浅谈过零补偿控制原理

金德武

(珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070)

浅谈过零补偿控制原理

金德武

(珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070)

讨论家用空调的交流电机采用过零补偿方式的控制技术，当发生过零信号丢失情况可以使交流电机继续稳定工作，杜绝出现风机抖动现象。

过零；补偿控制

为了保证空调的正常运转，达到制冷和制热能力的平衡，必须保证室内风机的转速能够满足系统的要求，并保证转速的稳定。空调的室内风机采用交流电机(例如：PG电机)。

目前针对空调的交流电机的控制过程为：通过过零检测电路检测出供电电源的过零点作为计时基准，检测交流电机的实际转速与目标转速之间的差值，根据差值确定交流电机的驱动电路中可控器件（如固态继电器和双向可控硅）的导通时间，通过调整可控器件的导通时间改变交流电机的输入电压，从而将交流电机的实际转速调整至与目标转速一致。

但是，时常会出现当供电电源的电压不稳或者干扰较大时，导致过零检测电路不能正确地检测到过零点，从而引起交流电机抖动和产生异响等问题。为解决此类问题，发明一种采用过零补偿方式的交流电机控制技术。本文介绍过零补偿的工作原理、过零检测电路相关控制方法。

1 过零检测电路介绍

过零检测电路的一种结构如图1所示，其工作过程为：供电电源经变压器T1降压后，先经过整流桥（由二极管D1、D2、D3、D4构成）、二极管D5和二极管D6进行整流，形成脉动直流波形，再经过电阻R1、R2和R3进行分压，之后经过电容C1滤除高频干扰成分。三极管Q2的集电极与控制装置连接，当三极管Q2基极处的电压大于0.7V时，三极管Q2导通，在三极管Q3的集电极形成低电平；当三极管Q2基极处的电压小于0.7V时，三极管Q2截止，三极管Q2的集电极经过电阻R4上拉至高电平。根据供电交流电源的特性，可在三极管Q2的集电极得到供控制交流电机使用的过零点信号。

2 交流电机常规控制方式的弊端

现有的针对空调交流电机的控制方式具体为：交流电机的控制装置与过零检测电路连接，控制装置获取过零检测电路输出的信号，当控制装置检测到过零检测电路输出过零信号时，延时一段时间之后开启交流电机，该延时的时间根据交流电机的实际转速和目标转速确定。

当供电电源稳定时，过零检测电路产生整流后的电压波形和过零信号的波形如图2所示，当供电电源的电压不稳或干扰较大时，过零检测电路产生整流后的电压波形和过零信号的波形如图3所示。通过图3可以看到，当供电电源的电压不稳或干扰较大时，过零检测电路会出现丢失过零信号的现象。

由于控制装置将检测到过零信号的时刻作为后续开启交流电机的计时基准，因此当过零检测电路丢失过零信号时，会导致在应该开启交流电机的时刻未控制交流电机开启，从而导致交流电机转动不稳，出现抖动现象。

3 具有过零补偿功能的交流电机控制方式及注意事项

3.1 控制方式

针对上述交流电机常规控制方式的弊端，可采取在常规控制方式中增加过零补偿功能解决。具体方式为：

在检测到过零信号后，延时一段时间（根据交流电机的实际转速和目标转速确定）之后开启交流电机，同时还要判断在此次检测到过零信号后的预设时间内（当供电电源正常时，在该预设时间内可以再次检测到过零信号）是否再次检测到过零信号，当确定未检测到过零信号时，在相应的时刻控制交流电机开启。具有过零补偿功能的控制方法流程图参见图4，该控制方法包括：

步骤S1：按照预设策略获取交流电机的实际转速，根据交流电机的实际转速和目标转速确定第一时间。

其中，第一时间为检测到过零信号后控制交流电机开启所等待的时间。通过调整交流电机在供电电源的过零点后的开启时间可以调整交流电机的输入电压，从而调整交流电机的转速。通过电机转速检测电路检测交流电机的实际转速，控制装置与电机转速检测电路的输出端连接，控制装置按照预设策略从电机转速检测电路获取交流电机的实际转速。

步骤S2：获取过零检测电路输出的信号。

过零检测电路的输出端与交流电机的控制装置连接，控制装置实时获取过零检测电路输出的信号。以图1所示过零检测电路为例，三极管Q2的集电极与交流电机的控制装置连接。

步骤S3：在检测到过零检测电路输出的过零信号后，当延时时间达到最近一次确定的第一时间时，开启交流电机。

当检测到过零检测电路输出的过零信号后，将接收到过零信号的时刻作为计时基准，在延时时间达到最近一次确定的第一时间后，向交流电机的驱动电路的可控器件（如固态继电器或双向可控硅）发送控制信号，以控制可控器件导通，从而开启交流电机。需要说明的是，在供电电源过零点的时刻，可控器件自动关断，从而关闭交流电机。

