技术领域
[0001] 本
发明涉及一种变频装置及变频方法，具体涉及一种适用于交流变频空调系统压缩机的变频装置及变频方法。
背景技术
[0002] 相比于定频空调，变频空
调温度控制更加快速、准确、平稳，噪音更低，更加高效节能，变频空调已经逐渐取代定频空调，成为空调市场的主
力军。变频空调系统又分为交流变频空调系统和直流变频空调系统。
[0003] 图1为交流变频空调系统
变频器工作原理示意图，首先利用整流模
块将取自工频
电网的三相交流电转换为直流电，由IPM模块将直流电二次转化为
频率可控的交流电输送给压缩机。交流变频空调系统一般采用三相异步感应
电机作为压缩机。主控单元MCU通过控制IPM模块控制传输至三相异步感应电机
定子电流的频率，同步调整
电压值，保持恒压频比，进而灵活调整压缩机转速。
[0004] 图2为直流变频空调系统压缩机调速原理示意图，工频电网的三相交流电经整流模块转换为直流电并送至IPM模块。与交流变频空调系统IPM模块不同的是，直流变频空调系统IPM模块没有逆变环节，IPM模块输出的是电压可调的直流电。直流变频空调系统一般采用永磁同步电机作为压缩机。同时，在直流变频空调系统中，设有压缩机
转子位置检测环节，MCU根据压缩机转子位置通过控制IPM模块，实时调整输出直流电的电压值，进而实现对压缩机转速的闭环控制。
[0005] 与直流变频空调相比，交流变频空调的控制系统结构相对简单，成本更低。但传统的交流变频空调具有以下
缺陷：(1)可调
频率范围窄，冷量或热量输出调节幅度小，制冷制热较慢；(2)采用变频器对压缩机进行开环控制，
温度控制偏差大、
稳定性不好，效率不高、节能效果差；(3)大型变频器的使用增加了系统的成本与复杂性，降低了系统的可靠性。
发明内容
[0006] 鉴于此，本发明提供了一种适用于交流变频空调系统压缩机的变频装置，可以扩大压缩机可调频率范围，增大冷量或热量输出调节幅度，加快制冷制热速度，提高
温度控制的准确性和平稳度，更加节能高效，进一步简化控制系统，提高系统可靠性，降低系统成本。
[0007] 本发明的一种适用于交流变频空调系统压缩机的变频装置，包括：双馈电机、直流电机、直流电机
驱动器和降压
变压器，所述双馈电机的转子绕组与三相异步感应电机的定子绕组连接，所述双馈电机的定子绕组连接工频电网，所述双馈电机的转子与直流电机同轴机械连接，所述直流电机由所述直流电机驱动器驱动，所述
降压变压器连接工频电网为所述直流电机驱动器供电。
[0008] 作为本发明进一步的改进，当所述空调系统属于稳态时，所述双馈电机的定子绕组电流频率fs、所述双馈电机的转子绕组电流频率fr以及所述双馈电机的转子机械转动折算后的电气频率frm之间的关系用式(1)表示；
[0009] fr＝fs-frm (1)
[0010] frm＝Nfrotor (2)
[0011] 式中，frotor为所述双馈电机的转子转动的机械频率，N为极对数；
[0012] 所述双馈电机的转子绕组电压Ur和所述双馈电机的转子绕组电流频率fr满足式(3)；
[0013] Ur/fr＝UsNr/fsNs (3)
[0014] 式中，Ur为所述双馈电机的转子绕组电压，Us为所述双馈电机的定子绕组电压，Nr为所述双馈电机的定子绕组有效
匝数，Ns为所述双馈电机的转子绕组有效匝数。
[0015] 作为本发明进一步的改进，通过控制所述双馈电机的定子绕组电压Us和所述双馈电机的定子绕组电流频率fs均保持不变，使所述双馈电机的转子绕组电压Ur和所述双馈电机的转子绕组电流频率fr的比值保持不变。
[0016] 作为本发明进一步的改进，根据所述三相异步感应电机的目标转速，通过控制所述直流电机的驱动转矩，改变所述双馈电机的转子转动的机械频率frotor，使所述双馈电机的转子绕组电流频率fr改变，带动所述三相异步感应电机的定子绕组电流频率的改变。
[0017] 作为本发明进一步的改进，所述双馈电机的转子绕组电流频率fr改变的同时，所述双馈电机的转子绕组电压Ur改变。
[0018] 作为本发明进一步的改进，通过对所述直流电机驱动器的控制，使所述直流电机正转和反转，带动所述双馈电机正转和反转。
[0019] 作为本发明进一步的改进，通过电流和转速双闭环控制对所述直流电机进行控制。
[0020] 本发明还提供了一种适用于交流变频空调系统的变频方法，包括：
[0021] 控制双馈电机的定子绕组电压Us和所述双馈电机的定子绕组电流频率fs均保持不变；
[0022] 根据所述三相异步感应电机的目标转速，通过控制与所述双馈电机的转子同轴机械连接的直流电机的驱动转矩，改变所述双馈电机的转子转动的机械频率frotor；
[0023] 所述双馈电机的转子转动的机械频率froto改变，使所述双馈电机的转子绕组电流频率fr改变，带动与所述双馈电机的转子绕组连接的三相异步感应电机的定子绕组电流频率的改变；所述双馈电机的转子绕组电流频率fr改变的同时，所述双馈电机的转子绕组电压Ur改变，使所述双馈电机的转子绕组电压Ur和所述双馈电机的转子绕组电流频率fr的比值保持不变。
