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技术研制报告资料

技术研制报告

某某电子科技有限公司

二0一三年六月

180度矢量变频空调控制器工艺技术研究

矢量变频空调控制器作为一种专用控制系统，有着稳定、环保、低功耗、响应迅速、可在恶劣环境下正常工作等诸多优点，被广泛应用于家电制造等电子电器领域。

180度矢量变频空调控制器研发是公司为响应国家节能减排政策，充分利用公司现有的基础研究平台，重点推进的关键项目。

采用DSP实时算法，实现空调压缩机无位置传感器180度矢量驱动；采用高端MCU，实现变频空调系统控制及PID恒温控制算法。

1、180度矢量变频技术研究进展

空调器的技术发展经历了从定频―交流变频―120度直流变频―150度直流变频―180度矢量变频的演变。

目前180度矢量变频是最为前沿的技术。

一般空调机采用固定的50Hz电源频率，其压缩机的转速是固定的，也就是被称为“空调机血液”的冷媒（氟利昂）的循环是恒量的，在一定时间内冷媒的循环量越大，空调机的输出功率就越高。

也就是说，压缩机的转速决定了空调机的输出功率。

其开启后的制冷/制热量不能改变，必须依靠不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开一关之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。

而变频空调是一种使用变频压缩机和模糊控制技术的空调器，能根据室内气温的变化，调节制冷速度。

具有低噪音、耗能低等特点。

一个15平方米的房间，变频空调比定频式调温速度快6－10分钟。

达到设定温度后，变频空调又能以仅为定频空调10％的功率低速运转，以调节温度细微损耗，维持恒温状态。

试验显示，较之定频空调，变频空调噪音低5－6分贝，寿命长5－8年，是空调市场未来的发展方向。

2009年《房间空调器能源效率限定值及能效等级》国家标准正式实施，对空调能效限定值进一步提升，有力的促进了变频空调在国内的推广。

国外变频空调控制技术起源于日本，目前已形成了较为完备的开发体系，具有较高技术含量；国内的研发起步教晚，近十年才得到较快发展，目前以格力为代表的国内厂家，采用AC、DC变频驱动技术生产的变频空调产品已实现大量出口。

空调器的技术发展经历了：

定频――交流变频――120度直流变频――180度矢量变频的演变。

目前180度矢量变频是最前沿的技术。

各变频驱动技术方案的状况如下：

1、交流变频驱动：

是变频空调早期产品，国内一些厂家已拥有成熟的技术，目前，因技术升级换代，交流变频空调的市场在减小。

2、120度直流变频驱动：

该方案技术相对成熟，已有部分国内厂家掌握。

市场上已有大批量成熟产品。

3、150度广角波变频驱动：

作为120度直流变频驱动的改进方案，推广该方案的企业主要以日系企业为主，因即将被180度矢量变频驱动方案取代，目前国内研究的企业较少。

4、180度矢量变频驱动：

该技术初期在日本较为成熟，进入国内较晚，初期主要是日系企业在推广，目前国内两大空调厂商：

格力、美的均在全力推广。

与交流变频、120度直流变频、150度直流变频驱动等方案相比，具有噪音低，振动小，寿命长，压缩机体积小，节能等特点，符合压缩机及空调系统高效能化的发展要求，代表了变频空调技术的发展方向。

我国家电行业发展迅猛，具备了一定的基础，但是与国际上相比，我国的家电产业还相对集中于技术含量较低的产业链低端，缺乏核心技术的支持，与美日等先进国家的差距在3～5年之间，在产业化方面的差距更大些。

高端市场仍被国外产品占据，国内产品以中低档为主，且规模偏小，仍不容乐观。

因此立足自主知识产权，开发装置通用化，产品系列化，生产过程环保，质量与国际接轨的高性能矢量变频空调控制器产品是必然趋势。

公司在国内家电控制器行业里具备较明显的技术和市场优势，先后申报了4项专利，授权1项发明专利，技术水平国内领先；与松下、美的、格力、TCL、奥克斯等多家知名企业建立了良好的供销关系，已初步形成产业规模，在省内同行业处于领先地位。

公司通过180度矢量变频空调控制器的研发，整合现有资源，突显变频控制器的节能优势，顺应当前低碳节能的趋势，在未来的3～5年内，大规模推广高端矢量变频空调控制器产品，不仅有利于加快推动中国家电行业技术进步，促进行业结构升级优化，而且也将为实现"十二五"节能减排目标、应对全球气候变化做出积极贡献。

二、研究内容

1、基于DSP算法的主动式功率因素调整（APFC）。

2、基于DSP的无位置传感器180度矢量压缩机驱动技术。

3、180度矢量变频空调系统保护逻辑及系统匹配。

4、180度矢量变频空调系统PID恒温控制算法。

三、工艺路线：

1、压缩机驱动采用DSP芯片进行控制，电路主要包括PFC控制、电流检测与控制、过流保护、位置估算、速度控制、SVPWM等部分。

其采用的技术方案如下：

PFC控制部分：

通过检测输入电压、输出直流电压和输入电流，通过对PFC开关的控制来使输入电流相位跟踪输入电压相位。

并使输出直流电压维持在要求范围内。

电流检测与控制：

电流检测在逆变桥的3个下桥臂与直流母线的负极之间串接电流取样电阻，将电流信号转变为电压信号，经运算放大器滤波放大后进入DSP进行AD转换，得到的三相电流经做标变换后进行位置估算和电流闭环控制。

并通过PI调节器完成d轴和q轴电流的闭环控制，输出d轴和q轴的给定电压。

过流保护：

压缩机相电流经取样电阻转变成电压信号，并送入比较器进行比较，一旦电流超过设定值，比较器输出信号给IPM模块，将IGBT输出封闭，并向DSP给出故障信号。

位置估算：

位置估算是180度矢量驱动的核心，只有得到正确的位置信息，直流压缩机才能得到良好的控制。

位置估算单元利用电流检测单元检测的电流和输出的电压，按照电机Z轴下的假定坐标系统模型，构造一个模型电机，通过闭环控制，将模型电机的运行状态与实际电机运行状态相一致，此时模型电机的位置就是对实际压缩机电机转子位置的估算位置。

可以采用模型参考自适应位置估算法、Kalman滤波法、滑模观测器法及状态反馈法等进行。

转速控制：

转速给定信号与转速观测器估算的转速进行比较，进入速度PI调节器，得到转矩电流Iq给定信号，转矩电流经PI调节器后的到转矩电压。

SVPWM：

按照电流控制输出的qd轴给定电压，经过坐标转换后，形成αβ的电压给定，然后采用SVPWM输出6路PWM脉冲驱动信号到IPM中，对压缩机线圈绕组进行驱动。

2、系统控制部分采用MCU，通过采集空调系统各点温度，确定压缩机运行频率，并根据系统工况决定压缩机的升降频，采用PID算法通过调节压缩机运行频率，在系统平衡状态下将室内温度控制在±0.1℃，实现恒温控制。

3、

生产工艺流程

4、组织架构

驱动开发系统方案介绍

参数计算软件

输入电机参数

输入设定参数

计算控制参数

输出控制参数表

输入控制参数表

显示控制参数表内容

控制参数表

控制参数表名称

配套压缩机

配套驱动控制程序版本

参数表版本

生成年月日时分