节能无传感器电机控制，变速电机控制

无传感器调速电机和变速电机控制技术正在获得市场意识。连接的低效率电机可节省约60%的能源。除节能外，调速电机控制技术使电机的声音和电气噪声更小，电机可以在更低的振动下工作，提高可靠性，实现更精确的电机控制。可以将更多功能集成到目标应用程序中。

中型或小型电机可以在家里的冰箱和洗衣机中找到，或者在工业泵，风扇，空调和压缩机中找到。大多数这样的应用是浪费电力，但如果压缩机电机转速可以控制，峰值能耗和平均能耗可以显著降低。寻找改进电机转速控制设计的方法，可以提高电机转速控制的效率。模块化、坚固耐用的设计可以降低成本。

永磁电动机

在洗衣机中使用传统的直驱永磁电机增加了成本和控制问题的复杂性。控制需要转子位置信息。虽然使用了霍尔效应传感器，但它们是由转子磁铁驱动的，为每个轴提供必要的反馈。然而，传统的梯形电流转换会在开关点产生转矩抖动。扭矩抖动会被外部转子放大，导致更多的噪音，使驱动扭矩曲线与实际的洗涤应用不匹配。低速下的高扭矩和高速下的低扭矩变得很困难。因此，霍尔开关点之间的插补技术是实现正弦电流控制以降低声学噪声和在高速低转矩下平滑转矩的必要条件。这种技术的可靠性对制造商来说是困难的，并增加了消费者的成本。

数控变频

图1为数字控制变频调速电机方案设计平台和无速度控制传感器电机设计平台。该平台包括一个数字控制芯片和集成电源模块，用于特殊设备，如空调、洗衣机或水泵。它为设计人员提供了一种集成的、系统的方法来实现节能和无位置传感器的变速正弦电流控制。设计结果是有效的，噪音小，反应快，成本低。

数字控制芯片功能

数字控制集成电路(IC)包括速度控制PMSM(永磁同步电机)所需的所有必要的控制和模拟接口功能，适应直流母线(直流母线)电流测量。该集成电路的模拟功能模块包括差分放大器、双采样保持电路和直流母线分流低压信号采样所需的12位A/D转换器。该变频电源模块(集成电源模块)集成了高压电网IC与6个IGBT开关和直流母线分流，用于电机电流测量和电源模块保护。电机控制算法采用专用的数字控制IC运动控制引擎(MCE)，应用软件独立运行在集成的8位处理器上，该处理器是系统的主处理器，负责负载切换、速度分配和外部通信。

无传感器电机控制技术的应用

无传感器磁场定向控制(FOC)算法可以在高端工业传动装置中找到，用于永磁交流电机控制，并为PMSM变速控制提供了高性价比和优秀的动态转矩控制。同时，提高了运动效率。由于电机的正弦电流，转矩非常平滑，因此有效地降低了噪声和机械振动。应用永磁同步电机变速控制功能需要采用一些控制方法来避免转子位置传感器，这在工业传动装置中很常见。

数字控制芯片可以利用专用的运动控制处理器实现无传感器FOC算法。运动控制引擎(MCE)内部包含一个序列器，用于连接MCE库中的电机控制ASIC功能。这种技术结合了可编程系统的灵活性和专用专用集成电路的速度和效率。该控制芯片还集成了电机相位测量所需的模拟放大器和AD转换器。

运动控制发动机(MCE)

MCE库由PI补偿器、极限函数和矢量旋转函数组成，广泛应用于电机控制算法中。图形编辑工具可用于配置算法;不需要软件代码。算法的执行速度可能比RISC或DSP快一到两倍，因为时间控制计算是由特殊的硬件完成的。

控制参数和系统变量存储在共享数据RAM中，也由集成的8位微处理器访问。这可以帮助洗衣机应用软件轻松更改设定值(如目标转速)或监控控制变量(如转矩电流)。该软件可在独立的8位微处理器上使用C语言开发，使应用程序开发更加简单。

无传感器场定向控制(FOC)

