基于逆變器的變速驅(qū)動器實現(xiàn)冰箱壓縮機(jī)高能效等級

冰箱和其他廚房電器由于對能源的高需求，對離網(wǎng)能源系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，改進(jìn)的冰箱壓縮機(jī)由無刷直流電動機(jī)或永磁同步電動機(jī)（PMSM）驅(qū)動，以滿足高能效等級。通過為無刷電機(jī)使用基于逆變器的變速驅(qū)動器，可以實現(xiàn)這種高能效。

老一代冰箱使用的是單相感應(yīng)電動機(jī)，這種電動機(jī)不能自啟動。通過添加輔助繞組或極點(diǎn)陰影來解決此問題。但是，這兩種方法在啟動后都浪費(fèi)了能量，因為它們沒有其他用途。 ACIM電動機(jī)的另一個挑戰(zhàn)是轉(zhuǎn)矩輸出在達(dá)到目標(biāo)速度之前非常低。

另一方面，基于PMSM的壓縮機(jī)非常高效且運(yùn)行安靜得多。當(dāng)您確實需要時，它們還可以在啟動和低速時提供更大的扭矩。由于這些原因，PMSM或內(nèi)置永磁體（IPM）電動機(jī)正成為新冰箱的首選解決方案。

壓縮機(jī)電機(jī)控制軟件尤其面臨挑戰(zhàn)，因為在停機(jī)和快速重啟期間由于冷卻液背壓高，因此要提供可靠的啟動，并平衡每次機(jī)械旋轉(zhuǎn)中的活塞運(yùn)動。為了解決這些挑戰(zhàn)，我們基于dsPIC33數(shù)字信號控制器（DSC）的冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計為PMSM和IPM電機(jī)實現(xiàn)了獨(dú)特的算法，旨在確保每次啟動均可靠。為了減少噪音和振動，扭矩補(bǔ)償算法會自動調(diào)整活塞運(yùn)動的電機(jī)速度。

使用PMSM電機(jī)通過實現(xiàn)變速（頻率）驅(qū)動器（VFD）提供了另一種提高能源效率的方法。使用單相交流感應(yīng)電動機(jī)無法實現(xiàn)。VFD允許壓縮機(jī)以維持冰箱內(nèi)部恒定溫度所需的最佳速度運(yùn)行，從而節(jié)省了能源。

使用場定向控制（FOC）算法可提供VFD和其他高級電動機(jī)控制功能，例如動態(tài)啟動和具有自動恢復(fù)功能的失速檢測。與FOC一起，采用了單并聯(lián)電動機(jī)電流檢測技術(shù)，從而降低了總體BOM成本。

Microchip的冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計可促進(jìn)快速原型開發(fā)，并使用dsPIC33 DSC進(jìn)行具有成本效益的創(chuàng)新設(shè)計開發(fā)。該設(shè)計可與多種冰箱壓縮機(jī)電機(jī)配合使用，同時支持內(nèi)部永磁同步電動機(jī)（IPMSM）和表面安裝永磁同步電動機(jī)（SPMSM）。軟件算法可確保壓縮機(jī)以高背壓和低待機(jī)功耗可靠地啟動。它使用單并聯(lián)電流檢測技術(shù)實現(xiàn)了無傳感器FOC VFD。該設(shè)計支持一系列有助于提高效率的高級控制技術(shù)。它提供過流保護(hù)，過壓和欠壓保護(hù)，速度誤差和浪涌電流限制功能，以實現(xiàn)可靠的運(yùn)行。

dsPIC33 DSC參考設(shè)計的主要電路組件

冰箱壓縮機(jī)開發(fā)板

dsPIC33 DSC具有許多功能，例如高級電動機(jī)控制PWM，集成的高速ADC，運(yùn)算放大器和高速模擬比較器，可幫助為PMSM實施經(jīng)濟(jì)高效的高性能FOC驅(qū)動器。高水平的外圍設(shè)備集成有助于降低整個系統(tǒng)的BoM成本。

功能安全已成為行業(yè)中確保安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。“功能安全就緒” dsPIC33 DSC提供了許多安全硬件功能，功能安全輔助工具以及VDE和UL認(rèn)證的IEC 60730 B類安全診斷庫，這些功能簡化了滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而實現(xiàn)了可靠而穩(wěn)定的操作。

以下是使用dsPIC33 DSC冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計的一些好處：

?通過包含豐富保護(hù)功能，電機(jī)控制和應(yīng)用程序源代碼，用戶指南和多個通信端口的交鑰匙示例設(shè)計加快開發(fā)速度

?使用FOC可提供更平滑的扭矩和更好的啟動和停止特性，從而使壓縮機(jī)運(yùn)行更安靜并延長使用壽命

?通過其高性能dsPIC33內(nèi)核和控制外設(shè)降低系統(tǒng)級BOM成本，以實現(xiàn)無傳感器FOC，輔助電源的DC-DC控制以及片上運(yùn)算放大器的單路電流檢測。
編輯：hfy