步骤S4：判断在检测到过零检测电路输出的过零信号后的第二时间内，是否再次检测到过零检测电路输出的过零信号，若否，执行步骤S5。

步骤S5：在距离最近一次检测到过零检测电路输出的过零信号的时间达到第三时间时，开启交流电机。

其中，第二时间大于第四时间，第三时间为第四时间和最近一次确定的第一时间的和。第四时间由空调的供电电源的频率确定，当空调的供电电源为50Hz时，第四时间为10ms，当空调的供电电源为60Hz时，第四时间为8.3ms。作为优选方案，第二时间可以为9.1ms至10.8ms。

在检测到过零检测电路输出的过零信号后的第二时间内，如果未再次检测到过零检测电路输出的过零信号，说明过零检测电路丢失了过零信号。此时，虚拟补偿一个电机驱动信号，在理想状态下，两个过零信号之间的间隔为第四时间，因此在距离最近一次检测到过零检测电路输出的过零信号的时间达到第三时间时，要控制交流电机开启。

这里需要说明的是，在执行步骤S4后，如果确定在检测到过零检测电路输出的过零信号后的第二时间内再次检测到过零信号，也执行步骤S3。

3.2 具体说明

下面结合图5进行具体说明：

在供电电源第一次过零时，过零检测电路输出一个过零信号，控制装置在检测到该过零信号后，开始计时，当计时值达到最近一次确定的第一时间T1后，向交流电机的驱动电路的可控器件发送控制信号，以控制可控器件导通，从而开启交流电机。

同时，控制装置判断在检测到该过零信号后的第二时间T2内是否再次检测到过零信号。由于第二时间T2大于第四时间T4，因此如果在第二时间T2内没有检测到过零信号，说明过零检测电路丢失了一个过零信号。之后，控制装置在距离最近一次检测到过零信号的时间达到第三时间T3时，向交流电机的驱动电路的可控器件发送控制信号，从而开启交流电机。

图1 过零检测电路的一种结构

图2 供电电源稳定时的波形图

图3 供电电源的电压不稳或干扰较大时的波形图

该第三时间T3是以最近一次检测到过零信号的时刻为计时基准的。当供电电源稳定时，在距离最近一次检测到过零信号的时间达到或近似达到第四时间T4时，过零检测电路会输出一个过零信号，控制装置在距离检测到该过零信号的时间达到第一时间T1时开启交流电机。当控制装置确定过零检测电路丢失了一个过零信号时，要在距离理论上检测到过零信号的时间达到第一时间T1时开启交流电机，也就是在距离最近一次检测到过零信号的时间达到第四时间T4和最近一次确定的第一时间T1的总和时开启交流电机。

这样在供电电源的电压不稳或者干扰较大导致过零检测电路丢失过零信号的情况下，可以在供电电源过零后的相应时间开启交流电机，避免出现交流电机在应开启的时刻未开启的现象，从而保证交流电机可以稳定转动。

实施中，可以按照多种策略获取交流电机的实际转速。例如：按照预设时间间隔获取交流电机的实际转速，或者在每次开启交流电机后，获取交流电机的实际转速。

另外，根据交流电机的实际转速和目标转速确定第一时间的操作，可以采用以下方式：计算交流电机当前转速和目标转速之间的转速差值；依据预设的转速差值与交流电机运行时间之间的对应关系，确定与差值对应的运行时间作为第一时间。

3.3 注意事项

该补偿方案仅针对偶尔丢失一个过零信号的情况进行补偿，对于连续丢失两个及以上过零信号情况则仅能补偿首个丢失的过零信号。因为若是连续丢失两个及以上过零信号，则已说明供电电源出现了严重异常，已不能再正常使用，需要进入相关保护措施。

4 结语

（1）在交流电机控制方式中增加过零补偿方案，可杜绝因电源异常而出现的风机抖动现象；

（2）该控制方法仅通过软件方案实现，无额外成本增加；

（3）该控制方法软件设计方案模块化独立、可移植性强，易被其他同类设计移植借用。

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

图4 具有过零补偿功能的控制方法流程图

图5 增加过零补偿功能后的波形图