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

　　以低成本實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的本質(zhì)安全性驅(qū)動(dòng)

　　以感應(yīng)電機(jī)為基礎(chǔ)，譚博士接著分析了永磁同步電機(jī)(包括表貼式和內(nèi)嵌式)的工作原理，并總結(jié)這類高效電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)電控帶來的挑戰(zhàn)。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上因有兩個(gè)永磁體，相比感應(yīng)電機(jī)，直接帶來了效率的提升(不需要?jiǎng)?lì)磁)。在控制方面(如圖2)，也是正弦電機(jī)模式，在定子側(cè)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，單相電流可以到這個(gè)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，其控制模式和策略與感應(yīng)電機(jī)基本是一樣的?！　?/p>

圖2：永磁同步電機(jī)控制策略。

　　事實(shí)上，永磁同步電機(jī)與直流無刷電機(jī)(BLDC)在業(yè)界一度有點(diǎn)混淆。直流無刷電機(jī)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(jī)(SPM)最開始希望是一個(gè)正弦感應(yīng)電機(jī)，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(jī)方面，方波跟正弦電機(jī)應(yīng)用到這個(gè)層面的時(shí)候開始模糊，有一段時(shí)間在業(yè)界產(chǎn)生了一些混淆。“這個(gè)結(jié)果對(duì)控制來講，其實(shí)你發(fā)現(xiàn)很多做正弦控制的算法可以用到永磁電機(jī)上，在實(shí)現(xiàn)上面不是那么難。也是因?yàn)檫@個(gè)原因，正弦電機(jī)的控制策略跟方波電機(jī)的控制策略開始混合起來。”譚博士說。

　　對(duì)于內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)(IPM)，“據(jù)我所知，現(xiàn)在很多空調(diào)壓縮機(jī)其實(shí)采用內(nèi)嵌的結(jié)構(gòu)形式，它其實(shí)覆蓋了磁阻效應(yīng)。大家在講壓縮機(jī)要進(jìn)入到弱磁控制區(qū)，其實(shí)我更偏向于認(rèn)為它進(jìn)入到磁阻和永磁轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化工作區(qū)。”譚博士認(rèn)為。

　　他分析道，永磁同步電機(jī)在消費(fèi)類領(lǐng)域的應(yīng)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(tǒng)部分，下面是控制系統(tǒng)。工業(yè)應(yīng)用中把ABC三相電流列為常規(guī)采樣，但是在低成本的方案中要么在直流母線采樣重構(gòu)三相電流信號(hào)，要么通過逆變器下橋臂的電流采樣重構(gòu)三相電流信號(hào)。這兩種的低成本方案部分，不管通過母線的方式，還是通過逆變器下調(diào)的方式，其常規(guī)的驅(qū)動(dòng)控制模式，以及電流的采樣，控制以及保護(hù)其實(shí)是不完整的。這個(gè)不完整是針對(duì)兩部分來講的，一部分是對(duì)逆變器來講，就是說沒有把逆變器所有電流的工作狀態(tài)采回來，沒有采回來的結(jié)果是對(duì)它的控制不是全控，另一部分是對(duì)電機(jī)的相電流，信息是不完整的，在某些點(diǎn)上面可能采不到。

　　“結(jié)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略的變化，值得業(yè)界關(guān)注。 據(jù)我所知，一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)有非常好的突破成果出來，也許在不遠(yuǎn)的將來大家可以看到，這些成果對(duì)我們產(chǎn)生相關(guān)的影響。”譚博士指出。　　

圖3：TI的永磁電機(jī)控制方案以低成本實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全性驅(qū)動(dòng)(Essential Reliable Drive)。