空调用无刷直流电机的控制方式

甘峰

摘要：目前很多空调生产厂家都已经采用直流无刷电机作为压缩机驱动电机，它克服了采用异步电机作为压缩机驱动电机效率与功率因数较低，噪声较大的缺点，且不受电源频率限制，压缩机的额定转速可以设计得较高，既可优化压缩机的运行功率.又可减小压缩机的体积。鉴于此，本文主要分析空调用无刷直流电机的控制方式。

关键词：空调；无刷直流电机；控制

中图分类号：TU756 文献标识码：A

1、无刷直流电机的特点

核检修设备一般都是在对内部的关键设备进行检修时使用，由于辐射环境的影响，其一旦发生故障会对设施产生损伤，并会给设备使用及维护人员增加额外的辐照剂量。从保护和人员安全的角度出发，核检修设备的可靠性和可维修性一直都是体现核安全的重要特性之一。核检修设备的驱动方式一般分为电机驱动、气压驱动和液压驱动。其中，电机驱动的应用最为普遍。因此，选择核检修设备的驱动电机就显得尤为重要。交流电机结构简单，易于维护，但相对效率和可调节性都不高；有刷直流电机由于电刷换向时的物理接触，会产生噪声和电磁干扰，而核检修设备主要利用超声和涡流两种无损检测方法，噪声和电磁干扰会严重影响超声和涡流信号。随着无刷直流电机性能的提升，其效率高、干扰少、维护简单的优势越来越明显，因此其在核检修设备上的应用也越来越广泛。核检修设备种类众多，运动方式也是多种多样，有的需要往复运动，有的需要在检修对象上按路径规划不断变换姿态，这些都需要电机频繁的进行方向切换，因此转速和转矩的动态响应比较重要。

2、空调中无刷直流电机控制系统

2.1、系统硬件组成

无刷直流电机等效电路。功率逆变电路由6个功率开关管和6个二极管并联构成分别连接到电机的三相绕组上，三相绕组是星形连接的方式，电路中Us是电源电压，LM是等效电感，6个功率开关管的状态由转子的位置来决定。定子上的三相绕组必须要按照一定的顺序持续换相通电形成改变的磁场转矩拖动转子转动。电机的准确换相需要清楚转子的位置，转子位置的检测可用位置传感器获取，或者使用无位置传感器技术。本文采用无位置传感器技术来获取转子的位置以确定换相，调整电机三相绕组通电的顺序，完成电机的转动。

2.2、MotorolaMC68HC908MR32芯片简介

在空调室外机系统的设计中.选用Motorola公司的MC68HC908MR32芯片。该芯片具有以下主要特征：32K字节的内部程序FLASH；768字节RAM；6通道12位的PWM电机控制模块，可作为3路互补PWM信号输出，或作为6路独立PWM信号输出，PWM波极性控制，PWM输入软件控制和可编程故障保护，作为互补输出时可以插入死区时间；SPI和SCI接口各1个；6通道16位的定时器模块，可以分别定义成输入捕捉、输出比较和PWM三种功能，在作为输入捕捉功能时，可以捕捉上升沿脉冲、下降沿脉冲或两者同时捕捉，此功能为检测反电势过零点提供了便利；10通道10位AD转换器。

2.3、功率和驱动电路

功率器件采用IR公司的IGBT-IRG4BC30UD。具有快恢复二极管的Irg4bc30ud处于硬开关状态，可以在开关频率8·40k之间工作。打开时，集电极与发射极之间的典型压降为1.95V，且器件表面温度不超过100℃，12A的电流可连续工作。该驱动设备使用IR公司的高压浮动栅极驱动电路IR2135。IR2135是一款三相桥式驱动电路，其输出引脚最大输出电流可达200mA，最大注入电流可达420mA，开关时间为700ns，死区为200ns。IR2135可用于三相组合和单相，具有低电压和过流锁定功能，具有输入不平衡保护功能。IR2135还附带一个运算放大器。

2.4、反电势过零检测部分

无刷直流电机系统按照绕组反电势和电流波形分为两种类型：方波驱动和正弦波驱动。由于运动控制卡所要控制的对象为无刷直流电机，可将控制卡配置成正弦波输出的伺服电机电流输出接口形式和无刷电机轴输出方式。采用直流无刷电机的线性伺服驱动器，驱动器需要和电机的功率匹配，且可产生正弦信号驱动无刷电机运动。相对于传统的梯形波控制模式，正弦模式下电机的运动较为平稳，力矩输出也更稳定，同时可以达到更低的噪声效果。

3、空调用无刷直流电机的控制方式

3.1、PWM矩形波120°通电模式

（1）此通电模式是为了让电机卷线绕组各相的通电期间保持120°电气角，控制上臂桥与下臂桥的开关，并使电机电流按U相→V相→W相的顺序流转动作的一种电机驱动方法。（2）将转子的传感位置信号进行简单的逻辑计算，形成类似于矩形形状的驱动波形。（3）此通电模式的特点使控制电路构成简单，价格便宜；但电机卷线电流的波形不平滑，抖动较大，从而造成电机的振动噪声也较大。

3.2、正弦波180°通电模式

（1）通电模式是为了让电机卷线绕组各相的通电期间保持180°电气角，控制上臂桥与下臂橋的开关，并使电机电流按U相→V相→W相的顺序流转动作的一种电机驱动方法。（2）将转子的传感位置信号通过较为复杂的逻辑计算进行高度分解，并形成类似于正弦波形状的驱动波形。（3）通电模式的特点是控制电路的构成较为复杂，价格较高；但电机卷线电流的波形较为平滑，已接近正弦波形，故而对减低电机的振动噪声是十分有利。

3.3、双模控制技术

无刷直流电机具有众多的优势，但其也存在一些缺陷，其中一点就是其无位置传感器控制的起动技术存在缺陷，而针对这个缺陷应运而生的是通过双模式运行来对其进行控制的方法。从而使其不仅可以在有位置传感器模式下进行运行，还可以在无位置传感器模式下进行运行，当运行过程中，传感器的信号没有发生问题时，电机就使用有位置传感器模式，当传感器信号发生问题时，则使用无位置传感器模式。两种模式的相互补充，能够让电机运行的状态更加的稳固，使电机正常运行为设备提供动力。

3.4、抑制转矩脉动

在一些具体的运转中，转矩脉动问题的产生会直接对无刷直流电机在交流随动系统中的使用产生影响，转矩脉动对其运转会产生非常不好的影响，由此可见，对于转矩脉动的抑制控制非常关键，这关系到随动系统的服务性能，对无刷直流电机的影响也是至关重要的，导致这一现象的原因有三个方面。首先，由于齿槽效应和磁通畸变都会引起转矩脉动，针对这一方面可以从对电机的设计来进行弥补；其次谐波也会引起转矩脉动，这就要求相关人员对谐波进行分析，掌握其规律，减少其引起的转矩脉动；最后，相电流换向也会引发转矩脉动，针对这一问题，可以使用滞环控制来对其进行抑制，从而使转矩脉动得到相应的抑制，促使电机能够更好的运作。

总之，通过对几种典型控制电路的原理、性能及特点的对比分析，说明在实际工作中科学选择合适的控制电路设计方案，对提高电机效率、降低噪声和节省能源等，均会起到一定的作用。

参考文献：

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