空調電控全面走向變頻時(shí)代 TI引領(lǐng)高效電機控制芯片技術(shù)

　　以低成本實(shí)現永磁同步電機的本質(zhì)安全性驅動(dòng)

　　以感應電機為基礎，譚博士接著(zhù)分析了永磁同步電機(包括表貼式和內嵌式)的工作原理，并總結這類(lèi)高效電機的優(yōu)點(diǎn)和對電控帶來(lái)的挑戰。永磁同步電機轉子上因有兩個(gè)永磁體，相比感應電機，直接帶來(lái)了效率的提升(不需要勵磁)。在控制方面(如圖2)，也是正弦電機模式，在定子側產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，單相電流可以到這個(gè)旋轉磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)相互作用，這樣就可以產(chǎn)生相關(guān)的轉矩，其控制模式和策略與感應電機基本是一樣的?！　?/p>

圖2：永磁同步電機控制策略。

　　事實(shí)上，永磁同步電機與直流無(wú)刷電機(BLDC)在業(yè)界一度有點(diǎn)混淆。直流無(wú)刷電機理想是方波，但是實(shí)際上理想的方波情況非常少。而表貼式永磁同步電機(SPM)最開(kāi)始希望是一個(gè)正弦感應電機，它的所有控制量是正弦電壓電流，但其實(shí)波形也不是那么理想。因此，在表貼式永磁同步電機方面，方波跟正弦電機應用到這個(gè)層面的時(shí)候開(kāi)始模糊，有一段時(shí)間在業(yè)界產(chǎn)生了一些混淆。“這個(gè)結果對控制來(lái)講，其實(shí)你發(fā)現很多做正弦控制的算法可以用到永磁電機上，在實(shí)現上面不是那么難。也是因為這個(gè)原因，正弦電機的控制策略跟方波電機的控制策略開(kāi)始混合起來(lái)。”譚博士說(shuō)。

　　對于內嵌式永磁同步電機(IPM)，“據我所知，現在很多空調壓縮機其實(shí)采用內嵌的結構形式，它其實(shí)覆蓋了磁阻效應。大家在講壓縮機要進(jìn)入到弱磁控制區，其實(shí)我更偏向于認為它進(jìn)入到磁阻和永磁轉矩的優(yōu)化工作區。”譚博士認為。

　　他分析道，永磁同步電機在消費類(lèi)領(lǐng)域的應用不能像工業(yè)一樣去進(jìn)行電流采樣。以圖3 所示TI的解決方案為例，上面是功率系統部分，下面是控制系統。工業(yè)應用中把ABC三相電流列為常規采樣，但是在低成本的方案中要么在直流母線(xiàn)采樣重構三相電流信號，要么通過(guò)逆變器下橋臂的電流采樣重構三相電流信號。這兩種的低成本方案部分，不管通過(guò)母線(xiàn)的方式，還是通過(guò)逆變器下調的方式，其常規的驅動(dòng)控制模式，以及電流的采樣，控制以及保護其實(shí)是不完整的。這個(gè)不完整是針對兩部分來(lái)講的，一部分是對逆變器來(lái)講，就是說(shuō)沒(méi)有把逆變器所有電流的工作狀態(tài)采回來(lái)，沒(méi)有采回來(lái)的結果是對它的控制不是全控，另一部分是對電機的相電流，信息是不完整的，在某些點(diǎn)上面可能采不到。

　　“結合電流采樣的低成本考慮，我們需要一些基本的控制模式，使得驅動(dòng)系統和控制策略是本質(zhì)安全性(Essential Reliable Drive)，全部是可控的。這方面涉及到相應的拓撲結構、控制策略的變化，值得業(yè)界關(guān)注。 據我所知，一些研究機構已經(jīng)有非常好的突破成果出來(lái)，也許在不遠的將來(lái)大家可以看到，這些成果對我們產(chǎn)生相關(guān)的影響。”譚博士指出?！　?/p>

圖3：TI的永磁電機控制方案以低成本實(shí)現本質(zhì)安全性驅動(dòng)(Essential Reliable Drive)。