直流变频技术在吸油烟机上的应用分析

摘要：吸油烟机作为家用电器中的重要组成部分，在我国家庭中有着较高的使用率，几乎每个城镇家庭中均在使用吸油烟机，能够将厨房中产生的大部分油烟吸走，维护厨房内良好的环境，提升家庭清洁度。吸油烟机之所以能够吸走油烟主要是利用风机产生的大吸力来实现，当前在吸油烟机中使用的电机主要为交流电机，本身的功率较大，且结构简单，但是本身也存在较多的缺点，包括噪音大及不节能等。为了解决这一问题，诞生了直流变频电机，对降低电机的噪音，提升工作效率作用显著。本文对直流变频技术工作原理进行介绍，提出直流变频技术在抽油烟机上应用的必要性，阐述直流变频技术在吸油烟机上的具体应用。

关键词：直流变频技术;吸油烟机;交流电源;智能功率模块

前言：

吸油烟机在人们的日常生活中使用率较高，当前市面上的大多数吸油烟机所使用的电机主要以普通交流电机为主，与直流电机相比，没有换向器，制造方便、结构简单，可制作成大电流、高电压、大容量的电机，在吸油烟机上取得了良好的应用效果。当前社会倡导节能，在节能环保背景下，交流电机已经无法满足当前的使用需求，直流电机的出现弥补了交流电机的缺陷，对提升吸油烟机性能具有重要作用。

一、直流变频技术工作原理

直流变频技术原理主要是指将50Hz和220VAC的工频交流电源转化为直流电源，将电流运送到功率模块主电路中，在单片机的控制下，能够将电压可变的直流电源输出来，以此来完成对直流电机转动的控制。由于直流变频本身无逆变环节，相较于交流变频更加省电。通过对直流变频电機的工作原理情况进行了解可知，未能展现出定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，在实际的应用过程中，有效的克服了交流电机所引发的转子损耗及电磁噪音等情况，直流变频电机的整机性能及节能效果较好，相较于交流电机效率高10%-30%，噪音的分贝低5-10分贝。在直流电机无极调速中直流变频技术取得了良好的应用效果，将直流变频技术应用于吸油烟机上，其转动可通过多档转动来实现^[1]。

直流变频技术的应用主要是使用分离元件和集成模块来实现，在实际的应用过程中使用分离器，在进行驱动电机选取上主要是以功率大小为依据，来选择MOSFET和IGBT，之后再使用外围保护电路。使用的集成模块以智能功率模块为主，在使用过程中通过将驱动电路与功率开关器件集成在一起，在内部集成有过电流、过电压及过热等故障来对电路进行检测，可在MCU中输送检测信号，其构成包括优化的门极驱动电路、高速低功耗的管芯及快速保护电路等构成，当出现使用不当及负载事故后，也能够防止智能功率模块免遭损坏。智能功率模块受过压及过流保护，完成了对直流电机堵转的硬件保护，有效的避免了电机在实际的运行过程中出现起火。

二、直流变频技术在抽油烟机上应用的必要性

第一，调速。当前，在抽油烟机上使用的交流电机，调速一般只能为三挡，而直流电机的转量为0-1500转，能够实现无极调速，为用户选取合适的转速提供了极大的便利，吸油烟机产品的使用舒适性大大提升。第二，噪音。在抽油烟机上使用交流电机，电机的启动及运转噪音均明显下降，主要是指直流变频主要是采用软启动方式，其运转状态始终处于一种平衡的状态下，能够将吸油烟机在启动时所产生的噪音消除掉。另外，用户可根据自身的实际使用需求，有针对性的选择频率，有助于确保噪音始终处于一种超低的范围内。第三，风量。直流无刷电机的启动转矩较高，并且在实际的使用期间具有负载特性硬及过载能力强等特点，在实际的应用过程中，电机所产生的转速明显大于交流电机所产生的转速，相较于交流电机风量也较大。第四，节能。在现阶段的家电发展中节能成为主要的发展趋势，在家电构成中抽油烟机作为重要组成部分，尽管每次使用的时间不长，但是由于在实际的使用过程中交流电机的效率较低，导致能耗量较大。而将抽油烟机的电机换成直流电机，则更有利于节能，试验结果显示，在相同风量下，交流电机的输出功率为180W，直流电机的输出功率仅为80W，直接电流的效率更高^[2]。

