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冰箱壓縮機設計使用數字信號控制器實現高能效等級

2020-12-14 來源:EEWORLD

冰箱和其他廚房電器由于對能源的高需求,對離網能源系統提出了嚴峻挑戰。現在,改進的冰箱壓縮機由無刷直流電動機或永磁同步電動機(PMSM)驅動,以滿足高能效等級。通過為無刷電機使用基于逆變器的變速驅動器,可以實現這種高能效。


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


另一方面,基于PMSM的壓縮機非常高效且運行安靜得多。當您確實需要時,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或內置永磁體(IPM)電動機正成為新冰箱的首選解決方案。


壓縮機電機控制軟件尤其面臨挑戰,因為在停機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,并平衡每次機械旋轉中的活塞運動。為了解決這些挑戰,我們基于dsPIC33數字信號控制器(DSC)的冰箱壓縮機參考設計為PMSM和IPM電機實現了獨特的算法,旨在確保每次啟動均可靠。為了減少噪音和振動,扭矩補償算法會自動調整活塞運動的電機速度。


使用PMSM電機通過實現變速(頻率)驅動器(VFD)提供了另一種提高能源效率的方法。使用單相交流感應電動機無法實現。VFD允許壓縮機以維持冰箱內部恒定溫度所需的最佳速度運行,從而節省了能源。


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


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


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dsPIC33 DSC參考設計的主要電路組件


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冰箱壓縮機開發板


dsPIC33 DSC具有許多功能,例如高級電動機控制PWM,集成的高速ADC,運算放大器和高速模擬比較器,可幫助為PMSM實施經濟高效的高性能FOC驅動器。高水平的外圍設備集成有助于降低整個系統的BoM成本。


功能安全已成為行業中確保安全可靠運行的關鍵因素。“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準的要求,從而實現了可靠而穩定的操作。


以下是使用dsPIC33 DSC冰箱壓縮機參考設計的一些好處:


?通過包含豐富保護功能,電機控制和應用程序源代碼,用戶指南和多個通信端口的交鑰匙示例設計加快開發速度


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


?通過其高性能dsPIC33內核和控制外設降低系統級BOM成本,以實現無傳感器FOC,輔助電源的DC-DC控制以及片上運算放大器的單路電流檢測

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