無(wú)傳感器交流電動(dòng)機控制技術(shù)提高了運行效率

在家用電氣市場(chǎng)領(lǐng)域，全球范圍的節能和節水呼聲非常高。政府法令和建議條款正在重新定義一個(gè)節能和合理高效使用能源的時(shí)代。為了滿(mǎn)足政府的政策規定，以及降低系統成本，應用設計工程師正在使用高性能的數字信號控制器（DSC）。

基于數字信號控制技術(shù)的控制方案使用一個(gè)具有MCU功能的數字信號處理器，用于控制電動(dòng)機的供電，這種方案能夠非常容易的在單芯片上實(shí)現。此外，靈活的外圍設備也可以令設計工程師非常方便地實(shí)現各種各樣的功能。使用可調速電動(dòng)機驅動(dòng)器讓設計工程師有機會(huì )設計更多非常復雜和精確的控制程序，并可以增強設備的性能，同時(shí)又能提高能效。

絕大多數家用電氣中電動(dòng)機所用的電子驅動(dòng)器的控制是非常簡(jiǎn)單的，要么使用固定恒速電動(dòng)機，要么就直接由交流電源驅動(dòng)，而不需要額外的控制電路。交流單相感應電動(dòng)機（ACIM）由于成本低和可靠性高而得到非常廣泛的應用，但它的效率低，而且調速困難。調速電動(dòng)機驅動(dòng)器通過(guò)保持精確的轉速控制，可以滿(mǎn)足能效需求。

交流電動(dòng)機的選擇
可以選擇的電動(dòng)機類(lèi)型有交流單相感應電動(dòng)機、永磁電動(dòng)機和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機。為了對交流單相感應電動(dòng)機調速，就必須調整供電的頻率和電壓，這通常是指恒定電壓/Hz控制。單相感應電動(dòng)機速度驅動(dòng)的效率可以通過(guò)使用向量控制得到改善，但需要通過(guò)速度或位置傳感器來(lái)精確測量速度，其結果就是成本會(huì )提高，而且需要很多配線(xiàn)。

永磁電動(dòng)機不使用定子繞組實(shí)現磁場(chǎng)。使用永磁體代替電磁激勵有很多優(yōu)點(diǎn)。最常見(jiàn)的就是不會(huì )有激勵損耗，這表明永磁電動(dòng)機比其他電動(dòng)機具有更高的功率密度。它的總體效率接近90%，而交流單相感應電動(dòng)機的效率只有大約70%。永磁激勵的同步電動(dòng)機對于家庭應用是非常具有吸引力的，但它們卻不能直接由交流供電。

調速電動(dòng)機的驅動(dòng)
如果電動(dòng)機的電子控制器優(yōu)化了速度扭矩比，消耗的總功率就可以降低至30%。交流調速驅動(dòng)的控制器通過(guò)調整供給電動(dòng)機的交流電頻率來(lái)設置速度。

如圖1所示，完整的調速驅動(dòng)系統包括EMI濾波器、輸入整流器、直流供電、DSC（數字信號控制器）、信號調理電路，供電變極器，以及門(mén)控驅動(dòng)器等。

圖1 使用供電變極器設置驅動(dòng)頻率的調速控制

電機控制策略
在交流單相感應電動(dòng)機的調速驅動(dòng)中，開(kāi)環(huán)標量控制是最普遍的控制策略。圖2描述了電機驅動(dòng)頻率的標量控制，電壓的幅度與頻率成比例。這種技術(shù)需要能夠對功率進(jìn)行適當的計算，并能夠被8位微控制器所處理。

圖2 向量控制提供了一種不需要旋轉傳感器的簡(jiǎn)單方法

這種簡(jiǎn)化方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是不需要傳感器，而且控制算法也不需要角速度或電機位置信息。速度是與外部負載的扭矩相關(guān)的，然而，這也是一個(gè)最大的缺點(diǎn)，也就是它會(huì )降低動(dòng)態(tài)性能。由于這個(gè)原因，標量控制的電動(dòng)機在負載瞬時(shí)變化時(shí)，就會(huì )輸出遠遠超過(guò)需要的扭矩。理論上，使用這種控制方法，能效可能低到50%。