在诸如电风扇、空气调节系统、电冰箱等家用电器里面,电动马达是主要的电力消耗者。以电冰箱为例,虽然这些家用电器的平均电力消耗是相当低的,但是它们连续不断的运行,这就是说日常的电力消耗在总体能耗里边占了很大的份额。诸如电风扇、水泵等小型家用电器通常采用单相屏蔽极式电机或者永久电容感应式电机,这类电机的效率只能达到25%。如果综合考虑
在过去的十几年中www.cechina.cn,日本的制造商采用可变速永磁体电机不断提高家用电器的效率。其中的控制系统使用一种电功率变换器来改变电机绕组电压的频率从而改变电机的转速。在有些家用电器当中(例如电风扇),他们使用霍尔传感器来探测转子的位置,将绕组的切换同转子磁体的位置同步起来从而尽量提高效率,同时还可以简化启动过程。这种方法的优点是只需要非常简单的电子回路就可以实现控制要求。但是一台密封的压缩机是无法安装霍尔传感器的,因此需要一种无传感器的算法。一种用于6步永磁体电机驱动系统的流行的无传感器算法采用探测绕组反电势的零交叉来检测转子的位置。这种控制算法通常使用一个8位的微处理器来管理相位超前和启动顺序。这种6步系统有一个缺点www.cechina.cn,当电机的电流在绕组之间切换(变换电流方向)的时候会产生一种扭矩干扰。在许多风扇和水泵的应用当中这种扭矩干扰会产生一种烦人的噪音,尤其是在低速时www.cechina.cn,而这时风扇叶片几乎不发出声音。为了有助于减轻这种噪音,这种电机的转子配置了表面安装的磁体来降低绕组的感应系数,同时使变换电流方向的周期最短。不过理想的解决方案是采用正弦电流来驱动电机,这样可以完全消除这类扭矩干扰。这种类型的控制还使应用另一种采用内置永磁体(IPM)设计的电机成为可能。这种内置永磁体(IPM)设计的电机能够产生比永磁体电机多15%的扭矩,还具有进一步提高效率的潜力。IPM设计的压缩机电机的效率可以超过90%,与单相感应电机65%的效率相比极大的减少了能量浪费。也就是说一台采用3kW单相感应电机的压缩机如果使用IPM电机将只需要1.75kW。
最近在电子技术硬件和控制技术方面取得的进展使得为IPM电机制造具有更高效费比的驱动设备成为可能。为了以正弦电流驱动IPM电机,最大程度的提高驱动效率、降低噪声,我们需要一种场定向控制算法(FOC)。无传感器算法必须能够仅仅根据电机的电流测量就能检测电机转子的位置。最后,这种控制硬件还必须在没有昂贵的隔离回路的情况下监测电机绕组的电流。下一节将会介绍这种无传感器控制算法和在永磁体交流电机上进行正弦控制的电流传感器硬件。这种算法使得压缩机可以使用高效率的IPM电机,并且使采用表面安装磁体电机或IPM电机的风扇可以取消霍尔传感器。
无传感器控制算法
图1当中的控制算法包含了在无传感器的情况下用正弦电流驱动一台IPM电机或者表面安装磁体电机所需要的所有控制功能。这种算法的一