(fù)載402包括第一電阻R2，第一晶體管S7的基極連接運(yùn)算控制部，第一晶體管的發(fā)射極連接所述直流母線負(fù)極，第一電阻R2的一端連接第一晶體管S7的集電極，另一端連接所述直流母線正極。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，第一電阻R2接入過壓保護(hù)電路4中，由于第一電阻R2為大功率電阻，因此可以承擔(dān)直流母線所提供電源對應(yīng)的一部分負(fù)載，進(jìn)而分擔(dān)一部分工作電流，當(dāng)直流母線上出現(xiàn)電壓過高的波動(dòng)時(shí)，第一電阻R2的接入就能分擔(dān)直流母線過高電壓波動(dòng)帶來的電流，進(jìn)而降低其過高部分的波動(dòng)電壓。

具體的，運(yùn)算控制部7通過電壓檢測電路獲取直流母線電壓值，此電壓檢測電路為現(xiàn)有技術(shù)，不在贅述，當(dāng)直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部7控制可控開關(guān)402導(dǎo)通使得負(fù)載401接入過壓保護(hù)電路4，由于過壓保護(hù)電路4承擔(dān)了一部分直流母線電壓供給逆變器的電流，因此能使得直流母線電壓降低，；當(dāng)直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，所述運(yùn)算控制部控制所述可控開關(guān)斷開使得所述負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值。第一預(yù)設(shè)值和第二預(yù)設(shè)值可根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)確定，如第一預(yù)設(shè)值設(shè)置為480V，第二預(yù)設(shè)值設(shè)置為460V，通過過壓保護(hù)電路4，能實(shí)時(shí)的對直流脈動(dòng)電壓的出現(xiàn)的過壓起到調(diào)節(jié)作用。

由于電容小型化電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，直流平滑電路中的電容器小，不能平滑穩(wěn)定直流母線上出現(xiàn)的高電壓峰值，如在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)由于停電或者其他異常導(dǎo)致突然停機(jī)，電機(jī)在停機(jī)下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)反向發(fā)電使得直流母線電壓升高，出現(xiàn)高電壓波動(dòng)，而此高電壓波動(dòng)不能被平滑電路的電容器吸收，因此當(dāng)直流脈動(dòng)電壓出現(xiàn)高的電壓值時(shí)，通過壓保護(hù)電路4接入直流母線，使得直流母線的高電壓波動(dòng)被過壓保護(hù)電路吸收，進(jìn)而使得直流脈動(dòng)電壓保持在安全的電壓值以下，避免直流脈動(dòng)電壓上出現(xiàn)過壓導(dǎo)致逆變器和直流平滑電路3中的濾波電容器C1損壞，進(jìn)而提高了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作可靠性。

進(jìn)一步的，在運(yùn)算控制部7控制可控開關(guān)402導(dǎo)通使得負(fù)載401接入過壓保護(hù)電路4時(shí)，運(yùn)算控制部7可通過PWM信號(hào)控制開關(guān)402導(dǎo)通，如以高電平占空比為50％，周期為10KHz的PWM信號(hào)控制開關(guān)402的導(dǎo)通，由于用PWM控制時(shí)開關(guān)402出于斷續(xù)開關(guān)狀態(tài)，其通過開關(guān)的平均電流要比用恒定的導(dǎo)通狀態(tài)小，如以高電平占空比為50％的PWM控制開關(guān)402，則其通過的電流理論為以恒定高電平控制開關(guān)402導(dǎo)通時(shí)電流的50％，由于402導(dǎo)通時(shí)通過電流相對較高，這樣以PWM控制開關(guān)402就時(shí)就能減少通過開關(guān)的平均電流，進(jìn)而可以降低控制開關(guān)402所使用的器件規(guī)格，可以使用相對小電流的功率管，降低成本。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，通過在電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置增加過壓保護(hù)電路，其過壓保護(hù)電路并聯(lián)在直流母線上，運(yùn)算控制部通過獲取直流母線電壓值，當(dāng)直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部控制可控開關(guān)導(dǎo)通使得負(fù)載接入過壓保護(hù)電路以降低直流母線電壓值；當(dāng)直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部控制可控開關(guān)斷開使得負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值，使得針對電容小型化電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，針對脈動(dòng)的直流母線電壓上出現(xiàn)高電壓波動(dòng)時(shí)，通過過壓保護(hù)電路的實(shí)時(shí)接入，使得脈動(dòng)的直流母線電壓的高電壓波動(dòng)被過壓保護(hù)電路吸收，進(jìn)而使得脈動(dòng)的直流母線電壓保持在安全的電壓值以下，避免脈動(dòng)的直流母線電壓上出現(xiàn)過壓導(dǎo)致逆變器和直流平滑電路中的濾波電容器損壞，進(jìn)而提高了整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的工作可靠性。

