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)

　　圖3 的TI控制方案是基于Piccolo F2803x系列MCU，該系列MCU可實(shí)現設計升級、改善性能并簡(jiǎn)化數字實(shí)時(shí)控制系統的開(kāi)發(fā)，從而為電機控制應用帶來(lái)全新的效率與創(chuàng )新。F2803x包含一個(gè)通過(guò)一款新型 C 編譯器實(shí)現的、可采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程的集成型控制律加速器 (CLA) 協(xié)處理器，旨在提升創(chuàng )新設計的水平。該 CLA 是一個(gè) 32 位浮點(diǎn)數學(xué)加速器，專(zhuān)為獨立于 TMS320C28x CPU 內核工作而設計，以分擔復雜的高速控制算法。這種分擔將 CPU 解放出來(lái)去處理輸入/輸出和反饋環(huán)路測量，從而可使閉環(huán)應用的性能提升 5 倍之多。

　　此外，CLA自帶中斷控制器，并可直接訪(fǎng)問(wèn) ADC與EPWM等外設。電源與時(shí)鐘方面，Piccolo配備兩個(gè)工作頻率10MHz的片上振蕩器，不但可提供三倍冗余，還可將誤差精度可控制在±1%左右;此外，為了加強對諧波的控制以及避免信號下降沿丟失，TI還在Piccolo器件上運用了可支持150皮秒的頻率調制增強型脈寬調制器(EPWM)，以及12位高速ADC。

　　F2803X可取代多個(gè)電子組件，從而在實(shí)現實(shí)時(shí)控制與系統管理的同時(shí)還可降低系統整體成本。例如，在變頻空調設備中，一個(gè)F2803x控制器就可精確控制兩部三相馬達，并可執行功率因數校正(PFC)計算，具備掉電保護與上電復位功能。

　　SRM，前景看好的另一種高效電機形式

　　盡管因為轉矩損耗小帶來(lái)了高效率等優(yōu)點(diǎn)，但永磁體材料價(jià)格的波動(dòng)使得成本控制成為一個(gè)難點(diǎn)，而且對運行環(huán)境要求也比較高，會(huì )受溫度、振動(dòng)等相關(guān)因素的影響。于是無(wú)永磁體電機——開(kāi)關(guān)磁阻電機(SRM)作為實(shí)現高效電機的一路思路成為一些尖端研究機構(特別是國外)積極跟進(jìn)的方向。

　　譚博士指出：“開(kāi)關(guān)磁阻電機在體積和功率密度、材料成本占優(yōu)，設計結構靈活，對運行環(huán)境要求非常低，得益于控制器技術(shù)的發(fā)展，其功率因數也提升了很多，但因其非線(xiàn)性特性，故控制策略總體來(lái)說(shuō)還是比較復雜。國內不少大學(xué)和研究機構在研究開(kāi)關(guān)磁阻電機并緊跟國際潮流，我有幸與這些機構有很多互動(dòng)。相信隨著(zhù)技術(shù)的創(chuàng )新和進(jìn)步，未來(lái)開(kāi)關(guān)磁阻電機的控制器成本下降空間會(huì )非常大!”

　　他在演講中展示了合作單位開(kāi)發(fā)的最新SRM研究成果和突破(效率最高達96%，圖4)，引發(fā)聽(tīng)眾濃厚興趣，提問(wèn)不斷。該新型開(kāi)關(guān)磁阻電機有兩套轉子，用特殊的方式疊加起來(lái)形成一個(gè)電機，它的最高效率可到96%左右?！　?/p>

圖4：一種新型開(kāi)關(guān)磁阻電機的效率最高達96%。

　　據譚博士介紹，通過(guò)新型的結構設計，開(kāi)關(guān)磁阻電機可以開(kāi)始達到與永磁電機相當的效率，特別是高速的情況下，而其尺寸和體積也可以逐漸接近后者，但因不需要永磁體材料，成本會(huì )低廉很多，更具經(jīng)濟性。從它自身控制拓撲上來(lái)講，隨著(zhù)控制器技術(shù)的發(fā)展，它有潛力比傳統的逆變器結構還要簡(jiǎn)化，成本也有望快速下降，因此作為高效電機具有很大的發(fā)展空間。