冰箱壓縮機(jī)設(shè)計(jì)利用數(shù)字信號(hào)控制器實(shí)現(xiàn)高能效等級(jí)

冰箱及其他廚房電器對(duì)能源的要求較高，因此給離網(wǎng)型能源系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。如今，經(jīng)過改進(jìn)的冰箱壓縮機(jī)由無刷直流電動(dòng)機(jī)或永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）驅(qū)動(dòng)，可滿足相當(dāng)高的能效等級(jí)。這種高能效可通過在無刷電機(jī)中使用基于逆變器的變速驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。

老一代冰箱使用的是單相感應(yīng)電機(jī)，這種電機(jī)無法自啟動(dòng)。一般可通過添加輔助繞組或罩極來解決這種問題。但是，由于沒有其他用途，這兩種方法在電機(jī)啟動(dòng)后都會(huì)浪費(fèi)能量。ACIM電機(jī)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速之前，轉(zhuǎn)矩輸出都非常低。

相比之下，基于PMSM的壓縮機(jī)非常高效，運(yùn)行時(shí)也要安靜得多。如有需要，這些壓縮機(jī)還可以在啟動(dòng)和低速運(yùn)行時(shí)提供更大的轉(zhuǎn)矩。因此，PMSM或內(nèi)部永磁電機(jī)正逐漸成為新冰箱的首選解決方案。

壓縮機(jī)電機(jī)控制軟件尤其面臨挑戰(zhàn)，因?yàn)樵谕C(jī)和快速重啟期間由于冷卻液回壓高，因此要提供可靠的啟動(dòng)，需要平衡掉每次機(jī)械旋轉(zhuǎn)中活塞運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)致的震動(dòng)。為了解決這些挑戰(zhàn)，我們通過基于dsPIC33數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）的冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計(jì)為PMSM和IPM電機(jī)實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的算法，旨在確保每次啟動(dòng)都安全可靠。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償算法會(huì)自動(dòng)調(diào)整活塞運(yùn)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，以減小噪聲和振動(dòng)。

PMSM電機(jī)是另一種可行的方法，其原理是通過實(shí)施變速（變頻）驅(qū)動(dòng)器（VFD）來提高能源效率。使用單相交流感應(yīng)電機(jī)無法實(shí)現(xiàn)該方法。VFD允許壓縮機(jī)以維持冰箱內(nèi)部恒定溫度所需的最佳轉(zhuǎn)速運(yùn)行，從而節(jié)省能源。

使用磁場定向控制（FOC）算法可提供VFD和其他高級(jí)電機(jī)控制功能，例如動(dòng)態(tài)啟動(dòng)和帶自動(dòng)恢復(fù)功能的失速檢測。與FOC一同應(yīng)用的還有單相并聯(lián)電機(jī)電流檢測技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可降低總體BOM成本。

Microchip的冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計(jì)提高了原型設(shè)計(jì)的速度，并有助于使用 dsPIC33 DSC打造兼具成本效益和創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)同時(shí)支持內(nèi)部永磁同步電機(jī)（IPMSM）和表面貼裝永磁同步電機(jī)（SPMSM），適合與多種冰箱壓縮機(jī)電機(jī)配合使用。軟件算法可確保壓縮機(jī)以高回壓和低待機(jī)功耗實(shí)現(xiàn)可靠啟動(dòng)。借助單相并聯(lián)電流檢測技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)無傳感器FOC VFD。此設(shè)計(jì)支持一系列有助于提高效率的高級(jí)控制技術(shù)，包括過流保護(hù)、過壓和欠壓保護(hù)、轉(zhuǎn)速誤差和浪涌電流限制等功能，可幫助電機(jī)實(shí)現(xiàn)可靠的運(yùn)行。

圖1. dsPIC33 DSC參考設(shè)計(jì)的主要電路元件

dsPIC33 DSC具有多種功能，例如高級(jí)電機(jī)控制PWM、集成高速ADC、運(yùn)算放大器和高速模擬比較器，可幫助PMSM實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的高性能FOC驅(qū)動(dòng)器。這種較高的外設(shè)集成度有助于降低整個(gè)系統(tǒng)的BOM成本。

在業(yè)內(nèi)，功能安全已成為確保安全可靠運(yùn)行以保護(hù)最終用戶利益的關(guān)鍵因素。我們的“功能安全即用型”dsPIC33 DSC提供眾多安全硬件功能、功能安全配件以及經(jīng)VDE和UL認(rèn)證的IEC 60730 B類安全診斷庫，能夠輕松滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)健的運(yùn)行。

使用dsPIC33 DSC冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計(jì)的部分優(yōu)勢如下：

通過包含豐富保護(hù)功能、電機(jī)控制和應(yīng)用程序源代碼、用戶指南和多個(gè)通信端口的成套示例設(shè)計(jì)縮短開發(fā)時(shí)間

使用FOC提供更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩和更優(yōu)秀的起停特性，使壓縮機(jī)運(yùn)行更安靜、使用壽命更長

通過高性能dsPIC33內(nèi)核和控制外設(shè)降低系統(tǒng)層面的BOM成本，實(shí)現(xiàn)無傳感器FOC、輔助電源的直流-直流控制以及片上運(yùn)放的單路電流檢測

原文標(biāo)題：冰箱壓縮機(jī)設(shè)計(jì)利用數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）實(shí)現(xiàn)高能效等級(jí)

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