冰箱的直流無刷電機(jī)控制

冰箱的直流無刷電機(jī)控制無刷直流（，）電機(jī)相對于感應(yīng)電機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)支持無級變速，這可以提高能效并降低噪聲。電機(jī)的速度一扭矩特性曲線是平直的，這使電機(jī)可以在較低的速度下運(yùn)行，無需消耗更高電流即可產(chǎn)生相同扭矩。本文將討論使用公司的系列單片機(jī)，進(jìn)行冰箱中電機(jī)的有傳感器和無傳感器控制。電機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子上具有北極（）和南極（）交替排列的永磁體。定子由剛片疊制而成，繞組線圈放置在槽里，槽沿軸邊切割。要旋轉(zhuǎn)電機(jī)，應(yīng)按一定順序?qū)Χㄗ永@組進(jìn)行勵磁。為了執(zhí)行換向序列，清楚轉(zhuǎn)子位置非常重要。轉(zhuǎn)子位置使用嵌入定子中的霍爾效應(yīng)傳感器進(jìn)行檢測。大多數(shù)電機(jī)會在定子的電機(jī)非驅(qū)動端嵌入三個霍爾傳感器。每當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極接近霍爾傳感器時，傳感器會產(chǎn)生高電平或低電平信號，指示或極接近傳感器。根據(jù)這三個霍爾傳感器的信號組合，可以確定準(zhǔn)確的換向序列。表給出了對應(yīng)于霍爾傳感器輸入的典型換向序列。換向序列如表所示，每個序列會將三相中的兩相與電源連接，第三相保持開路。圖顯示了簡化的電機(jī)控制框圖。在該示例中，使用公司的閃存單片機(jī)來控制電源開關(guān)。匹配驅(qū)動器用于對電源開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的門控驅(qū)動。系列具有個脈寬調(diào)制（，）通道，頻率和占空比可進(jìn)行編程。至連接構(gòu)成三相逆變橋。相、相和相分別與每個半橋的中點(diǎn)連接，至分別控制電源開關(guān)至5系列具有三個輸入捕捉引腳，表示為、和。輸入捕捉模塊具有一種工作模式，在該模式下，每次任意輸入捕捉引腳上發(fā)生電平變化時，會捕捉的值。將霍爾傳感器與單片機(jī)連接時，適合使用該模式。每次霍爾傳感器發(fā)生電平變化時，將會產(chǎn)生中斷，并捕捉的值。這個捕捉值對應(yīng)于電機(jī)速度。表對應(yīng)于霍爾傳感器的典型換向序列It列號蝴位ffeBi有MPWM信號ABcAB01m□Q書DC*DC-前開PWM2(Q2)2(60^)011DC)斷開DC,PVW1(O1)3(120^101a虛王rDC4DC-PWM3<Q3|PWM4(Q4)11aDODC+就乖PWWD(QD)5(24QB)1aaDC-斷開DC+PWMO(QO)11盤開DC-DC+當(dāng)至所標(biāo)記的信號根據(jù)序列開啟或關(guān)閉時，電機(jī)將以額定速度運(yùn)行（見圖）。這種情況假定，直流母線電壓等于電機(jī)額定電壓與開關(guān)兩端所有電壓損失的和。要改變速度，可以對這些信號進(jìn)行脈寬調(diào)制，使信號頻率遠(yuǎn)高于電機(jī)頻率。通常，頻率應(yīng)至少是電機(jī)最大頻率的倍。在序列中改變頻率的占空比時，向定子提供的平均電壓會下降，從而降低速度。PWM1由哥■運(yùn)度性星界PWM3用戶周用PWM息PWL+flpwm￡P(guān)WM1由哥■運(yùn)度性星界PWM3用戶周用PWM息PWL+flpwm￡P(guān)WMG京器門開去ri口*目看?？U導(dǎo)福4費(fèi)外件怎看日帶小傳鑿器C圖電機(jī)控制框圖使用控制電機(jī)還有另一個優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)直流母線電壓遠(yuǎn)高于電機(jī)額定電壓時，可以通過將占空比限制為與電機(jī)額定電壓對應(yīng)的占空比，將為電機(jī)提供的電壓限制為電機(jī)額定電壓。這樣，冰箱控制電路就可以在具有不同交流輸入的多個國家使用。交流電壓輸入使用二極管橋式整流器轉(zhuǎn)換為直流，控制器的平均電壓輸出通過控制占空比與電機(jī)額定電壓匹配。有幾種不同的控制方式。如果在單片機(jī)中限制信號，則在相應(yīng)序列期間，可以一直導(dǎo)通上方的開關(guān)，相應(yīng)的下方開關(guān)可以通過所需的占空比進(jìn)行控制。在圖中，溫度由用戶設(shè)置。冰箱內(nèi)部溫度使用溫度傳感器進(jìn)行測量。根據(jù)冰箱的尺寸，可能會有多個傳感器位于冰箱內(nèi)部的不同位置。設(shè)置溫度和實(shí)際溫度使用片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器（i）讀取。當(dāng)溫差大于預(yù)定義的溫度滯后值時（通常小于華氏度），電機(jī)會以低速開始旋轉(zhuǎn)。如果溫差較大（例如，冰箱門打開），則電機(jī)應(yīng)以較高速度運(yùn)行。