基于矢量控制的變頻空調(diào)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方案

　　1 引言

　　變頻空調(diào)在如今的空調(diào)行業(yè)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，而在今后的發(fā)展趨勢(shì)，我們也可以預(yù)見它的前途，其節(jié)能、室內(nèi)溫度更穩(wěn)定、噪音低、舒適度更高的特點(diǎn)成為獨(dú)特的標(biāo)簽。

　　變頻空調(diào)一般是指空調(diào)壓縮機(jī)及其風(fēng)扇的變頻控制，一般情況下，采用永磁同步電機(jī)矢量控制的方案。目前空調(diào)風(fēng)機(jī)大多還是采用單相交流電機(jī)的定頻風(fēng)機(jī)，這種單相交流風(fēng)機(jī)接入單相交流電源就可工作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)，但是也有不能進(jìn)行無極調(diào)速和風(fēng)機(jī)效率比較低等缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高變頻空調(diào)性能，當(dāng)前已有空調(diào)廠家開始對(duì)空調(diào)風(fēng)機(jī)也進(jìn)行變頻控制，真正實(shí)現(xiàn)空調(diào)的全變頻控制。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　此變頻空調(diào)風(fēng)機(jī)方案采用意法半導(dǎo)體公司STM32（ARM :Cortex-M3） MCU 平臺(tái)，永磁同步電機(jī)（PMSM）矢量控制（FOC）方案使用單電阻（Single Shunt）的電流檢測(cè)和無位置傳感器（Sensor-less）的速度位置檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，MCU選用STM32F103C6T6；功率模塊驅(qū)動(dòng)采用3片L6390D，每個(gè)L6390D都內(nèi)置有運(yùn)放、比較器及智能關(guān)斷保護(hù)電路，運(yùn)放可以用來放大采樣電流，比較器及智能關(guān)斷保護(hù)電路可以用來實(shí)現(xiàn)電機(jī)過流保護(hù)；IGBT為6片STGDL6NC60D。

　　L6390D自帶的智能關(guān)斷功能可實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)電路（OCP），加上過電壓（OVP）和欠電壓（LVP）等保護(hù)功能，使系統(tǒng)工作安全可靠。

圖1 變頻空調(diào)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3 低成本高性能的永磁同步電機(jī)的矢量控制方案

　　永磁同步電機(jī)的矢量控制，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)速精度高，功率密度大，效率高，噪音低等特點(diǎn)，是一種高性能的電機(jī)控制系統(tǒng)。矢量控制運(yùn)算需要獲取電機(jī)三相電流和準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，通常使用電流傳感器和位置速度傳感器，這增加了系統(tǒng)的成本。對(duì)風(fēng)機(jī)這類負(fù)載，負(fù)載相對(duì)穩(wěn)定、起動(dòng)力矩不大的應(yīng)用，采用廉價(jià)的單電阻電流采樣和無位置傳感器永磁同步電機(jī)的矢量控制方案，既有永磁同步電機(jī)的矢量控制的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到應(yīng)用性能；同時(shí)又可達(dá)到低成本的目標(biāo)。

　　MTPA（每安培電流最大轉(zhuǎn)矩）控制，針對(duì)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，提高風(fēng)機(jī)系統(tǒng)效率。