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永磁无刷直流电机在变频空调压缩机中的应用.pdf

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第20卷第1期Vol. 20 No. 1 湖 北 工 业 大 学 学 报Journal of Hubei University of Technology 2005年02月 Feb.2005 [文章编号]1003- 4684(2005)02-0041-03永磁无刷直流电机在变频空调压缩机中的应用 程 琼,陈红兵(湖北工业大学电气与电子工程学院,湖北 武汉430068) [摘 要〕永磁无刷直流电动机是新一代高性能的驱动电机,它高效、节能、控制简单,已在变频空调压缩机中得到很好的应用.〔关键词〕永磁无刷直流电动机;变频空调;调速【中图分类号」TM330. 3 〔文献标识码〕:A ABC 目前,变频空调压缩机驱动电机为单相异步电动机或直流电机,因为异步电动机存在转差损耗,直流电机电刷的存在使得其故障率高、使用寿命低,所以异步电动机和直流电动机都不是空调压缩机的理想部件.永磁无刷直流电动机(BLDCM)是新一代高性能的驱动电机,很好地克服了这些缺点,一方面永磁无刷直流电机本体具有交流电动机的结构,同时又有直流电动机的速度调节性;另一方面BLDCM为永磁励磁,减小了定子无功电流,提高了功率因数.永磁无刷直流电动机广泛运用于空调机、空气压缩机、风机等家用电器领域. 本文介绍了采用DSP作为控制芯片、用PWM控制下的三相逆变器驱动三相永磁无刷直流电动机来取代一般异步电动机用于空调压缩机〔’〕 得到直流电,其后串接功率因数调节器,然后采用PWM控制技术把直流电变成所需要的交流电,又因为永磁无刷直流电动机具有直流电动机的调速特性,所以只需要调节 PWM控制信号的占空比即可. 图 1 交一直一交变频电路 1 系统设计 采用三相永磁无刷直流电动机作为空调压缩机电机,同时与PWM技术相结合,开发出新型高效变频节能空调,这将为空调产品的升级换代和空调产业的技术进步起到积极的推动作用. 本文采用三相逆变器来驱动永磁无刷直流电动机的PWM控制方案[2],即利用电压型三相桥式逆变器产生方波电压给电动机供电,调节电动机的端电压来调节速度,这种方法具有较宽的调速范围,这种变频器的优点是控制简单,通用性也较强,整个系统采用双闭环结构,主电路采用交一直一交变频电路,图1所示,其中市电经过不可控桥式整流 为了节约成本和提高系统的稳定性,整个系统电流换相信号采用反电动势检测法获得,只需要简单的硬件电路,其余的由软件实现.当电动机处于较低速度时,这种检测方法不能检测到反电动势信号,所以电动机的起动必须由必要的硬件电路或相关的软件功能模块来实现〔3」.当电动机起动达到一定的速度,检测到转子位置信号后,再切换自控运行状态〔4-51.这样不仅可以简化控制电路,还可以降低开发费用,有利于企业和用户接受.主电路逆变部分采用IGBT功率元件所构成的三相逆变桥,前置驱动保护电路由IR2316芯片和适当的外围电路构成,这样不仅能减小应用系统的体积和工作噪声,提高系统的可靠性及控制效率,还能有效地缩短应用系统的开发时间困. 数字控制单元主要负责转子位置信号的检测、 [收稿日期〕2004-05-06「作者简介〕程 琼(1959-),女,湖北武汉人,湖北工业大学副教授,研究方向:电力电子与电力传动. 万方数据 湖 北 工 业 大 学 学 报 2005年第 1期 速度算法、生成PWM驱动信号以及保护信号的处理等.数字控制单元的核心部件采用专用电机控制芯片DSP (MS320LF2407). DSP速度快,构成控制系统所需外设较少,而且功能强大,产品升级也很容易.先进的控制方法可应用到变频空调中.采用三相永磁无刷直流电动机、IR2316功能模块和DSP等元件组成的系统作为变频空调的压缩机及其控制系统,生产出来的变频空调不仅高效节能,价格也颇具竞争力.1.1 控制原理 变频器采用交一直一交PWM三相桥式拓扑结构的电压型变频器,整流电路为不可控的,调压由逆变电路实现.在这个逆变电路(图1)中,6个开关元件及辅助开关(防止短路)组成了一个三相桥式逆变电路,逆变器桥臂的上下开关元件在任何时刻不 能同时导通.不考虑死区时,上下桥臂的开关呈互补导通,A,B,C为输出的三相电压.交替打开和关断这6个开关就可以在输出端得到三相交流电源,通过对6个开关的控制就可以控制加在电动机上的电压川. 整个控制系统由一个电流环和一个速度环组成,首先检测电路得到电动机的端电压信号,这些信号经DSP处理后得到位置信号[s7,此信号再经过速度算法获取速度v,此速度与参考速度二,,的偏差送人电流调节器形成参考电流I,ef, 1,,与检测到的电枢电流I比较形成偏差电流,再经过调节器后其输出由DSP处理后形成占空比可调的PWM驱动信号,用此信号来驱动压缩机,其
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