无传感器BIDC FOC电机控制技术不需要昂贵的传感器，但仍然提供低噪声，因此越来越被接受。这项技术的特点是数字控制芯片。

dsPIC数字信号控制器(DSC)使得将数字信号处理能力添加到嵌入式电机控制设计的过程非常容易。dsPIC DSC将计算能力和吞吐量集成到高性能16位闪存单片机中，其中包括一个40位累加器和一个用于双操作数取操作的单循环16 x16 MAC。运行速度可达40 MIPS。一个先进的片上外设是可用的。图2显示了数字信号控制器的结构。

高性能电气设备

速度控制电机控制芯片支持高性能电气设备也可。典型的例子包括具有峰值输出功率特性的离线开关PeakSwitch (36w / 72w)型PKS606Y和CiPOS 600v /8- 22a控制集成电源系统。图3显示了PKS606Y如何应用于调速电机驱动器的设计。

设计方案分析

PKS606Y输出功率36w(最大72w)，输入电压90v ac ~ 265v ac，输出电压12v，采用反激拓扑。采用简单的单电平电路代替双电平电源和开关。这种设计消除了直流电机调速电路的使用。电机速度由一个微型电位器或从3.6 V到10 V的可变直流电压控制。所使用的元件数量减少到47个，效率超过77% (36w负载)，满足EN55022B规定的传输EMI要求。ON/OFF模式在电机转速(输出电压)的整个范围内保持稳定。

操作模式

图3还显示了反激变换器使用组件U1 (PKS606Y)来驱动35v电机，并在启动和负载抖动期间提供75w的峰值输出功率。改变电机转速的方法有两种:一种是使用电位器R20(连接到J3);另一种方法是使用外部3.6 V - 10v直流电压源(连接到J4)，通过改变电压源的输出来调节电机转速。

来自输出端口的反馈是内部控制的，以打开或切断集成的MOSFET。通过切断整个开关周期的桥接，可以从U2的VR2和LED(与R13平行)检测输出电压。当输出增加到VR2的导通阈值电压时，电流通过U2的LED, Q3开。当Q3从U1的EN/UV引脚吸取电流时，开关周期被桥接，因此很少有能量流向输出。一旦输出电压下降，开关周期将再次启用。

变压器的偏置绕组(T1 4、5引脚)经DT、C6整流滤波，通过rt给U1提供工作电流。U1的欠压锁断(UVLO)和锁断截止功能由D5、C7、R5、R6组成的交流智能检测电路实现。T1内部的屏蔽绕组和2个小Y电容(C10, C19)桥接在T1上一起降低传输EMI。所以放置一个共模电感，一个小X电容(C3)和两个小Y电容(C1, C2)就足够了。EN55022B的限制包含12dBµV的剩余容量。在RCD齐纳二极管(R3, C5, D6和VR1)的夹持作用下，漏极电压峰值可以保持在集成MOSFET的额定电压700v以下。

如果JP3被移除，外部可变电阻(R20)可以通过调节R12上的电压来调节输出电压。通过调节R12 ~ VR2之间的节点电压，可以有效控制外置电机的调速电压(3.6 V ~ 10v)。如果外部调节电压低于3.6 V，二极管D12将阻止电流通过R19。

控制综合电力系统

新的CiPOS系列模块集成在一个封装内的几个电源和控制组件中，这增加了设计的可靠性，降低了PCB的尺寸和成本。图4显示了一个控制综合电力系统的框图。

主要特点是采用绝缘封装，优异的热阻Rth=3K/w, TrenchStop IGBT: VCEsat=1.5V饱和电压最小，可靠的SOI门驱动技术，抗瞬态负电压:-50V≤Vs≤600V，整体保护(电压欠锁、过热保护、过流保护、直耦合联锁功能)，射极开路电桥电流测量。

适用于洗衣机、空调、压缩机、吸尘器等交流电机变频调速驱动器。该模块的封装适用于需要完美热传导、EMI控制和过载保护的电源转换应用。

——吴刚控制工程中国

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新型无传感器调速电机与变速电机控制技术及其在节能中应用:

https://article.cechina.cn/11/1110/04/20111110042950.htm

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