數(shù)字信號控制器在變頻家電中的應(yīng)用

與之前的傳統(tǒng)家電相比,變頻家電普遍具有節(jié)能、靜音和增強的性能等特點。 Microchip推出了dsPIC數(shù)字信號控制器系列,專門針對嵌入式變頻控制的需求而優(yōu)化了軟硬件的設(shè)計,結(jié)合了單片機(jī)的易用性、低成本和DSP的強大處理能力,為家電的變頻化提供了最佳的解決方案。

　　Microchip的dsPIC30F數(shù)字信號控制器提供了強大的16位單片機(jī)所具備的所有功能：快速復(fù)雜和靈活的中斷處理,豐富的數(shù)字和模擬片上外設(shè),靈活的電源管理能力,可靈活使用的多種時鐘模式,上電復(fù)位和掉電保護(hù),看門狗定時器,代碼加密,全速實時仿真及全速在線等調(diào)試功能。

　　目前,Microchip的dsPIC30F家族有三大系列,分別是通用系列、電機(jī)控制和電源變換系列以及傳感器系列。其中的電機(jī)控制系列,目前有7個產(chǎn)品,支持多種電機(jī)控制應(yīng)用,如BLDC電機(jī)、單相和三相感應(yīng)電機(jī)(ACIM)和開關(guān)磁阻電機(jī)等。該系列同時也適用于不間斷電源(UPS)、逆變器、開關(guān)電源和功率因數(shù)校正(PFC)等電源變換應(yīng)用。

　　BLDC電機(jī)是變頻家電首選

　　各種變頻家電,雖然具體應(yīng)用各具特色,但核心部分都是電機(jī)的變頻控制。其中雖然各類電機(jī)都有應(yīng)用,但直流無刷電機(jī)（BLDC電機(jī)）由于具有起動力矩大,起動電流小,運行效率高,調(diào)速性能好,噪聲低,體積小等眾多優(yōu)點,已經(jīng)成為變頻家電首選的電機(jī)類型。

　　BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通的直流電機(jī)不同,它具有一個由永磁體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子和由繞組構(gòu)成的定子。對于常見的三相BLDC電機(jī),其定子是由三相繞組構(gòu)成,并且做星形連接,如圖所示。

　　基本的BLDC電機(jī)模型

　　要使BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)動,必須要有旋轉(zhuǎn)磁場。而BLDC的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了其轉(zhuǎn)子的機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度與定子旋轉(zhuǎn)磁通是同步的。這樣,要控制BLDC,就必須在知道其轉(zhuǎn)子的精確位置的前提下,以特定的通電順序給定子繞組通電,也就是通常所說的換相。

　　BLDC電機(jī)換相圖

　　要使BLDC電機(jī)正確地?fù)Q相,關(guān)鍵是精確知道轉(zhuǎn)子的位置。要知道轉(zhuǎn)子的精確位置,有幾種不同的方法?？梢允褂媚撤N形式的位置傳感器來測量轉(zhuǎn)子的位置,常用的是安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的光電式軸角編碼器或檢測轉(zhuǎn)子磁體位置的霍爾傳感器。這樣的控制方式通常稱為有傳感器的BLDC控制法。使用位置傳感器方便直觀,但控制系統(tǒng)的成本和機(jī)械復(fù)雜度較高,而且在某些情形下使用困難。比如在空調(diào)或冰箱等采用壓縮機(jī)的應(yīng)用里,電機(jī)需要浸沒在液體里面運行,機(jī)械裝配等因素也有很大的限制,使得使用傳感器的控制方法不太適用。在這樣的應(yīng)用環(huán)境下,就要求使用無傳感器的控制方法。

　　無傳感器的控制方法,雖然沒有使用真實的傳感器,實際上還是需要測量轉(zhuǎn)子的精確位置,只不過它使用了其它的手段,間接地測量而已?？梢圆捎梅措妱觿莘?、相電流法和續(xù)流二極管法等幾種方法來實現(xiàn),其中反電動勢法(BEMF)則是最常用的。

　　對于普通的120°通電的三相BLDC電機(jī),電機(jī)工作時任一時刻三個定子繞組中總有一個繞組是不通電的。根據(jù)沒有通電的那個定子繞組在切割旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁力線時而產(chǎn)生的反電動勢來推算轉(zhuǎn)子的位置。通過分析這個反電動勢的幅度、相位和變化趨勢,就可以知道轉(zhuǎn)子的精確位置了。下面的方案就是基于不通電相的BEMF過零檢測方法,采用了Microchip公司的dsPIC30F數(shù)字信號控制器完成所有的控制功能。

　　選擇BEMF的過零檢測技術(shù),是因為它具有一系列的優(yōu)點,而這些優(yōu)點對于家電應(yīng)用來說,尤為重要。這種技術(shù)對電機(jī)的適應(yīng)性強,適用于多種電機(jī),適用于Y型連接和Δ型連接的電機(jī),不需要精確了解電機(jī)特性,對電機(jī)的制造公差要求不太嚴(yán)格,對電壓控制和電流控制都有效。