节流膨胀控制器的应用

直接转矩控制技术利用空间矢量、定子磁场定 向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动 四象限变频器内部主回路的框图如图 4 所示 机的数学模型，计算和控制异步电动机的磁链和转 [6]： 矩，采用离散的两点式调节器（bang-bang 控制）， 把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限 制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器 来控制，并产生脉宽调制信号，直接对逆变器的开 关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。 它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否 能够简化，而是取决于转矩的实际状况，它不需要 将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化，
图 4 四象限变频器内部主回路框图
统，构成如图 6 所示：
2 空调变频器测试平台的关键技术
1.加载变频器的直接转矩控制（DTC）技术[4] 空调变频器测试平台采用了交流电力测功机， 将交流异步电动机做为加载装置，为精确地控制其 转矩和转速，加载变频器需要采用直接转矩控制技 术(Direct Torque Contol，简称 DTC)。这是一种先 进的交流电机变频调速控制技术，是与磁场定向矢 量变频技术共同发展起来的。直接转矩控制技术把 电机的转矩作为控制参量，具有优异的转矩动态响 应和优异的转速和转矩控制特性。这满足了测功机 对转矩的要求，因此采用直接转矩控制技术的变频 器成为交流电力测功机的首选。 采用直接转矩控制技术的变频器的工作原理如 图 1 所示：
流、过电压、欠电压、过热等完善的保护功能，配 合控制系统的超速、失速保护功能，可有效地避免 因原动机故障而引起的测功机损坏和原动机故障的 扩大。 由于交流电力测功机具有上述优势，所以在空 调变频器的测试平台中优选具有能量回馈功能的交 流电力测功机。
即不需要模仿直流电动机的控制，由于它省掉了矢 量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步 电动机数学模型， 没有通常的脉宽调制信号发生器， 所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念 明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有 高静、动态性能的交流调速控制方式。 ABB 公司的 ACS800 系列变频器是采用 DTC 技 术的典型产品，其转矩、速度控制性能指标分别如 图 2，图 3 所示[5]：
加载测功试验，可以兼顾低速及高速测试。相对其 它类型测功机而言，交流电力测功机在性能、经济 性、安全性等方面具有以下显著的优势[3]： 1. 控制精度 与其它测功机技术相比, 交流电力测功机具有 高精度的转矩和转速控制特性, 适合各种动力机械 设备的性能测试, 从简单的稳态测试到复杂的瞬态 测试均可满足。 2. 加载方式 水力测功机只能在一个方向加载，同时转速低 于一定值时加载性能变差；且不能作为反拖设备， 在测试永磁同步电机的发电常数时需要另外配置拖 动设备。 涡流式测功机虽可以双向加载，但在低速时加 载性能比水力测功机还差，也不能作为反拖设备。 交流电力测功机不仅可以方便地实现双向加载， 而且在转速到 0 rpm 时依然可以提供足够的加载能 力； 其加载特性为零转速至额定转速为恒转矩特性， 额定转速至最高转速为恒功率特性，完全符合被测 设备的负载特性。 3．瞬态加载特性
Abstract In order to develop more efficient DC inverter air-conditioner, it’s necessary to improve the traditional development
methods. The authors utilize the testbench for the development of air-conditioner inverter, so the characteristic parameters of compressor motor can be accurately measured. The inverter control parameters can be tuned more fine, in matching test for the inverter and compressor motor .The engineers can carry comprehensive performance evaluation，when the inverter software and hardware design is completed. The testbench uses an AC electric dynamometer solution with energy feedback function, opposed to Eddy-Current Dynamometer Hysteresis Dynamometer and Magnetic Powder Dynamometer have an unparalleled advantage. By utilizing the testbench, not only improve the quality of inverter air-conditioner, but also improve the efficiency of development, reducing the energy consumption of the development process.