三、直流变频技术在吸油烟机上的应用

为了探究直流变频技术在吸油烟机上的应用效果及质量，本文以三恳SIM6822M吸油烟机为例，来设计直流变频方案。三恳SIM6822M吸油烟机系统构成包括前置驱动IC、输出功率元件、带限流电阻的自举二极管封装在一起，共同来形成高压三相马达用驱动IC，其内部结构构成包括：电流5A、IGBT耐压600V，6个IGBT，吸油烟机在日常的工作中所使用的功率一般为180W左右，电机的最大功率为220W，在吸油烟机型号选取上应使用IPM型号的电机，确保能够与吸油烟机的电机功率特性相符合。

智能功率模块相较于以往的MOSFET及IGBT模块电路的组件，所展现出来的特点包括以下几种：第一，内部含有驱动电路，通过对IGBT驱动条件进行设定，缩短了IGBT与驱动电路之间的距离，所输出的阻抗本身较低，在实际的应用期间无需加反向偏压。第二，内部含有过电流保护及短路保护，其保护工作主要是通过对各IGBT集电极电流进行保护来实现，无论哪个IGBT出现异常，均能够自动对齐进行保护，尤其是在地短路及下桥臂短路保护中取得了良好的应用效果。第三，内部包含有驱动电源欠电压保护系统，驱动电源欠电压保护存在于每个驱动电路中，若驱动电源电压VCC相较于规定值UV较小时，会出现欠电压保护情况。第四，内部包含有过热保护系统，通过对过热保护系统的应用，能够将FRD、IFBT过热保护功能充分的发挥出来。

吸油烟机中的驱动模块主要为三恳智能功率模块SIM6822M，所接的电机为三相直流电机，若智能功率模块中的OCP端电压高于0.65V时，通常在OCL中会输出高电平，需要将SD与OCL有机的连接在一起，能够将限流功能展现出来。若OCP端的电压量高于1V时，当滤波时间为2us后，可关断低侧功率器件，当过流信号解除25us之后可恢复正常。在对智能功率模块进行驱动时，应使用高性能的控制器FT3066来进行驱动，以此来完成对直流电机的稳定及快速驱动，为其运行提供依据^[3]。

FT3066本身作为一种矢量控制专用芯片，展现出了高性能特点，该专用芯片在实际的应用期间，所展现出来的特点为：第一，在对转子速度及位置进行估算时，主要是使用无传感器来完成估算工作。第二，其软切换处理一般需要在可靠的启动及角度下进行，主要是使用无极调速来对转速进行控制，能够突出显示闭环速度的控制性能，转矩控制性能较为优异。第三，在对速度环路及电流环参数进行控制时，所使用的电流采样算法包括单电阻、双电阻、三电阻等。第四，在控制模拟调速时，需使用PWM，能够完成对堵转的保护，所展现出来的功能包括缺相保护、过流保护、欠压保护等。通过在吸油烟机中使用PMSM矢量控制专用芯片FT3066及三恳智能功率模块SIM6822M配合使用，直流变频效果较好，在对直流电机进行驱动时可平稳进行，降噪及节能效果显著。

结论：

直流变频技术在吸油烟机上应用展现出了良好的应用效果，相较于交流技术厨房吸油烟能力更强，电机噪音较小、功率较大，并且本身的结构较为简单，吸油烟工作效率较高，满足了家庭对厨房清洁度的要求，应在吸油烟机电机选择上优先使用直流变频技术。

参考文献：

[1]  吴志鹏，郑星，赵彦波等. 直流变频涡旋压缩机技术特点[J]. 制冷与空调，2018，18（09）：87-91.

[2]  苏安建记者. 德意新天弧开创吸油烟机变频时代[J]. 中国五金与厨卫，2013，（3）：65-65.

[3]  一丁. 德意全直流变频吸油烟机上市[J]. 电器，2013，（4）：73-73.

作者简介：冼道昌，男，1990年7月出生，本科，机械专业助理级工程师，研究方向：机械。

（作者单位：广东万家乐燃气具有限公司）