金德武

(珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070)

淺談過零補(bǔ)償控制原理

金德武

(珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070)

討論家用空調(diào)的交流電機(jī)采用過零補(bǔ)償方式的控制技術(shù)，當(dāng)發(fā)生過零信號(hào)丟失情況可以使交流電機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定工作，杜絕出現(xiàn)風(fēng)機(jī)抖動(dòng)現(xiàn)象。

過零；補(bǔ)償控制

為了保證空調(diào)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到制冷和制熱能力的平衡，必須保證室內(nèi)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠滿足系統(tǒng)的要求，并保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定?？照{(diào)的室內(nèi)風(fēng)機(jī)采用交流電機(jī)(例如：PG電機(jī))。

目前針對(duì)空調(diào)的交流電機(jī)的控制過程為：通過過零檢測電路檢測出供電電源的過零點(diǎn)作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，檢測交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差值，根據(jù)差值確定交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中可控器件（如固態(tài)繼電器和雙向可控硅）的導(dǎo)通時(shí)間，通過調(diào)整可控器件的導(dǎo)通時(shí)間改變交流電機(jī)的輸入電壓，從而將交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速調(diào)整至與目標(biāo)轉(zhuǎn)速一致。

但是，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)當(dāng)供電電源的電壓不穩(wěn)或者干擾較大時(shí)，導(dǎo)致過零檢測電路不能正確地檢測到過零點(diǎn)，從而引起交流電機(jī)抖動(dòng)和產(chǎn)生異響等問題。為解決此類問題，發(fā)明一種采用過零補(bǔ)償方式的交流電機(jī)控制技術(shù)。本文介紹過零補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?、過零檢測電路相關(guān)控制方法。

1 過零檢測電路介紹

過零檢測電路的一種結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作過程為：供電電源經(jīng)變壓器T1降壓后，先經(jīng)過整流橋（由二極管D1、D2、D3、D4構(gòu)成）、二極管D5和二極管D6進(jìn)行整流，形成脈動(dòng)直流波形，再經(jīng)過電阻R1、R2和R3進(jìn)行分壓，之后經(jīng)過電容C1濾除高頻干擾成分。三極管Q2的集電極與控制裝置連接，當(dāng)三極管Q2基極處的電壓大于0.7V時(shí)，三極管Q2導(dǎo)通，在三極管Q3的集電極形成低電平；當(dāng)三極管Q2基極處的電壓小于0.7V時(shí)，三極管Q2截止，三極管Q2的集電極經(jīng)過電阻R4上拉至高電平。根據(jù)供電交流電源的特性，可在三極管Q2的集電極得到供控制交流電機(jī)使用的過零點(diǎn)信號(hào)。

2 交流電機(jī)常規(guī)控制方式的弊端

現(xiàn)有的針對(duì)空調(diào)交流電機(jī)的控制方式具體為：交流電機(jī)的控制裝置與過零檢測電路連接，控制裝置獲取過零檢測電路輸出的信號(hào)，當(dāng)控制裝置檢測到過零檢測電路輸出過零信號(hào)時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間之后開啟交流電機(jī)，該延時(shí)的時(shí)間根據(jù)交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定。

當(dāng)供電電源穩(wěn)定時(shí)，過零檢測電路產(chǎn)生整流后的電壓波形和過零信號(hào)的波形如圖2所示，當(dāng)供電電源的電壓不穩(wěn)或干擾較大時(shí)，過零檢測電路產(chǎn)生整流后的電壓波形和過零信號(hào)的波形如圖3所示。通過圖3可以看到，當(dāng)供電電源的電壓不穩(wěn)或干擾較大時(shí)，過零檢測電路會(huì)出現(xiàn)丟失過零信號(hào)的現(xiàn)象。

由于控制裝置將檢測到過零信號(hào)的時(shí)刻作為后續(xù)開啟交流電機(jī)的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，因此當(dāng)過零檢測電路丟失過零信號(hào)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在應(yīng)該開啟交流電機(jī)的時(shí)刻未控制交流電機(jī)開啟，從而導(dǎo)致交流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)，出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。