[0024] 作为本发明进一步的改进，通过对所述直流电机的直流电机驱动器的控制，使所述直流电机正转和反转，带动所述双馈电机正转和反转。
[0025] 作为本发明进一步的改进，通过电流和转速双闭环控制对所述直流电机进行控制。
[0026] 本发明的有益效果：
[0027] 1、解决了传统交流变频空调可调频率范围窄，冷量或热量输出调节幅度小，制冷制热较慢的问题。通过本发明的变频装置和变频方法，可以扩大交流变频空调可调频率范围，增大冷量或热量输出调节幅度，制冷制热速度更快。
[0028] 2、解决了传统交流变频空调系统采用变频器对压缩机进行开环控制所导致的温度控制偏差大、稳定性不好、效率不高和节能效果差的问题。本发明的变频装置和变频方法通过对直流电机进行双闭环控制，可以提高温度控制的准确性和平稳度，更加节能高效。
[0029] 3、解决了传统交流变频空调系统中，大型变频器的使用增加了系统的成本与复杂性，降低了系统可靠性的问题。本发明的变频装置和变频方法采用直流电机驱动器的结构及其控制方式，可以进一步简化控制系统，提高系统可靠性，进一步降低系统成本。
附图说明
[0030] 通过参照附图详细描述其示例
实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1是
现有技术中交流变频空调系统变频器工作原理示意图；
[0032] 图2是现有技术中直流变频空调系统压缩机调速原理示意图；
[0033] 图3是本发明一实施例所述的一种适用于交流变频空调系统压缩机的变频装置的示意图。
具体实施方式
[0034] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。
[0035] 虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员以使得本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施。正如本发明所属技术领域的技术人员能够容易理解，将在后面描述的实施例在不脱离本发明的概念和范围的
基础上可
变形为多种形式。在附图中尽量将相同或相似的部分用相同的附图标记表示。
[0036] 在此使用的专业术语只是用来说明特定实施例而提供的，并不是用来限制本发明。在此使用的单数形式在没有表示明确的相反含义的情况下也包含复数形式。在
说明书中使用的“包含”的具体化了特定的特性、领域、常数、步骤、动作、要素及/或成分，并不排除其他特定的特性、领域、常数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
[0037] 将下面使用的技术用语及科学用语包括在内的所有用语具有与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的含义相同的含义。在词典中所定义的用语被补充解释为与相关技术文献和当前公开的内容相符的含义，在没有定义的情况下，不能被解释为具有非常正式的含义。
[0038] 实施例1，本发明的一种适用于交流变频空调系统压缩机的变频装置实施例，如图3所示，设置在交流变频空调系统压缩机三相异步感应电机与工频电网之间，其包括：双馈电机、直流电机、直流电机驱动器和降压变压器，双馈电机的转子绕组与三相异步感应电机的定子绕组连接，双馈电机的定子绕组连接工频电网，双馈电机的转子与直流电机同轴机械连接，直流电机由直流电机驱动器驱动，降压变压器连接工频电网为直流电机驱动器供电。
[0039] 当空调系统属于稳态时，双馈电机的定子绕组电流频率fs、双馈电机的转子绕组电流频率fr以及双馈电机的转子机械转动折算后的电气频率frm之间的关系用式(1)表示；
[0040] fr＝fs-frm (1)
[0041] frm＝Nfrotor (2)
[0042] 式中，frotor为双馈电机的转子转动的机械频率，N为极对数；
[0043] 双馈电机的转子绕组电压Ur和双馈电机的转子绕组电流频率fr满足式(3)；
[0044] Ur/fr＝UsNr/fsNs (3)
[0045] 式中，Ur为双馈电机的转子绕组电压，Us为双馈电机的定子绕组电压，Nr为双馈电机的定子绕组有效匝数，Ns为双馈电机的转子绕组有效匝数。
[0046] 由此可以看出，控制双馈电机的定子绕组电压Us和双馈电机的定子绕组电流频率fs均保持不变，则双馈电机的转子绕组电压Ur和双馈电机的转子绕组电流频率fr的比值保持不变。
[0047] 本发明的变频装置，双馈电机的定子绕组连接工频电网，因此，双馈电机的定子绕组电压Us和双馈电机的定子绕组电流频率fs均保持不变(即为3相线电压380V和频率50Hz)。接收到用户的控制命令后，结合当前
环境温度和湿度等条件，空调的
控制器计算出当前压缩机即三相异步感应电机的目标转速，通过控制直流电机的驱动转矩，改变双馈电机的转子转动的机械频率frotor，即可改变双馈电机的转子绕组电流频率fr，带动三相异步感应电机的定子绕组电流频率的改变，也即实现了压缩机(三相异步感应电机)的变频调速。
