概述
冰箱制冷系统中最重要的部件是压缩机。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机的运转带动活塞将其压缩,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为整个机组提供动力。制冷循环。这样就实现了压缩冷凝膨胀蒸发(吸热)的制冷循环。一般来说,压缩机由机壳、电机、气缸、活塞、控制设备(起动机和热保护器)和冷却系统组成。
与普通冰箱相比,变频冰箱最显着的优点是制冷效率提高、省电、节能。此外,在能够快速制冷的同时,还可以保持温度波动范围较小,从而达到更好的制冷和保湿效果。通过精确控制压缩机转速,压缩机无需频繁启停,噪音更小、更安静。本文讨论基于上海航新ACM32G103的冰箱压缩机变频解决方案。
ACM32G103系列芯片规格介绍
? 采用M33内核,主频可达120MHz
? eFlash:320KB,加密存储,4KB I-Cache,4KB D-Cache,支持Flash加速0等待执行
? SRAM:64KB,其中最后8KB可以在STOP2低功耗模式下保留数据
? 2路12bits ADC,共19个外部通道,最高速率3Msps,支持同步模式、加速采样、差分采样、AUTO等功能
? 2个16位高级定时器,支持PWM输出/(6通道)互补输出/死插入/制动/编码模式
? 丰富的通信接口:4路UART、1路LPUART、3路SPI、2路I2C、2路I2S、2路CAN
? 丰富的封装类型:QFN32/QFN48/LQFP48/LQFP64(7X7)/LQFP64(10X10)/LQFP100
? 静电放电:4KV(HBM)
? 工作温度:-40C~85C
冰箱压缩机变频解决方案
注:ACM32G103系列支持OPA内部连接COMP和ADC
航新冰箱压缩机变频解决方案采用ACM32G103作为主控。主要电源来自电能转换。它采用磁通观测器方法支持闭环满载启动。
变频方案电机矢量控制
整个系统是闭环控制,内环是电流控制环,外环是速度控制环。电机本体方程如下:
FOC算法实现介绍
FOC算法基于通量观测器
基于-坐标系的PMSM数学模型如下:
-坐标系下的电感表示如下:
对于SPM,数学模型可以简化为:
定义状态变量:
状态变量y 本质上是反电动势。通过对反电动势积分可以得到磁力链接,而反电动势可以通过对磁力链接的状态变量x求微分得到。关系如下:
要构造非线性观测器,请定义向量函数:
矢量函数的模本质上就是磁联动幅度:
在对反电动势进行积分以获得磁链的过程中,最担心的就是直流偏置或积分漂移。通常采用高通滤波器、自适应补偿等方法来抑制这种负面因素。非线性模块的思想是利用估计磁链幅值与实际磁链幅值之间的差值作为估计磁链分量的补偿项。关系公式如下:
完成状态变量的观测后,得到磁联动分量,改写如下:
通过观察到的磁联动分量得到观察角度。
通过锁相环可以得到速度和角度。
同时,为了克服传统速度环系统跟随性差、动态响应差的问题,该算法还提出了自扰和抗ADRC系统,如图所示。
传统速度环在负载变化或速度调整时超调严重,速度跟随性能较差。 ADRC系统具有良好的速度跟随性能,并且易于在动态负载情况下使用。
结论
ACM32G103主频高,支持浮点运算和DSP,内置CORDIC,可以轻松实现上述SVPWM发生器、Park/Clark变换、PI控制器、转子位置观测器。 MCU内置高速12位逼近ADC和多级中断系统,可以保证闭环控制的实时性。
冰箱压缩机变频技术可以避免不必要的能源消耗,省电节能;冰箱全天工作。采用变频技术后,压缩机始终低速运行,可彻底消除压缩机启动时产生的噪音;变频技术控制变频冰箱温度准确,温度连续可调,对食材的保鲜效果更好。优势突出,变频冰箱的市场渗透率远未达到行业预期。这个市场潜力巨大。
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