空调变频器测试平台的研究
耿焱 国德防 时斌 肖成进 邵海柱
（青岛海尔空调电子有限公司，青岛 266101）
摘 要 为了开发更加高效的直流变频空调产品，需要改进现有的空调变频器的开发方式。将变频器测试 平台引入到空调变频器的开发中，测试平台采用了交流电力测功机方案，具有直接转矩控制和能量回馈功 能，相对于其它形式的测功机具有显著的性能优势。通过采用变频器测试平台，可以精确测量变频压缩机 电机的特性参数；在变频器与压缩机电机匹配试验中，有助于对变频器的控制参数进行调优；在变频器的 软硬件设计完成后，可以在测试平台上对其进行全面的性能评价试验。采用这种创新的开发方法，不仅提 高了变频空调器的品质，而且提高了开发工作的效率，并降低了开发过程中的能源消耗。确认了应用变频 器测试平台是开发高效直流变频空调产品的先进手段。 关键词 磁场定向矢量控制 交流电力测功机 能量回馈 直接转矩控制
RESEARCH ON TESTBENCH OF INVERTER FOR AIR CONDITIONER
Geng Yan Guo Defang Shi Bin Xiao Chengjin Shao Haizhu
Qingdao Haier Air-conditioner Electronic Co.,Ltd, Qingdao 266101
0 前言
机机进行变频器的开发、调试，将不能获得最优的 控制结果，进而影响空调产品的最终质量。 2.在使用空调整机进行变频器性能评价试验时，需 要在焓差试验室或环境试验室中，来模拟空调器的 实际运行环境。由于直流变频空调器的评价试验项 目众多，所以评价试验通常长达数月，期间被测空 调器和试验室的能源消耗巨大。开发人员在做试验 时，经常与被测机器同处于高温、低温等恶劣环境 中苦不堪言。 由于以上弊端，所以有必要改进开发方式，通 过借鉴通用变频器的开发经验，来研究、设计并搭 建空调用变频器的测试平台，在此平台上进行空调 变频器的开发、测试工作。
Keywords Field oriented vector control（FOC） AC electric dynamometer
energy feedback
direct tห้องสมุดไป่ตู้rque control (DTC)
控制环路中的参数进行反复调优。在变频器的软硬 件设计完成后，还要对其进行全面的性能评价。 随着空调器能效标准的不断提高，各空调厂家 按照以往的做法，空调变频器的开发和评价试 竞相开发更加节能、环保的空调器，其中采用永磁 验都是在空调器整机上进行的。对于交流变频空调 同步电机（Permanent magnet synchronous motor ， 来说，采用这种开发方式没有问题，但是对于直流 简称 PMSM）压缩机的直流变频空调器相对交流变 变频空调器，由于变频驱动技术复杂，变频器的评 频空调器具有更高的能效，因此成为市场上的主流 价试验项目众多，这种方法存在以下弊端： 产品。 为了充分利用永磁同步电机特有的性能优势， 1.空调器使用全封闭压缩机，其电机被封闭在压缩 在空调变频器设计时，需要采用磁场定向矢量控制 机胴体内部， 对于变频器开发人员来说如同黑盒子， （Field oriented vector control，简称 FOC）技术。 无法从外部获取电机的特性参数和实际运行状态参 相对以往交流变频空调所使用的 V/F=const 控制技 数。而磁场定向矢量控制技术是将电机与变频器作 术，磁场定向矢量控制技术要复杂得多。在变频器 为一体进行考量和控制的，控制时需要精确的电机 开发时，需要获取准确的压缩机电机特性参数。在 特性参数和实际运行状态参数。如果仅使用空调整 变频器与压缩机的匹配试验中，需要对变频器内部
图2
ACS800 系列变频器转矩控制性能指标
图3
ACS800 系列变频器速度控制性能指标
2.能量回馈技术 由于变频器测试平台中的加载单元在绝大多数 情况下处于加载 （发电机） 模式下， 为了节约能源， 需要采用具有能量回馈功能的四象限变频器，将制 动（发电）过程中产生的电能回馈到电网。
图 1 采用 DTC 技术的变频器的工作原理图
1 空调变频器测试平台的技术方案
变频器测试平台的核心是测功机。测功机是用 于动力机械设备（内燃机、电机、变频器等）的负 载模拟、转矩控制和能量吸收的装置。目前主流的 测功机技术方案有以下： 1.水力测功机：因其单位转动惯量的转矩吸收能力 强, 适用于高功率的内燃机、电机、变频器测试。 2.磁滞式测功机：适用于低到中等功率的电机、变 频器测试。 磁滞式测功机不需依靠速度来产生转矩， 因此可以进行从无载到堵转的全程测试。磁滞式测 功机的冷却方式可分为自然对流冷却及强制空气冷 却等[1]。 3.涡流式测功机：适用于高转速、中到高功率的电 机、变频器测试。涡流式测功机的转矩随着转速的 提高而加大，并在额定转速时达到转矩峰值。由于 转子直径较小，涡流式测功机具有较低的惯性。其 冷却方式是通过定子内的循环水冷却系统来带走制 动时所产生的热能[2]。 4.磁粉式测功机：适用于中、低转速或中、高转矩 范围的电机、 变频器测试。 如同磁滞式测功机一样， 磁粉式测功机可以在零转速时提供最大转矩。其与 涡流式测功机一样均采用水冷却的方式[2]。 5.交流电力测功机：适用于高、中、低转速或低、 中、高转矩范围的电机、变频器测试。使用交流异 步电动机或同步电动机作加载设备, 电动机由加载 用变频器提供可变频率的驱动电源, 并精确控制其 转矩和转速。 交流电力测功机是目前最先进的加载测功设备， 尤其适用于中、小以及微小功率的电机、变频器的