标题: 变频空调室外机驱动控制系统设计 [打印本页] 作者: admin 时间: 2015-5-1 19:14 标题: 变频空调室外机驱动控制系统设计 摘要: 根据室外机双永磁同步电机的无传感器矢量控制和数字功率因数校正控制的要求,提出母线电压、电机定子电流、功率因数校正电流的采样策略和如何在单个MCU上实现控制的方法。针对整个系统控制的要求对MCU的PWM、ADC控制外设进行了优化设计,定制了一款采用通用控制处理单元加专用控制加速器的双核MCU。
关键词: 数字功率因数校正;永磁同步电机;无速度传感器;双核MCU
中图分类号: TM32文献标识码: A
Drive System for Air Conditioner Outdoor Unit
Mi Xuetao, Xu Min, Zhang Youlin(Zhuhai Gree Electric Appliances, Inc., Zhuhai 519070, China)
Abstract: To implement dual sensorless permanent magnet synchronous motor control and digital PFC control for outdoor units, the paper proposes the bus voltage, stator current, PFC current sampling strategy using a single MCU. The MCUs PWM and ADC peripherals are optimized according to the entire system control requirements. Then a dual core MCU with a general control processor plus dedicated control accelerator is designed.
Key words: digital power factor correction; permanent magnet synchronous motor; sensorless; dual core MCU
引言
随着《房间空气调节器能效限定值及能效等级》强制性国家标准的正式实施,对变频空调整体性能的要求越来越高,低成本、低噪声、高性能已成为变频空调的发展趋势。而作为变频空调核心部件的压缩机及其室外控制器是提升整机性能的关键。由于永磁同步电动机具有体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率密度高等优点,且采用正弦波控制方式可提高力矩输出的稳定性和降低噪声,因此被广泛应用在压缩机和风机中[1]。
传统变频空调的室外控制器由功率因数校正(PFC)、压缩机驱动控制、风机驱动控制等电路构成。其中PFC驱动采用模拟的专用控制芯片,压缩机与系统控制采用MCU来实现无传感器矢量控制及系统控制,而室外风机采用有霍尔传感器的驱动芯片或者专门的MCU来实现无传感器的矢量控制[23]。采用多个芯片实现室外机控制,增加了成本,同时降低了系统的可靠性。
本文根据变频空调产品控制系统高性能和低成本的特点,针对PFC和电机驱动的要求优化了室外机控制器的外设,定制了一款通用控制处理单元加专用控制加速器的双核MCU,实现了变频空调的功率因数校正、压缩机和风机的无位置传感器矢量控制、冷媒控制等功能,同时分析了PWM产生,电流、电压等信号的采样方法,提高了室外机控制系统的可靠性、稳定性。
1 变频空调室外机驱动控制系统
本文提出的应用于变频空调室外机控制系统主要由一个具有功率因数校正的整流器、两个三相逆变器以及其他控制电路组成,整个系统由定制的双核MCU进行控制。其中两个三相逆变器用于驱动压缩机永磁同步电机及风机永磁同步电机,一个功率因数校正电路用于实现母线电压的主动控制,其他控制电路用于控制冷媒、环境温度和室内机通信等。
1.1 压缩机、风机驱动控制系统
在家用变频空调中,压缩机永磁同步电机处于高温、高压、密封的环境中,必须采用无位置传感器矢量控制[4]。其位置和转速估算算法主要是基于假定旋转坐标系,如图1所示。
图7 母线电压波形
由实验结果可以看出,采用双核MCU实现了变频空调室外机的压缩机、风机、功率因数校正等技术的集成控制。
结语
通过分析永磁同步电机矢量控制与功率因数校正技术的原理,并针对新型变频空调双电机控制和数字功率因数校正的需要,定制了专用的双核MCU,并优化片上外设PWM、ADC等设计,实现了单芯片集成的解决方案,并成功应用到变频空调中。由实验结果可以看出,采用单芯片实现了压缩机驱动、风机驱动、功率因数校正等各种技术的集成控制,在提高系统性能的同时,增加了控制器的可靠性。本文所提出的基于双核MCU的单芯片控制系统在格力公司的变频空调产品中得到了推广和应用,获得了显著的经济效益和社会效益。
参考文献
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米雪涛(工程师),研究方向为永磁同步电机无位置传感器驱动控制技术;许敏(工程师),研究方向为一体化电机系统硬件设计;张有林(工程师),研究方向为一体化电机系统的驱动与控制。 作者: 李小路 时间: 2020-10-1 19:55
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