進(jìn)一步的，做為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置的第二實(shí)施例，基于本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置的第一實(shí)施例，圖2為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置的第二實(shí)施例的運(yùn)算控制部的結(jié)構(gòu)示意圖，在本實(shí)施例中，運(yùn)算控制部7包括：

輸入電壓相位檢測鎖相環(huán)模塊71，用于獲取輸入的交流電源的電壓瞬時(shí)值，并根據(jù)交流電源的電壓瞬時(shí)值計(jì)算輸入電壓相位估計(jì)值；

位置/速度估計(jì)器74，用于對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行估計(jì)以獲得轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值和電機(jī)速度估計(jì)值；

Q軸給定電流值計(jì)算模塊72，用于根據(jù)電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值、電機(jī)速度估計(jì)值和輸入電壓相位估計(jì)值計(jì)算Q軸給定電流值；

D軸給定電流值計(jì)算模塊73，用于根據(jù)逆變器的最大輸出電壓和逆變器的輸出電壓幅值計(jì)算D軸給定電流值；

電流控制器75，用于根據(jù)Q軸給定電流值、D軸給定電流值以及Q軸實(shí)際電流和D軸實(shí)際電流獲取Q軸給定電壓值和D軸給定電壓值，以根據(jù)Q軸給定電壓值和D軸給定電壓值、轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值生成占空比控制信號(hào)，并通過控制逆變器以對電機(jī)進(jìn)行控制。

其中輸入電壓相位檢測鎖相環(huán)模塊71可包括余弦計(jì)算器714、第一乘法器711、低通濾波器712、第一PI調(diào)節(jié)器713和積分器715，如圖3所示，余弦計(jì)算器714用于對上一計(jì)算周期的輸入電壓相位估計(jì)值θge進(jìn)行余弦計(jì)算以獲得第一計(jì)算值，第一乘法器711用于將交流電源的電壓瞬時(shí)值Vac與第一計(jì)算值相乘以獲得第二計(jì)算值。低通濾波器712用于對第二計(jì)算值進(jìn)行低通濾波以獲得第三計(jì)算值，其中，該低通濾波器712的帶寬低于交流電源的電壓頻率，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該低通濾波器712的帶寬低于交流電源的電壓頻率ωg的1/5。第一PI調(diào)節(jié)器713用于對第三計(jì)算值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以輸出第四計(jì)算值，積分器715用于對第四計(jì)算值與交流電源的電壓頻率ωg之和進(jìn)行積分計(jì)算以獲得當(dāng)前計(jì)算周期的輸入電壓相位估計(jì)值θge。

位置/速度估計(jì)器74用于對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行估計(jì)以獲得轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值θ_est和電機(jī)速度估計(jì)值ω_est。本發(fā)明實(shí)施例的電機(jī)可為無位置傳感器的電機(jī)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可通過磁鏈觀測法實(shí)現(xiàn)位置/速度估計(jì)器74的上述功能。

具體而言，首先可根據(jù)兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓V_α、V_β和電流I_α、I_β計(jì)算壓縮機(jī)電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系α和β軸方向上有效磁通的估計(jì)值，具體根據(jù)以下公式(1)計(jì)算如下：

其中，和分別為電機(jī)在α和β軸方向上有效磁通的估計(jì)值，V_α和V_β分別為α和β軸方向上的電壓，I_α和I_β分別為α和β軸方向上的電流，R為定子電阻，L_q為電機(jī)的q軸磁鏈。

然后，根據(jù)下述公式(2)計(jì)算壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值θ_est和電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值值ω_est：

其中，K_{p_pll}和K_{i_pll}分別為比例積分參數(shù)，θ_err為偏差角度估計(jì)值，ω_f為速度低通濾波器的帶寬。

Q軸給定電流值計(jì)算模塊72用于根據(jù)電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值ωref、電機(jī)速度估計(jì)值ωest和輸入電壓相位估計(jì)值θge計(jì)算Q軸給定電流值Iqref。

