转矩补偿对单转子压缩机低速运转的影响

摘要：本文通过单转子压缩机在低速运转下的对比试验，探讨了转矩补偿对压缩机低速运转的影响。试验结果表明，通过在IRMCF171芯片电机控制算法中加入低速转矩补偿功能，能够有效地抑制转速波动，避免压缩机电机失步停机，同时减小噪音和振动。单转子压缩机在空调应用中加入转矩补偿功能后能够给用户提供舒适静音的环境。

当空调单转子压缩机运行速度较低时，因为压缩机转一周是一个吸气-压缩-排气的过程，在一个机械周期内负载力矩有一个很大幅度的变化。并且速度环（PI调节器）的延迟将导致输出速度变化。这些因素会让系统产生机械振动和噪声。为了解决这个问题，我们可以添加一个前馈转矩参考回路，用来补偿负载力矩的变化。

关于IRMCF171转矩补偿功能应用层的设计，基本思路是先从电气周期推算出机械周期。一旦机械周期确定，就可以根据压缩机吸排气过程中负载转矩变化曲线类似于正弦曲线的特点，将一个模拟负载转矩变化的补偿曲线添加到参考转矩给定中，如图1所示。

在每个电周期开始产生一个触发脉冲，通过对电角度微分检测出每个电周期起始时刻，同时发送触发脉冲。这部分的作用是在每个机械周期开始产生一个触发脉冲 。如果是两对极电机，每两个电周期脉冲产生一个触发脉冲。三对极电机则是每三个电周期脉冲产生一个触发脉冲。根据对前后两次速度误差的比较，区分高转矩段和低转矩段。单转子压缩机每个机械周期的吸排气过程由此两段组成，所以可以根据这个特点确定机械周期的起始时刻。

在IRMCF171电机控制算法中将两个电角度周期（针对两对极电机）合并，给定0~4096对应一周机械角度。并通过矢量旋转，在每个机械周期内产生一个初始相位可调的、幅值可调的、正弦变化的转矩补偿信号（单转子压缩机每个机械周期内负载转矩变化近似一个正弦曲线）。初始相位取值0~4096对应0-360度机械角度;转矩幅值取值0-4096对应转矩电流给定，4096对应电机额定电流峰值。

转矩补偿功能使用（寄存器配置）：

1）转矩补偿使能zzcountenable：1为启动补偿功能，0为停止补偿功能;

2）初始相位zzangleoffset：设定正弦补偿信号初始角度，取值0~4095对应0~360度机械角度;

3）补偿转矩幅值zzmagnitude：设定正弦补偿信号强度，取值0~4095对应电机额定电流峰值。

转矩补偿初始相位和幅值可通过试验得到最佳振动抑制效果。调试中先加一个较小的补偿幅值，再调整初始相位，通过使用MCEDesigner的波形跟踪功能来监视速度反馈，观察补偿效果。确定一个补偿效果较好的初始相位，然后慢慢增加补偿幅值观察最终效果。调试过程中要保持压缩机转速和吸排气压差的稳定。

从600~2310RPM选取了数个转速进行试验，增加转矩补偿后，转矩波动得到明显抑制，特别是900RPM以下的转速，不加转矩补偿，转速波动很大，在±300RPM左右。

试验数据如表1和表2所示。

由图2可知，在2000RPM转速以上，压缩机运转平稳，在低于1200RPM转速后，转速波动明显增大，增加转矩补偿后，速度波动有所改善。

压缩机在1350RPM转速下转矩补偿对振动影响如表3所示。

增加转矩补偿后，振动得到了明显的抑制，减少量基本在40%左右，效果明显。

由图3可知，增加转矩补偿后，二次侧的能效比明显降低，比没有补偿的条件下COP低3%左右。

在单转子压缩机低速运行下增加转矩补偿能够有效地抑制压缩机的转速波动、振动及噪音，但补偿电流的加入会增加压缩机的输入功率，降低能效比。