3 具有過零補(bǔ)償功能的交流電機(jī)控制方式及注意事項(xiàng)

3.1 控制方式

針對(duì)上述交流電機(jī)常規(guī)控制方式的弊端，可采取在常規(guī)控制方式中增加過零補(bǔ)償功能解決。具體方式為：

在檢測到過零信號(hào)后，延時(shí)一段時(shí)間（根據(jù)交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定）之后開啟交流電機(jī)，同時(shí)還要判斷在此次檢測到過零信號(hào)后的預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)（當(dāng)供電電源正常時(shí)，在該預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)可以再次檢測到過零信號(hào)）是否再次檢測到過零信號(hào)，當(dāng)確定未檢測到過零信號(hào)時(shí)，在相應(yīng)的時(shí)刻控制交流電機(jī)開啟。具有過零補(bǔ)償功能的控制方法流程圖參見圖4，該控制方法包括：

步驟S1：按照預(yù)設(shè)策略獲取交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，根據(jù)交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定第一時(shí)間。

其中，第一時(shí)間為檢測到過零信號(hào)后控制交流電機(jī)開啟所等待的時(shí)間。通過調(diào)整交流電機(jī)在供電電源的過零點(diǎn)后的開啟時(shí)間可以調(diào)整交流電機(jī)的輸入電壓，從而調(diào)整交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測電路檢測交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，控制裝置與電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測電路的輸出端連接，控制裝置按照預(yù)設(shè)策略從電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測電路獲取交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

步驟S2：獲取過零檢測電路輸出的信號(hào)。

過零檢測電路的輸出端與交流電機(jī)的控制裝置連接，控制裝置實(shí)時(shí)獲取過零檢測電路輸出的信號(hào)。以圖1所示過零檢測電路為例，三極管Q2的集電極與交流電機(jī)的控制裝置連接。

步驟S3：在檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)后，當(dāng)延時(shí)時(shí)間達(dá)到最近一次確定的第一時(shí)間時(shí)，開啟交流電機(jī)。

當(dāng)檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)后，將接收到過零信號(hào)的時(shí)刻作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，在延時(shí)時(shí)間達(dá)到最近一次確定的第一時(shí)間后，向交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的可控器件（如固態(tài)繼電器或雙向可控硅）發(fā)送控制信號(hào)，以控制可控器件導(dǎo)通，從而開啟交流電機(jī)。需要說明的是，在供電電源過零點(diǎn)的時(shí)刻，可控器件自動(dòng)關(guān)斷，從而關(guān)閉交流電機(jī)。

步驟S4：判斷在檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)后的第二時(shí)間內(nèi)，是否再次檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)，若否，執(zhí)行步驟S5。

步驟S5：在距離最近一次檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間時(shí)，開啟交流電機(jī)。

其中，第二時(shí)間大于第四時(shí)間，第三時(shí)間為第四時(shí)間和最近一次確定的第一時(shí)間的和。第四時(shí)間由空調(diào)的供電電源的頻率確定，當(dāng)空調(diào)的供電電源為50Hz時(shí)，第四時(shí)間為10ms，當(dāng)空調(diào)的供電電源為60Hz時(shí)，第四時(shí)間為8.3ms。作為優(yōu)選方案，第二時(shí)間可以為9.1ms至10.8ms。

在檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)后的第二時(shí)間內(nèi)，如果未再次檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)，說明過零檢測電路丟失了過零信號(hào)。此時(shí)，虛擬補(bǔ)償一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在理想狀態(tài)下，兩個(gè)過零信號(hào)之間的間隔為第四時(shí)間，因此在距離最近一次檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間時(shí)，要控制交流電機(jī)開啟。

這里需要說明的是，在執(zhí)行步驟S4后，如果確定在檢測到過零檢測電路輸出的過零信號(hào)后的第二時(shí)間內(nèi)再次檢測到過零信號(hào)，也執(zhí)行步驟S3。

3.2 具體說明

下面結(jié)合圖5進(jìn)行具體說明：

在供電電源第一次過零時(shí)，過零檢測電路輸出一個(gè)過零信號(hào)，控制裝置在檢測到該過零信號(hào)后，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)值達(dá)到最近一次確定的第一時(shí)間T1后，向交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的可控器件發(fā)送控制信號(hào)，以控制可控器件導(dǎo)通，從而開啟交流電機(jī)。