具體的，如圖2所示，Q軸給定電流值計(jì)算模塊72包括第二PI調(diào)節(jié)器、波形發(fā)生器、初始電流計(jì)算單元、電容電流補(bǔ)償單元和疊加單元。其中，第二PI調(diào)節(jié)器用于對電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值ωref與電機(jī)速度估計(jì)值ωest之差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以輸出轉(zhuǎn)矩幅值給定值T0，波形發(fā)生器用于根據(jù)輸入電壓相位估計(jì)值θge生成輸出變量Wf。初始電流計(jì)算單元用于將輸出變量Wf與轉(zhuǎn)矩幅值給定值T0相乘后除以電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt以獲得Q軸給定電流值初始值Iq0。電容電流補(bǔ)償單元用于根據(jù)輸入電壓相位估計(jì)值θge生成補(bǔ)償電流Iqcom，疊加單元用于將補(bǔ)償電流Iqcom疊加到Q軸給定電流值初始值Iq0以獲得Q軸給定電流值Iqref。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，波形發(fā)生器可根據(jù)以下公式計(jì)算輸出變量：

其中，W_f(θ_ge)為根據(jù)輸入電壓相位估計(jì)值θ_ge生成的輸出變量，θ_ge為輸入電壓相位估計(jì)值，θ_d為設(shè)定相位參數(shù)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，電容電流補(bǔ)償單元可根據(jù)以下公式計(jì)算補(bǔ)償電流：

其中，I_qcom為補(bǔ)償電流，θ_ge為輸入電壓相位估計(jì)值，θ_d為設(shè)定相位參數(shù)，C為并聯(lián)在逆變器的輸入端之間的電容容值，V_acmag為交流電源的電壓幅值，ω_g為交流電源的電壓頻率，K_t為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，ω_e為電機(jī)轉(zhuǎn)子速度。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)定相位參數(shù)θ_d可為電流死區(qū)所對應(yīng)的相位，具體可取0.1～0.2rad。

D軸給定電流值計(jì)算模塊73用于根據(jù)逆變器的最大輸出電壓Vmax和逆變器的輸出電壓幅值V1計(jì)算D軸給定電流值Idref。

具體地，如圖2所示，D軸給定電流值計(jì)算模塊73包括弱磁控制器和限幅單元，其中，弱磁控制器用于對逆變器的最大輸出電壓Vmax與逆變器的輸出電壓幅值V1進(jìn)行計(jì)算以獲得D軸給定電流值初始值Id0，限幅單元用于對D軸給定電流值初始值Id0進(jìn)行限幅處理以獲得D軸給定電流值Idref。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，弱磁控制器可根據(jù)以下公式計(jì)算D軸給定電流值初始值Id0：

其中，I_d0為D軸給定電流值初始值，K_i為積分控制系數(shù)，V₁為逆變器的輸出電壓幅值，v_d為D軸電壓，v_q為Q軸電壓，V_max為逆變器的最大輸出電壓，V_dc為電機(jī)的直流母線電壓。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，限幅單元根據(jù)以下公式獲得D軸給定電流值：

其中，I_dref為D軸給定電流值，I_demag為電機(jī)退磁電流限制值。

電流控制器75用于根據(jù)Q軸給定電流值Iqref、D軸給定電流值Idref以及Q軸實(shí)際電流Iq和D軸實(shí)際電流Id獲取Q軸給定電壓值Vq和D軸給定電壓值Vd，以根據(jù)Q軸給定電壓值Vq和D軸給定電壓值Vd、轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值θest生成占空比控制信號(hào)，并通過控制逆變器5以對電機(jī)進(jìn)行控制。

其中，三相電流進(jìn)行坐標(biāo)變換獲得d軸和q軸實(shí)際電流值，具體如下：

根據(jù)檢測獲得的永磁同步電機(jī)U、V、W三相電流值I_u、I_v、I_w，并通過進(jìn)行Clark變換，基于下述公式，得到電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系α和β軸方向上的電流I_α和I_β

I_α＝I_u

再根據(jù)轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值θest進(jìn)行Park變換，通過下述公式計(jì)算得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸和q軸的實(shí)際電流值Iq、Id。

I_d＝I_αcosθ_est+I_βsinθ_est

I_q＝-I_αsinθ_est+I_βcosθ_est

進(jìn)一步的，電流控制器75可根據(jù)以下公式計(jì)算Q軸給定電壓值和D軸給定電壓值：

V_d＝V_d0－ωL_qI_q

V_q＝V_q0+ωL_dI_d+ωK_e (8)

其中，Vq為Q軸給定電壓值，Vd為D軸給定電壓值，Iqref為Q軸給定電流值、Idref為D軸給定電流值，Iq為Q軸實(shí)際電流，Id為D軸實(shí)際電流，Kpd和Kid分別為D軸電流控制比例增益與積分增益，Kpq和Kiq分別為Q軸電流控制比例增益與積分增益，ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速，Ke為電機(jī)反電勢系數(shù)，Ld和Lq分別為D軸和Q軸電感，表示x(τ)在時(shí)間上的積分。

