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

　　以低成本實現(xiàn)永磁同步電機的本質(zhì)安全性驅(qū)動

　　以感應(yīng)電機為基礎(chǔ)，譚博士接著分析了永磁同步電機(包括表貼式和內(nèi)嵌式)的工作原理，并總結(jié)這類高效電機的優(yōu)點和對電控帶來的挑戰(zhàn)。永磁同步電機轉(zhuǎn)子上因有兩個永磁體，相比感應(yīng)電機，直接帶來了效率的提升(不需要勵磁)。在控制方面(如圖2)，也是正弦電機模式，在定子側(cè)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，單相電流可以到這個旋轉(zhuǎn)磁場，這個磁場與永磁場相互作用，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)電機基本是一樣的?！　?/p>

圖2：永磁同步電機控制策略。

　　事實上，永磁同步電機與直流無刷電機(BLDC)在業(yè)界一度有點混淆。直流無刷電機理想是方波，但是實際上理想的方波情況非常少。而表貼式永磁同步電機(SPM)最開始希望是一個正弦感應(yīng)電機，它的所有控制量是正弦電壓電流，但其實波形也不是那么理想。因此，在表貼式永磁同步電機方面，方波跟正弦電機應(yīng)用到這個層面的時候開始模糊，有一段時間在業(yè)界產(chǎn)生了一些混淆。“這個結(jié)果對控制來講，其實你發(fā)現(xiàn)很多做正弦控制的算法可以用到永磁電機上，在實現(xiàn)上面不是那么難。也是因為這個原因，正弦電機的控制策略跟方波電機的控制策略開始混合起來。”譚博士說。

　　對于內(nèi)嵌式永磁同步電機(IPM)，“據(jù)我所知，現(xiàn)在很多空調(diào)壓縮機其實采用內(nèi)嵌的結(jié)構(gòu)形式，它其實覆蓋了磁阻效應(yīng)。大家在講壓縮機要進(jìn)入到弱磁控制區(qū)，其實我更偏向于認(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，永磁同步電機在消費類領(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，要么通過逆變器下橋臂的電流采樣重構(gòu)三相電流信號。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)動控制模式，以及電流的采樣，控制以及保護(hù)其實是不完整的。這個不完整是針對兩部分來講的，一部分是對逆變器來講，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)果是對它的控制不是全控，另一部分是對電機的相電流，信息是不完整的，在某些點上面可能采不到。

　　“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，這些成果對我們產(chǎn)生相關(guān)的影響。”譚博士指出。　　

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