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在变频空调风机中永磁同步电机矢量操控计划的运用

发布时间:2022-03-11 16:38:05 来源:kok体育竞猜

产品介绍

  以其节能、室内温度更安稳、噪音低、舒适度更高的特色得到快速的开展,成为往后空调开展趋势已成业界一致。

  变频空调一般是指空调压缩机及其电扇的变频操控,多选用永磁同步电机矢量操控的计划。现在空调风机大多仍是选用单相沟通电机的定频风机,这种单相沟通风机接入单相沟通电源就可作业,具有结构简略、牢靠的长处,可是也有不能进行无极调速和风机功率比较低一级缺陷。为了进一步进步变频空调功用,当时已有空调厂家开端对空调风机也进行变频操控,真实完成空调的全变频操控。

  永磁同步电机(PMSM),功率密度高体积小,结构简略,选用矢量操控(FOC),具有动态呼应快,功率高、噪音低及安全牢靠的特色,很合适运用在空调风机中,完成空调风机的变频操控,下面介绍一种永磁同步电机矢量操控在变频操控风机中运用的计划。

  此变频空调风机计划选意图法半导体公司STM32(ARM :Cortex-M3) MCU 渠道,永磁同步电机(PMSM)矢量操控(FOC)计划运用单电阻(Single Shunt)的电流检测和无方位传感器(Sensor-less)的速度方位检测来完成。

  体系结构如图1所示,MCU选用STM32F103C6T6;功率模块驱动选用3片L6390D,每个L6390D都内置有运放、比较器及智能关断维护电路,运放可以用来扩大采样电流,比较器及智能关断维护电路可以用来完成电机过流维护;IGBT为6片STGDL6NC60D。

  L6390D自带的智能关断功用可完成过电流维护电路(OCP),加上过电压(OVP)和欠电压(LVP)等维护功用,使体系作业安全牢靠。

  永磁同步电机的矢量操控,具有动态呼应快,稳速精度高,功率密度大,功率高,噪音低一级特色,是一种高功用的电机操控体系。矢量操控运算需求获取电机三相电流和精确的转子方位信号,一般运用电流传感器和方位速度传感器,这增加了体系的本钱。对风机这类负载,负载相对安稳、起动力矩不大的运用,选用廉价的单电阻电流采样和无方位传感器永磁同步电机的矢量操控计划,既有永磁同步电机的矢量操控的长处,到达运用功用;一起又可到达低本钱的方针。

  为了下降体系本钱,本计划选用了先进的单电阻采样技能。一般来讲,矢量操控算法需求收集电机至少两相电流,但单电阻采样只需求收集负母线的电流即可。

  图3是单电阻采样的框图,关于桥臂的每一个开关状况,其流过的电流状况如表1所示。在表1中,“0”表明开关管关断,而“1”表明导通。因为电流在一个PWM周期内简直不变,因而只需求在一个PWM周期内采样两次即可得到该时刻电机每一相电流的状况,因为三相电流之和为零。

  单电阻采样会遇到一些应战,空间矢量脉宽调制器(SVPWM)在空间矢量的扇区鸿沟和低调制区域的时分,会存在占空比两长一短和两短一长以及三个简直相同长的时刻。这样的话,假如有用矢量继续的时刻少于电流采样时刻,则会犯错。本计划采纳的办法是在相邻鸿沟的时分刺进固定时刻的有用矢量,而在低调制区域的时分,选用的是轮番刺进有用矢量的办法。刺进有用矢量会给电流波形带来失真,这种状况下需求经过软件来进行补偿。

  单电阻采样的长处除了下降体系的本钱,还有便是它检测三相电流时都依据相同的增益和偏移,一致性好。缺陷也是显着的,关于MCU来说,算法杂乱了其运算时刻要增大,代码比三电阻也要长一些;关于电流检测而言,其波形失真比起三电阻办法来说,要略微大一些。其具体的比照如表2所示。单电阻采样的功用关于变频空调的运用是彻底可以担任的,并且本钱低价,这也便是为什么大部分家电厂家都乐意挑选单电阻采样的原因地点。

  MTPA(每安培电流最大转矩)操控,也便是体系功率最优操控,下面等式为永磁同步电机的力矩方程,永磁同步电机力矩:包含同步力矩和磁阻力矩。

  永磁同步电机从电机结构上来分,可分为磁钢表贴式和内置式两种。表贴式永磁同步电机(SM-PMSM),直轴电感等于交轴电感(Ld = Lq);而内置式永磁同步电机(I-PMSM), 直轴电感小于交轴电感(Ld Lq)。

  内置式永磁同步电机,Ld一般小于Lq,存在同步力矩和磁阻力矩,当ids小于零时,可以使用磁阻力矩使体系功率最优。内置式永磁同步电机MTPA功用暗示如图5。

  为进步空调舒适度,对空调体系的噪音目标有严厉的要求,也是点评一个空调质量好坏的重要目标。关于功率不大且为首要噪音源之一的空调风机,低噪音显得尤为重要。

  具有正弦型反电动势或气隙磁场的永磁同步电机(正弦波永磁电机PMSM),选用FOC矢量操控,输入正弦的定子相电压和定子相电流可发生安稳的输出力矩,具有低噪音的特色。可是,在运用中发现,正弦波永磁电机反电动势很少能难到达抱负的正弦型,有的爽性便是一个反电动势为梯形波的永磁同步电机(方波永磁电机BLDC),这种电机选用FOC矢量操控,会使定子电流畸变而发生电机噪音。

  针对反电动势波形介于PMSM和BLDC之间这类永磁电机选用矢量操控,专门参加噪音消除功用模块,经过参加N次谐波补偿的方法,使定子电流更挨近正弦,然后到达消除或降噪的意图。下面是定子相电流波形得到了很好的改进,噪音得以显着的下降。

  关于空调室外风机,因为风机在室外,有必要保证在各种自然条件的影响下能正常作业,特别是强风的影响下,风机可以正常起动、运转或报警。关于无方位传感的永磁同步电机矢量操控,因为动态呼应快的特色,正常运转阶段在强飓风下也可以正常作业。可是因为没有方位传感,需求有一个开环起动进程,来建立起转子方位和速度信号,这个起动进程力矩是比较小的,在强飓风影响下,很难保证风机能牢靠的起动。

  为了抗飓风,除了尽可能增大风机起动力矩外,本计划还增加了抗飓风起动功用模块,保证风机可以成功起动或给出强飓风报警信号。风机在停机时,强风吹动下风机的转速和方向跟风力的巨细及风向有关,风机能否成功起动首要和起动前风机的风速相关。这样,首要需求经进程序检测出风机起动前的初始转速和方向,然后依据监测成果进行不同的起动进程处理,可分为如下三种状况:

  经过模仿强飓风测验,体系可以安全地起动和运转,一起在实践的室外环境测验中,在强风环境下起动、运转的功用也得到了验证。

  为了保证风机正常起动、运转,每次电机起动前都要进行电机缺相检测,经过相应的功用函数检测出风机三相线相逆变桥是否无缺,假如检测到缺相,则中止风机起动并报缺相警报,保证风机每次进入起动程序后都可以成功,一起使体系具有相应的错误诊断才能。

  本文介绍的永磁同步电机的矢量操控计划,具有体系作业安稳牢靠,功率高、低本钱,节能及噪音小等特色,彻底可以满意空调风机的实践运用要求。