溫差和速度之間的關(guān)系可以根據(jù)冰箱尺寸確定。當(dāng)設(shè)置溫度和實(shí)際溫度之間的溫差改變時，壓縮機(jī)和風(fēng)扇速度可以相應(yīng)地改變。上提供了通用引腳，可用于E、開關(guān)、繼電器和小鍵盤。圖以流程圖形式給出了固件概要。圖使用霍爾傳感器換向進(jìn)行電機(jī)控制的流程圖電機(jī)的無傳感器控制電機(jī)的無傳感器控制根據(jù)定子繞組中產(chǎn)生的反電動勢（，）進(jìn)行換向。這種方法不需要霍爾傳感器。無傳感器控制有兩個明顯優(yōu)點(diǎn)：可靠性更高、成本更低。元件較少的系統(tǒng)本身更為可靠。壓縮機(jī)會產(chǎn)生熱量，而溫度上升會加速霍爾傳感器工作失?；虬l(fā)生故障。在無傳感器設(shè)計(jì)中，不僅不需要霍爾傳感器，而且不需要霍爾傳感器接線，這些都可以帶來成本的節(jié)?。ㄖ辽倏梢允∪l接線）。反電動勢信號（而不是霍爾傳感器）對電機(jī)進(jìn)行換向，反電動勢的大小取決于三個因素：轉(zhuǎn)子的角速度、定子繞組中的線圈圈數(shù)以及轉(zhuǎn)子磁場。完成電機(jī)設(shè)計(jì)之后，轉(zhuǎn)子磁場和定子繞組線圈圈數(shù)將保持恒定?？刂品措妱觿莸囊蛩厥墙撬俣然蜣D(zhuǎn)子速度。反電動勢與轉(zhuǎn)子速度成正比。但是，對于給定速度，可以使用電機(jī)數(shù)據(jù)手冊中提供的反電動勢常量來估計(jì)反電動勢。對應(yīng)于相電壓，霍爾傳感器和反電動勢之間的關(guān)系如圖所示。每個換向序列中會有一個繞組正勵磁，第二個繞組負(fù)勵磁，第三個保持開路。如圖3當(dāng)反電動勢的電壓極性從正變?yōu)樨?fù)或從負(fù)變?yōu)檎龝r，霍爾傳感器信號會改變狀態(tài)（存在。的相差）。在理想情況下，這種狀況在反電動勢過零時發(fā)生。但是，由于繞組特性的原因，會存在一定的延時，應(yīng)通過單片機(jī)對該延時進(jìn)行補(bǔ)償。金學(xué)強(qiáng)亮4*金學(xué)強(qiáng)亮4*?考雅塔等口湛你修苞害C圖霍爾傳感器信號、相電壓、電流和反電動勢之間的關(guān)系另一個需要考慮的方面是速度極低時的工作。因?yàn)榉措妱觿菖c旋轉(zhuǎn)速度成正比，所以速度極低時，用于檢測過零點(diǎn)的反電動勢很小。從停止?fàn)顟B(tài)開始工作時，需要以開環(huán)方式起動電機(jī)。當(dāng)產(chǎn)生足夠的反電動勢，足以檢測過零點(diǎn)時，應(yīng)將控制切換為反電動勢檢測。可以檢測反電動勢的最小速度根據(jù)電機(jī)的反電動勢常量進(jìn)行計(jì)算。反電動勢過零檢測檢測反電動勢過零點(diǎn)對于無傳感器控制系統(tǒng)非常關(guān)鍵。確定過零點(diǎn)可以使用幾種不同的技術(shù)。如前面所述，每個換向序列都有一個非勵磁繞組，在每個繞組通過非勵磁狀態(tài)時檢測反電動勢過零點(diǎn)。圖、和顯示了可以用于檢測反電動勢過零點(diǎn)的不同方案。在圖中，相與電源正極（）連接，相與電源負(fù)極（或回路）連接，相開路。觀察相上的反電動勢，可以看到反電動勢朝正電壓上升，然后朝負(fù)電壓下降。將它與直流母線電壓的一半進(jìn)行比較時，可以獲得虛擬過零點(diǎn)。通過使用運(yùn)放比較器，可以確定過零點(diǎn)。圖顯示了通過產(chǎn)生虛擬中性點(diǎn)來確定反電動勢過零點(diǎn)的方法。虛擬中性點(diǎn)使用圖中所示的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生，然后將非勵磁繞組中的反電動勢與該中性點(diǎn)進(jìn)行比較。這使得在所有可測量速度下，可相對容易地確定過零點(diǎn)。圖和顯示了相的過零檢測電路。對于相和相，當(dāng)其相應(yīng)繞組未勵磁時，應(yīng)使用類似電路進(jìn)行反電動勢過零檢測。圖反電動勢過零檢測：與直流母線電壓比較虎國中勝點(diǎn)圖反電動勢過零檢測：與中性點(diǎn)比較ANO圖反電動勢過零檢測：使用片上讀取反電動勢過零檢測的另一種方案是使用，如圖中所示。單片機(jī)具有可用于此用途的高速。通過使用分壓器，可以將反電動勢信號降到單片機(jī)可測量的電平。使用片上對該信號進(jìn)行采樣，不斷將采樣值與對應(yīng)于零點(diǎn)的數(shù)字值進(jìn)行比較。當(dāng)這兩個值匹配時，就更新?lián)Q向序列。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠使測量更為靈活。當(dāng)速度改變時，繞組電壓可能會波動，導(dǎo)致反電動勢的變化。這種情況下，單片機(jī)可以完全控制過零點(diǎn)的確定。此外，還可以采用數(shù)字濾波器來濾除反電動勢信號中的高頻開關(guān)噪聲成分。結(jié)論電機(jī)與生俱來的優(yōu)點(diǎn)使其可用來控制冰箱的壓縮機(jī)和風(fēng)扇，提