在獲取到Q軸給定電壓值Vq和D軸給定電壓值Vd后，可根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值θ_est對Vq和Vd進(jìn)行Park逆變換，得到固定坐標(biāo)系上的電壓值Vα和Vβ，具體變換公式如下：

其中，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，在此可取上述的轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值θest。

進(jìn)一步地，可根據(jù)固定坐標(biāo)系上的電壓值Vα和Vβ進(jìn)行Clark逆變換，得到三相電壓Vu、Vv和Vw，具體變換公式如下：

V_u＝V_α

然后占空比計(jì)算單元可根據(jù)直流母線電壓和三相電壓進(jìn)行占空比計(jì)算，得到占空比控制信號(hào)，即三相占空比Du、Dv和Dw，具體計(jì)算公式如下：

D_u＝(V_u+0.5V_dc)/V_dc

D_v＝(V_v+0.5V_dc)/V_dc

D_w＝(V_w+0.5V_dc)/V_dc (11)

其中，Vdc為直流母線電壓。

最后，根據(jù)三相占空比D_u、D_v、D_w對逆變器的開關(guān)管進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。

此外，本發(fā)明還提供一種變頻空調(diào)器，包括上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，其變頻空調(diào)器的電機(jī)可以是直流風(fēng)機(jī)或者壓縮機(jī)，其具體的實(shí)施方式可參考上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置實(shí)施例，在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的變頻空調(diào)器，通過增加過壓保護(hù)電路，其過壓保護(hù)電路并聯(lián)在直流母線上，運(yùn)算控制部通過獲取直流母線電壓值，當(dāng)直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部控制可控開關(guān)導(dǎo)通使得負(fù)載接入過壓保護(hù)電路以降低直流母線電壓值；當(dāng)直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，運(yùn)算控制部控制可控開關(guān)斷開使得負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值，使得針對應(yīng)用電容小型化電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的變頻空調(diào)器中，針對直流母線上出現(xiàn)高電壓波動(dòng)時(shí)，通過過壓保護(hù)電路的實(shí)時(shí)接入，使得直流母線的高電壓波動(dòng)被過壓保護(hù)電路吸收，進(jìn)而使得脈動(dòng)的直流母線電壓保持在安全的電壓值以下，避免脈動(dòng)的直流母線電壓上出現(xiàn)過壓導(dǎo)致逆變器和直流平滑電路中的濾波電容器損壞，提高了整個(gè)變頻空調(diào)的工作可靠性。

進(jìn)一步的，基于本發(fā)明實(shí)施例的變頻空調(diào)器，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種變頻空調(diào)的過壓保護(hù)方法，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的變頻空調(diào)的過壓保護(hù)方法的流程圖，該變頻空調(diào)的過壓保護(hù)方法包括以下步驟：

S10，實(shí)時(shí)檢測直流母線電壓值；

S20，當(dāng)直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，控制可控開關(guān)導(dǎo)通使得負(fù)載接入過壓保護(hù)電路以降低直流母線電壓值；當(dāng)直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，控制可控開關(guān)斷開使得所述負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值。

其變頻空調(diào)的過壓保護(hù)方法的具體實(shí)施例見電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置實(shí)施例，在此不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的變頻空調(diào)的過壓保護(hù)方法，通過實(shí)時(shí)檢測直流母線電壓值，當(dāng)直流母線電壓值超過第一預(yù)設(shè)值時(shí)，控制可控開關(guān)導(dǎo)通使得負(fù)載接入過壓保護(hù)電路以降低直流母線電壓值；當(dāng)直流母線電壓低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，控制可控開關(guān)斷開使得所述負(fù)載從過壓保護(hù)電路中斷開，其中第一預(yù)設(shè)值大于第二預(yù)設(shè)值，使得針對應(yīng)用電容小型化電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的變頻空調(diào)器中，針對直流母線上出現(xiàn)高電壓波動(dòng)時(shí)，通過過壓保護(hù)電路的實(shí)時(shí)接入，使得脈動(dòng)的直流母線電壓的高電壓波動(dòng)被過壓保護(hù)電路吸收，進(jìn)而使得脈動(dòng)的直流母線電壓保持在安全的電壓值以下，避免脈動(dòng)的直流母線電壓上出現(xiàn)過壓導(dǎo)致逆變器和直流平滑電路中的濾波電容器損壞，提高了整個(gè)變頻空調(diào)的工作可靠性。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。