变频空调控制系统的设计与实现

论文摘要

空调压缩机是空调器的核心部件。传统定速空调器中压缩机采用简单的开关式控制,电能损耗、室温波动及噪音都很大,压缩机容易受冲击损坏。将变频调速控制技术应用于压缩机,实现了减少压缩机开停次数,降低室温波动,提高舒适度等目标；获得了更好的空气调节效果；达到了节能降耗的目的。针对某种新型的户式空调系统,本文完成了空调变频控制系统的设计与实现。首先介绍了户式变频空调系统总体结构设计和工艺流程的设计,设计了控制系统的整体结构。通过分析研究压缩机电机的数学模型和电压型逆变器的电压矢量输出组态,提出了压缩机电机的磁场定向矢量控制方法,通过控制定子电流矢量在旋转坐标系的位置及大小,即控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小,实现像直流电动机那样对磁场和转矩的解耦控制,并对压缩机磁场定向控制进行了仿真研究,达到了预期的控制效果。并通过研究SVPWM空间矢量调制技术,提出了系统实际采用的基于SVPWM调制技术的V/F压缩机变频调速控制方法。设计了控制系统硬件电路：包括主控制板电路,变频驱动控制电路模块,电源模块,显示模块等等,并成功进行了运行调试。硬件电路采用意法半导体高性价比的ST7单片机作为核心处理器,设计实现了变频空调主控制程序软件以及变频空调压缩机驱动控制系统软件,包括了主流程控制程序,变频驱动控制程序,空间矢量调制程序,信号采样控制程序,电子膨胀阀控制程序,显示程序,通讯程序,系统保护及故障处理程序等。通过在实际空调系统中实验调试的结果表明：本文研究实现的空调变频调速系统达到了预期要求,控制系统的引进提高了温度控制的精度和效率,变频驱动系统在实验负载条件下能够进行很好的变频调速,电压输出波形符合理论分析结论,电流输出为三相对称正弦波,符合控制要求,基本无振荡,控制系统大大改善了户式空调的温控效果,符合最初的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 变频空调的特点及发展概述
• 1.3 变频空调相关技术研究现状和发展趋势
• 1.3.1 压缩机变频驱动技术
• 1.3.2 制冷/制热过程控制技术
• 1.4 本论文课题来源以及完成的研究工作
• 第二章 新型变频空调控制系统结构总体设计及压缩机电机驱动控制研究
• 2.1 变频空调系统控制原理
• 2.1.1 本系统空调工艺流程
• 2.1.2 控制系统压缩机工作流程
• 2.2 变频空调控制系统整体结构设计
• 2.3 压缩机电机驱动控制
• 2.3.1 压缩机交流异步电机的数学模型
• 2.3.2 压缩机交流异步电机模型坐标变换
• 2.3.3 空间矢量调制（SVPWM）算法
• 2.3.4 压缩机交流异步电机磁场定向矢量控制算法
• 2.3.5 压缩机异步电机磁场定向矢量控制仿真
• 2.3.6 基于空间矢量调制（SVPWM）算法的V/F控制
• 2.4 本章小结
• 第三章 变频空调控制系统的硬件实现
• 3.1 控制系统主控制板硬件电路
• 3.1.1 最小系统电路
• 3.1.2 开关量输入输出电路
• 3.1.3 模拟量输入电路
• 3.2 压缩机变频驱动控制系统硬件电路
• 3.2.1 主功率电路的设计
• 3.2.2 控制部分电路设计
• 3.3 显示板硬件电路
• 3.3.1 显示板最小系统电路
• 3.3.2 键盘和显示电路
• 3.4 电源板硬件电路
• 3.4.1 TOP222Y介绍
• 3.4.2 高频开关电源电路
• 3.5 本章小结
• 第四章 变频空调控制系统的软件实现
• 4.1 主控制系统控制程序的研究和实现
• 4.1.1 主控制程序设计
• 4.1.2 信号采样控制程序
• 4.1.3 电子膨胀阀的控制
• 4.2 变频驱动模块软件设计
• 4.2.1 变频驱动控制主程序流程设计
• 4.2.2 变频驱动开始控制子程序
• 4.2.3 故障保护子程序
• 4.3 显示板程序设计
• 4.3.1 键盘子程序
• 4.3.2 数码管显示子程序
• 4.4 本章小结
• 第五章 变频空调控制系统的实际运行
• 5.1 控制系统整体实物图
• 5.2 实验结果相关波形分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作
• 致谢