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无传感器交流电动机控制技术提高了运行效率

发布时间:2020-07-21 17:23:26 阅读: 来源:阿胶厂家

在家用电气市场领域,全球范围的节能和节水呼声非常高。政府法令和建议条款正在重新定义一个节能和合理高效使用能源的时代。为了满足政府的政策规定,以及降低系统成本,应用设计工程师正在使用高性能的数字信号控制器(DSC)。

本文引用地址:基于数字信号控制技术的控制方案使用一个具有MCU功能的数字信号处理器,用于控制电动机的供电,这种方案能够非常容易的在单芯片上实现。此外,灵活的外围设备也可以令设计工程师非常方便地实现各种各样的功能。使用可调速电动机驱动器让设计工程师有机会设计更多非常复杂和精确的控制程序,并可以增强设备的性能,同时又能提高能效。

绝大多数家用电气中电动机所用的电子驱动器的控制是非常简单的,要么使用固定恒速电动机,要么就直接由交流电源驱动,而不需要额外的控制电路。交流单相感应电动机(ACIM)由于成本低和可靠性高而得到非常广泛的应用,但它的效率低,而且调速困难。调速电动机驱动器通过保持精确的转速控制,可以满足能效需求。

交流电动机的选择可以选择的电动机类型有交流单相感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。为了对交流单相感应电动机调速,就必须调整供电的频率和电压,这通常是指恒定电压/Hz控制。单相感应电动机速度驱动的效率可以通过使用向量控制得到改善,但需要通过速度或位置传感器来精确测量速度,其结果就是成本会提高,而且需要很多配线。

永磁电动机不使用定子绕组实现磁场。使用永磁体代替电磁激励有很多优点。最常见的就是不会有激励损耗,这表明永磁电动机比其他电动机具有更高的功率密度。它的总体效率接近90%,而交流单相感应电动机的效率只有大约70%。永磁激励的同步电动机对于家庭应用是非常具有吸引力的,但它们却不能直接由交流供电。

调速电动机的驱动如果电动机的电子控制器优化了速度扭矩比,消耗的总功率就可以降低至30%。交流调速驱动的控制器通过调整供给电动机的交流电频率来设置速度。

如图1所示,完整的调速驱动系统包括EMI滤波器、输入整流器、直流供电、DSC(数字信号控制器)、信号调理电路,供电变极器,以及门控驱动器等。

图1 使用供电变极器设置驱动频率的调速控制

电机控制策略在交流单相感应电动机的调速驱动中,开环标量控制是最普遍的控制策略。图2描述了电机驱动频率的标量控制,电压的幅度与频率成比例。这种技术需要能够对功率进行适当的计算,并能够被8位微控制器所处理。

图2 向量控制提供了一种不需要旋转传感器的简单方法

这种简化方法的最大优点就是不需要传感器,而且控制算法也不需要角速度或电机位置信息。速度是与外部负载的扭矩相关的,然而,这也是一个最大的缺点,也就是它会降低动态性能。由于这个原因,标量控制的电动机在负载瞬时变化时,就会输出远远超过需要的扭矩。理论上,使用这种控制方法,能效可能低到50%。

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