变频控制在空调暖通产品的挑战与解决方案 佛山市顺德区和而泰电子科技有限公司 2019年3月 Version 2019 1

目录 1、顺德和而泰公司简介 2、变频空调产品面临的挑战 3、技术平台体系 PMSM电机驱动方案 有源PFC驱动方案 驱动方案开发工具 2

公司背景 研发实力 顺德和而泰是深圳和而泰智能控制股份有限公司（股票代码002402） 的控股子公司，专注于变频家电、电动工具类控制器产品的开发。 是多家国内国际知名电器企业的供应商，出口向的变频空调控制器产品 累计200多万套。 研发实力 顺德研发团队经过多年努力，已经形成从硬件设计、软件设计、热设计等三个维度的产品开发体系。至2018年公司已成功获得11项发明专利、10项实用新型专利授权；另有10项软件著作权。

Inverter Air-Condition Controller Home Inverter Air-Conditioner ODU Controller Home Inverter Air-Conditioner IDU+ODU Controller PFC: Active PFC & PF>0.99 & Average current control Motor Control: Sine wave FOC control for PMSM Monitor: Can monitor the status with PC tools Zone: Europe/Europe/Middle East/ Russia/China etc Standard: IEC/GB Protection: Over Voltage/Current/ temperature Protection ODU + IDU 160~265VAC input 9K/12K/18K/24K BTU Integrated PCBA With PFC Reactor AC Fan/DC Fan & EEV 1200rpm~7200rpm 160~265VAC 50/60HZ input 1500W Power max 9K/12K BTU 1HP/1.5HP Integrated PCBA AC Fan/DC Fan & EEV 1200rpm~7200rpm Automotive Inverter Air-Condition Controller Motor Control: Sine wave / Trapezoid Control Protection: Over Voltage/Current/ temperature Protection 160~265VAC 50/60HZ input 2000W Power max 18K BTU 2HP Separated EMI filter AC Fan/DC Fan & EEV 1200rpm~7200rpm 35A input Current max 700rpm~5000rpm 24Vcontroller: 18~32VDC input 800W Power max 48Vcontroller: 40~72VDC input 1400W Power max 160~265VAC 50/60HZ input 3000W Power max 24K BTU 3HP Separated EMI filter AC Fan/DC Fan & EEV 1200rpm~7200rpm Automotive DC/DC Boost Power Controller 60A input Current max 24V/48V power: 18V~32V input / 48VDC output 1200W Power max 24V/72V power: 1600W Power max 160~265VAC 50/60HZ input 6000W Power max 48K BTU 4-6HP Separated EMI filter &E-Caps 1200rpm~7200rpm

深圳厂区展示

变频空调产品开发面临的挑战 机型多、耗时长、难管理 成本敏感、可靠性要求却很高 如何方便地实现“设计-验证”的闭环 提高软件工程效率 压缩机调参数 (各种保护点、转矩补偿) 机型多、耗时长、难管理 成本与性能优化(选型、参数、热设计) 成本敏感、可靠性要求却很高 功能与新算法的开发 如何方便地实现“设计-验证”的闭环 代码的可重用性和可维护性 提高软件工程效率 产品研发过程的便利性辅助工具 提高系统开发效率，便于客户使用

HeT 技术平台体系 硬件设计 热设计 软件设计 原理和参数设计和仿真 根据损耗选择器件 软件算法设计和仿真 参数余量设计 功耗计算 代码实现（C或汇编） 参数余量测试 散热器设计 C代码仿真 产品测试 热仿真和实测 MCU实现和PC监控

硬件技术 软件设计 开关电源及其 变压器设计 PFC硬件设计 及其参数计算 Bode图工程分析 及其PI参数计算 PFC电抗器设计 电机运行状态 及其电参数计算 PFC 闭环分析 及其参数计算

热设计 散热器设计 和优化 功率器件 及其热仿真 器件内部 热仿真 软件设计 给E客户做的散热器设计和仿真例子：

软件设计 自适应 转矩补偿设计 平均电流法 PFC算法设计 单周期 PFC算法设计 自适应 PFC算法设计 基础FOC 算法设计 位置 估算算法设计 自适应 转矩补偿设计 FOC Arithmetic simulation of PMSM MRAS Estimate for Rotor position angle PMSM phase current and position angle wave

算法设计 第一步 算法原理分析 第二步 算法仿真 第三步 代码实现和代码仿真 第三步 MCU实现和PC监控 SVPWM 算法 空间矢量分析 设计和仿真 SVPWM 算法 C实现和C代码仿真 SVPWM 算法 PC监控软件监控

PMSM驱动方案 — 特点 ● 最大转矩电流比控制（MTPA）：线性化的MTPA控制技术 ● 自动转矩补偿控制：自动寻找补偿角度和幅值 ● 自动转矩补偿控制：自动寻找补偿角度和幅值 ● 自动弱磁控制：根据需求直接补偿弱磁电流 ● 双重矢量限制保护技术：控制器电流极限圆和电压极限圆限制 ● 超低频启动技术：0HZ启动技术（兼容传统三步启动） ● 电机宽范围运行 ：5HZ~120HZ（极限范围1HZ~150HZ）