[0048] 双馈电机的转子绕组电流频率fr改变的同时双馈电机的转子绕组电压Ur改变，且双馈电机的转子绕组电压Ur和双馈电机的转子绕组电流频率fr的比值保持不变。
[0049] 双馈电机转速的控制，通过对与双馈电机同轴连接的直流电机的控制来实现。传统交流变频空调系统对压缩机转速采用的是开环控制，会导致温度控制偏差大、稳定性不好，为了确保直流电机运转时具备良好的静、动态性能，本发明采用成熟的电流和转速双闭环控制技术来对直流电机的转速进行控制。间接实现对压缩机转速的闭环控制，转速闭环控制比开环控制更先进，控制精确性更高、平稳度更好，温度控制更准更快，所以更加节能高效。
[0050] 传统交流变频空调系统是根据压缩机的V/F曲线对压缩机进行变频调速，受压缩机固有V/F曲线限制，压缩机可调频率范围窄，冷量或热量输出调节幅度小，制冷制热较慢。本发明通过对直流电机驱动器的控制，使直流电机正转和反转，带动双馈电机正转和反转。
也就是frotor可正可负，根据式(2)，frm就可正可负，fs为固定频率50Hz，因此，根据式(1)，双馈电机的转子绕组电流频率fr的可调范围变大了，比传统交流变频空调系统中压缩机的频率范围大。fr可调范围大，即压缩机可调频率范围大，可调转速范围大，压缩机可以在以同步转速为中心的一个更宽的转速范围内运行，冷量或热量输出调节幅度大，压缩机转速越高冷媒流通速度越快，制冷制热速度更快。相比大型变频器，直流电机驱动器的结构以及控制方式都更为简单，与传统交流变频空调系统相比，本发明的调频装置可靠性更高，整个系统成本更低。
[0051] 本发明的调频装置也适用于其他采用恒压频比进行控制的空调系统。
[0052] 实施例2，本发明实施例所述的一种适用于交流变频空调系统的变频方法，采用如实施例1所述的一种适用于交流变频空调系统压缩机的变频装置，所述变频方法包括：
[0053] 控制双馈电机的定子绕组电压Us和所述双馈电机的定子绕组电流频率fs均保持不变。由于双馈电机的定子绕组连接工频电网，双馈电机的定子绕组电压Us和双馈电机的定子绕组电流频率fs分别为380V和50Hz。
[0054] 接收到用户的控制命令后，结合当前环境温度和湿度等条件，空调控制器计算出当前压缩机的目标转速，控制与双馈电机的转子同轴机械连接的直流电机的驱动转矩，改变双馈电机的转子转动的机械频率frotor。
[0055] 根据式(1)和(2)，双馈电机的转子转动的机械频率froto改变，使双馈电机的转子绕组电流频率fr改变，带动与双馈电机的转子绕组连接的三相异步感应电机的定子绕组电流频率的改变，也即实现了压缩机(三相异步感应电机)的变频调速。双馈电机的转子绕组电流频率fr改变的同时双馈电机的转子绕组电压Ur改变，且双馈电机的转子绕组电压Ur和双馈电机的转子绕组电流频率fr的比值保持不变。
[0056] 通过对直流电机的直流电机驱动器的控制，使直流电机正转和反转，带动双馈电机正转和反转。也就是frotor可正可负，根据式(2)，frm就可正可负，fs为固定频率50Hz，因此，根据式(1)，双馈电机的转子绕组电流频率fr的可调范围变大了，比传统交流变频空调系统中压缩机的频率范围大。fr可调范围大，即压缩机可调频率范围大，可调转速范围大，压缩机可以在以同步转速为中心的一个更宽的转速范围内运行，冷量或热量输出调节幅度大，压缩机转速越高冷媒流通速度越快，制冷制热速度更快。
[0057] 双馈电机转速的控制，通过对与双馈电机同轴连接的直流电机的控制来实现。传统交流变频空调系统对压缩机转速采用的是开环控制，会导致温度控制偏差大、稳定性不好，为了确保直流电机运转时具备良好的静、动态性能，本发明采用成熟的电流和转速双闭环控制技术来对直流电机的转速进行控制。间接实现对压缩机转速的闭环控制，转速闭环控制比开环控制更先进，控制精确性更高、平稳度更好，温度控制更准更快，所以更加节能高效。
[0058] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或
修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为
覆盖了所有这些其他变型或修改。
[0059] 在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0060] 类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个
权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0061] 此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0062] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