同時(shí)，控制裝置判斷在檢測到該過零信號(hào)后的第二時(shí)間T2內(nèi)是否再次檢測到過零信號(hào)。由于第二時(shí)間T2大于第四時(shí)間T4，因此如果在第二時(shí)間T2內(nèi)沒有檢測到過零信號(hào)，說明過零檢測電路丟失了一個(gè)過零信號(hào)。之后，控制裝置在距離最近一次檢測到過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間T3時(shí)，向交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的可控器件發(fā)送控制信號(hào)，從而開啟交流電機(jī)。

圖1 過零檢測電路的一種結(jié)構(gòu)

圖2 供電電源穩(wěn)定時(shí)的波形圖

圖3 供電電源的電壓不穩(wěn)或干擾較大時(shí)的波形圖

該第三時(shí)間T3是以最近一次檢測到過零信號(hào)的時(shí)刻為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)的。當(dāng)供電電源穩(wěn)定時(shí)，在距離最近一次檢測到過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到或近似達(dá)到第四時(shí)間T4時(shí)，過零檢測電路會(huì)輸出一個(gè)過零信號(hào)，控制裝置在距離檢測到該過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到第一時(shí)間T1時(shí)開啟交流電機(jī)。當(dāng)控制裝置確定過零檢測電路丟失了一個(gè)過零信號(hào)時(shí)，要在距離理論上檢測到過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到第一時(shí)間T1時(shí)開啟交流電機(jī)，也就是在距離最近一次檢測到過零信號(hào)的時(shí)間達(dá)到第四時(shí)間T4和最近一次確定的第一時(shí)間T1的總和時(shí)開啟交流電機(jī)。

這樣在供電電源的電壓不穩(wěn)或者干擾較大導(dǎo)致過零檢測電路丟失過零信號(hào)的情況下，可以在供電電源過零后的相應(yīng)時(shí)間開啟交流電機(jī)，避免出現(xiàn)交流電機(jī)在應(yīng)開啟的時(shí)刻未開啟的現(xiàn)象，從而保證交流電機(jī)可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)施中，可以按照多種策略獲取交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。例如：按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔獲取交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，或者在每次開啟交流電機(jī)后，獲取交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

另外，根據(jù)交流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定第一時(shí)間的操作，可以采用以下方式：計(jì)算交流電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)速差值；依據(jù)預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速差值與交流電機(jī)運(yùn)行時(shí)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定與差值對(duì)應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間作為第一時(shí)間。

3.3 注意事項(xiàng)

該補(bǔ)償方案僅針對(duì)偶爾丟失一個(gè)過零信號(hào)的情況進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)于連續(xù)丟失兩個(gè)及以上過零信號(hào)情況則僅能補(bǔ)償首個(gè)丟失的過零信號(hào)。因?yàn)槿羰沁B續(xù)丟失兩個(gè)及以上過零信號(hào)，則已說明供電電源出現(xiàn)了嚴(yán)重異常，已不能再正常使用，需要進(jìn)入相關(guān)保護(hù)措施。

4 結(jié)語

（1）在交流電機(jī)控制方式中增加過零補(bǔ)償方案，可杜絕因電源異常而出現(xiàn)的風(fēng)機(jī)抖動(dòng)現(xiàn)象；

（2）該控制方法僅通過軟件方案實(shí)現(xiàn)，無額外成本增加；

（3）該控制方法軟件設(shè)計(jì)方案模塊化獨(dú)立、可移植性強(qiáng)，易被其他同類設(shè)計(jì)移植借用。

The discussion of zero signal of electrical source compensation control technology theory

JIN Wude
(GREE Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

As discussed as residential air conditioner AC motor was with zero signal of electrical source compensation control technology, when missing zero signal of electrical source, the AC motor will keep stable operate so as to avoid fan shaking.

Zero of electrical source; Compensate control

圖4 具有過零補(bǔ)償功能的控制方法流程圖

圖5 增加過零補(bǔ)償功能后的波形圖