变频电机驱动方案—MTPA控制技术 实测MTPA控制矢量图 转速4000rpm实测电流矢量图 转速10~60HZ 实测MTPA曲线 d轴电流(A) q轴电流(A) 超前角度 10 3.83 -0.113 3.828 1.695 15 5.583 -0.283 5.578 2.446 20 6.798 -0.335 6.789 2.997 25 8.385 -0.543 8.367 3.713 35 10.003 -0.773 9.973 4.435 40 11.005 -0.937 10.965 4.877 45 11.835 -1.086 11.785 5.265 50 12.508 -1.211 12.449 6.18 60 14.08 -1.535 13.996 6.26 压机：三菱MNB36FAAMC LD电感：1.9mH LQ电感：2.8mH 发电系数：66.5V/KRPM 运行频率：4000rpm 电流矢量：14.163A D轴电流：-1.551A Q电流：14.078A 超前角：6.286° 转速4000rpm实测电流矢量图 转速10~60HZ 实测MTPA曲线

变频电机驱动方案—自动弱磁技术 ● 良好的动态性能 ● 自动进入和退出弱磁 ● 按需调节弱磁深度 弱磁时实测电流矢量图 压机：三菱MNB36FAAMC LD电感：1.9mH LQ电感：2.8mH 发电系数：66.5V/KRPM 运行频率：5000~6000rpm 弱磁时实测电流矢量图 弱磁时实测磁链运行轨迹

变频电机驱动方案—自动转矩补偿技术 自动寻找补偿角度 自动补偿幅值 已在H公司出口机型批量使用 压机：美芝ASK89D53UEZ1 在20HZ时补偿前和补偿后转速波动和电流波形对比

变频电机驱动方案—双重矢量限制保护技术 电机运行极限电流圆和电压源采用限幅保护 电流圆限幅由速度环限幅器实现 电压圆限幅器由电压矢量限制模块实现 增加系统的可靠性

变频电机驱动方案—超低频启动技术 ● 电机实现0HZ闭环启动，重载启动性能优越 ● 兼容传统启动技术，通过参数配置选择 0HZ启动实测波形 传统启动实测波形

变频电机驱动方案—电机宽范围运行 可实现超低频运行,可实现超高频运行(1HZ~150HZ)

PFC驱动方案—特点 平均电流法控制 软启动技术 宽载频调制：15KHZ~60KHZ 宽负载PFC：300W~8000W 部分和全程自动切换

PFC驱动方案—平均电流法 ● PFC平均电流法控制 ● 电压环和电流环采用比例积分调节器控制 ● PFC前馈补偿电流交越失真和电压动态性能

PFC驱动方案—软启动技术 PFC启动采用电压环斜坡和电流环斜坡实现软启动 PFC启动过程从部分PFC向全程PFC转换，实现母线电压和电流无突变启动 保证启动的可靠和安全，提高PFC开关和母线电压调节的安全 PFC启动时的电流和母线电压波形

PFC驱动方案—宽负载和宽载频 ● PFC负载范围：300W~8000W ● PFC载频范围：15KHZ~60KHZ 电感：3mH，电容：1600uF 载频：20KHZ 低速IGBT： FGW75N60HD 电感：3mH，电容：1600uF 载频：60KHZ 高速IGBT： IG30N60H3 5000W 载频20KHZ PFC电压电流波形 900W载频60KHZ PFC电流波形

驱动方案开发工具—使用简介 ●代理软件：XMC4100_HET_Agent.eww（IAR工程格式） ●参数配置工具：XMC4100_ParmWizard.exe ●参数调试工具：XMC4100_ParmDebug.exe ●输出参数表：XMC4100_Parameters.xlsx Bin文件 烧录EEPROM

驱动方案开发工具—参数在线调整器 ● 参数调试工具：XMC4100_ParmDebug.exe ● 可以观测变频算法任意一点信号波形，支持双通道虚拟示波器 ● 可以绘制电机矢量图，电机运行状态和PFC输入输出检测 ● 实现电机和PFC开关机控制，速度调整，故障监控、转矩补偿调试 ● 对XMC4100_ParmWizard.exe生成的参数在线整定 ● 整定后的参数可以保存标准的excel格式： XMC4100_Parameters.xlsx

驱动方案开发工具—参数在线调整器 电机运行状态监测 电机在6000rpm时实测电流、电压、磁链矢量图 压机：美芝ASK89D53UEZ1 电阻：1.175ohm 电感：Ld =7.6mH Lq=10.9mH 发电系数：66.3V/KRPM 电机在6000rpm时实测电流、电压、磁链矢量图

驱动方案开发工具—方案设计和仿真 MATLAB实现对PI前馈矫正系统波特图分析 ● 设计和仿真工具：MATLAB ● 实现对变频方案的数字化设计和仿真 ● 实现对变频算法代码的设计和仿真 MATLAB实现对PI前馈矫正系统波特图分析

驱动方案开发工具—方案设计和仿真 ● MALAB对代码设计和仿真 ● 低通滤波器XMC4000 代码封装库

驱动方案开发工具—方案设计和仿真 MALAB对变频算法的设计和仿真 MATLAB实现FOC设计和仿真转速和相电流波形

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