冰箱和其他厨房电器由于能源需求高,对离网能源系统构成了重大挑战。改进的冰箱压缩机现在由无刷直流电机或永磁同步电机(PMSM) 驱动,以满足高能效等级。这种高能效可以通过使用基于逆变器的无刷电机变速驱动器来实现。
老一代冰箱使用不能自启动的单相感应电机。这是通过添加辅助绕组或磁极着色来解决的。然而,这两种方法一旦激活就会浪费能量,因为它们没有进一步的用途。 ACIM 电机的另一个挑战是在达到目标速度之前扭矩输出非常低。
另一方面,基于PMSM 的压缩机非常高效且运行更安静。当您真正需要时,它们还可以在启动时和低速时提供更大的扭矩。由于这些原因,永磁同步电机或内置永磁(IPM) 电机正在成为新型冰箱的首选解决方案。
压缩机电机控制软件尤其面临挑战,需要在停止和快速重启期间提供高冷却剂背压的可靠启动,并在每次机械旋转时平衡活塞运动。为了应对这些挑战,我们基于dsPIC33 数字信号控制器(DSC) 的冰箱压缩机参考设计针对PMSM 和IPM 电机实施了独特的算法,旨在确保每次都能可靠启动。为了减少噪音和振动,扭矩补偿算法根据活塞运动自动调节电机速度。
永磁同步电机的使用提供了另一种通过实施变速(频率)驱动器(VFD)来提高能源效率的方法。这对于单相交流感应电机来说是不可能的。 VFD 使压缩机能够以维持冰箱内恒温所需的最佳速度运行,从而节省能源。
使用磁场定向控制(FOC) 算法提供VFD 和其他先进的电机控制功能,例如具有自动恢复功能的动态启动和失速检测。结合FOC,采用单并联电机电流传感技术,降低总体BOM成本。
Microchip 的冰箱压缩机参考设计有助于使用dsPIC33 DSC 快速进行原型设计和开发经济高效的创新设计。该设计适用于多种冰箱压缩机电机,同时支持内置永磁同步电机(IPMSM)和表面贴装永磁同步电机(SPMSM)。软件算法确保压缩机可靠启动,具有高背压和低待机功耗。它采用单分流电流传感技术来实现无传感器FOC VFD。该设计支持一系列有助于提高效率的先进控制技术。它提供过流保护、过压和欠压保护、速度误差和浪涌电流限制功能,以确保可靠运行。
请参见图1。 dsPIC33 DSC 参考设计的关键电路元件
见图2。冰箱压缩机开发板的外形尺寸与实际冰箱中使用的板相同
dsPIC33 DSC 具有许多功能,例如先进的电机控制PWM、集成高速ADC、运算放大器和高速模拟比较器,有助于为PMSM 实现经济高效的FOC 驱动器。高水平的外设集成有助于降低整个系统的物料成本。
功能安全已成为行业确保安全可靠运行、保护最终用户健康的关键因素。我们的“功能安全就绪”dsPIC33 DSC 通过提供许多安全硬件特性、功能安全文献以及VDE 和UL 认证的IEC 60730 B 类安全诊断库,简化了满足功能安全标准合规性的流程,从而实现可靠性和鲁棒性操作。
以下是使用dsPIC33 DSC 冰箱压缩机参考设计的一些优点:
? 通过交钥匙示例设计加快开发时间,其中包括丰富的保护功能、电机控制和应用源代码、用户指南和多个通信端口
? 使用FOC可提供更平滑的扭矩和更好的启停特性,使压缩机运行更安静,使用寿命更长
? 通过其高性能dsPIC33 内核和用于无传感器FOC、DC-DC 控制辅助电源以及带片上运算放大器的单分流电流感测的控制外设,降低了系统级BOM 成本
审稿编辑:郭婷