變頻空調(diào)風(fēng)機(jī)中永磁同步電機(jī)矢量控制方案

　　無位置傳感器算法，包括反電動勢檢測（Luenberger Observer） 和轉(zhuǎn)子位置/速度重構(gòu)（PLL： Phase Lock Loop ）兩部分，結(jié)構(gòu)如下圖4：

　　3.3 MTPA效率最優(yōu)控制

　　MTPA（每安培電流最大轉(zhuǎn)矩）控制，也就是系統(tǒng)效率最優(yōu)控制，下面等式為永磁同步電機(jī)的力矩方程，永磁同步電機(jī)力矩：包括同步力矩和磁阻力矩。

　　永磁同步電機(jī)從電機(jī)結(jié)構(gòu)上來分，可分為磁鋼表貼式和內(nèi)置式兩種。表貼式永磁同步電機(jī)（SM-PMSM），直軸電感等于交軸電感（Ld = Lq）；而內(nèi)置式永磁同步電機(jī)（I-PMSM）， 直軸電感小于交軸電感（Ld < Lq）。

　　表貼式永磁同步電機(jī)，Ld等于Lq，只有同步力矩，控制ids等于零時(shí)，系統(tǒng)效率最優(yōu)。

　　&middot;內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，Ld一般小于Lq，存在同步力矩和磁阻力矩，當(dāng)ids小于零時(shí)，可以利用磁阻力矩使系統(tǒng)效率最優(yōu)。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)MTPA功能示意如圖5。

　　4. 針對空調(diào)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　針對空調(diào)風(fēng)機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn)，加入噪音消除、抗臺風(fēng)起動及電機(jī)缺相檢測等功能模塊。

　　4.1噪音消除功能

　　為提高空調(diào)舒適度，對空調(diào)系統(tǒng)的噪音指標(biāo)有嚴(yán)格的要求，也是評價(jià)一個空調(diào)質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。對于功率不大且為主要噪音源之一的空調(diào)風(fēng)機(jī)，低噪音顯得尤為重要。

　　具有正弦型反電動勢或氣隙磁場的永磁同步電機(jī)（正弦波永磁電機(jī)PMSM），采用FOC矢量控制，輸入正弦的定子相電壓和定子相電流可產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出力矩，具有低噪音的特點(diǎn)。但是，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，正弦波永磁電機(jī)反電動勢很少能難達(dá)到理想的正弦型，有的干脆就是一個反電動勢為梯形波的永磁同步電機(jī)（方波永磁電機(jī)BLDC），這種電機(jī)采用FOC矢量控制，會使定子電流畸變而產(chǎn)生電機(jī)噪音。

　　針對反電動勢波形介于PMSM和BLDC之間這類永磁電機(jī)采用矢量控制，專門加入噪音消除功能模塊，通過加入N次諧波補(bǔ)償?shù)姆绞?，使定子電流更接近正弦，從而達(dá)到消除或降噪的目的。下面是定子相電流波形得到了很好的改善，噪音得以明顯的降低。

　　4.2 抗臺風(fēng)起動能力

　　對于空調(diào)室外風(fēng)機(jī)，由于風(fēng)機(jī)在室外，必須保證在各種自然條件的影響下能正常工作，特別是強(qiáng)風(fēng)的影響下，風(fēng)機(jī)能夠正常起動、運(yùn)行或報(bào)警。對于無位置傳感的永磁同步電機(jī)矢量控制，由于動態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，正常運(yùn)行階段在強(qiáng)臺風(fēng)下也能夠正常工作。但是由于沒有位置傳感，需要有一個開環(huán)起動過程，來建立起轉(zhuǎn)子位置和速度信號，這個起動過程力矩是比較小的，在強(qiáng)臺風(fēng)影響下，很難保證風(fēng)機(jī)能可靠的起動。

　　為了抗臺風(fēng)，除了盡可能增大風(fēng)機(jī)起動力矩外，本方案還增加了抗臺風(fēng)起動功能模塊，保證風(fēng)機(jī)能夠成功起動或給出強(qiáng)臺風(fēng)報(bào)警信號。風(fēng)機(jī)在停機(jī)時(shí)，強(qiáng)風(fēng)吹動下風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向跟風(fēng)力的大小及風(fēng)向有關(guān)，風(fēng)機(jī)能否成功起動主要和起動前風(fēng)機(jī)的風(fēng)速相關(guān)。這樣，首先需要通過程序檢測出風(fēng)機(jī)起動前的初始轉(zhuǎn)速和方向，然后根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行不同的起動過程處理，可分為如下三種情況：

　　&middot;直接起動

　　當(dāng)風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速大于一定值的情況下，直接進(jìn)入運(yùn)行模式。

　　&middot;強(qiáng)臺風(fēng)報(bào)警，停止正常起動

　　當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速太高，不能保證風(fēng)機(jī)正常起動時(shí)，發(fā)出強(qiáng)臺風(fēng)報(bào)警，風(fēng)機(jī)停止正常起動。

　　&middot;正常起動

　　除1）和2）的其他情況，風(fēng)機(jī)能夠確保起動成功，按正常的起動程序起動風(fēng)機(jī)。

　　經(jīng)過模擬強(qiáng)臺風(fēng)測試，系統(tǒng)能夠安全地起動和運(yùn)行，同時(shí)在實(shí)際的室外環(huán)境測試中，在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下起動、運(yùn)行的性能也得到了驗(yàn)證。

　　4.3 電機(jī)缺相檢測

　　為了保證風(fēng)機(jī)正常起動、運(yùn)行，每次電機(jī)起動前都要進(jìn)行電機(jī)缺相檢測，通過相應(yīng)的功能函數(shù)檢測出風(fēng)機(jī)三相線是否連接正常和3相逆變橋是否完好，如果檢測到缺相，則停止風(fēng)機(jī)起動并報(bào)缺相警報(bào)，確保風(fēng)機(jī)每次進(jìn)入起動程序后都能夠成功，同時(shí)使系統(tǒng)具有相應(yīng)的錯誤診斷能力。

　　5. 結(jié)論

　　本文介紹的永磁同步電機(jī)的矢量控制方案，具有系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，效率高、低成本，節(jié)能及噪音小等特點(diǎn)，完全能夠滿足空調(diào)風(fēng)機(jī)的實(shí)際使用要求。