【導讀】而近幾年壓縮機采用了變頻技術，起動時運行平穩(wěn)，可以徹底消除起動噪聲，節(jié)能。系統打下了良好的基礎。加之市場競爭對冰箱節(jié)能、低噪聲提出的更高要求，使得無刷直流電動。機應用于冰箱壓縮機的技術成為可能。本文重點介紹這種變頻冰箱壓縮機的工作原理及無刷直流電動機的結構。近些年來，國內經濟增長勢頭迅猛，人民生活水平不斷提高。但是在經濟發(fā)展的同時，能源。緊張的問題也逐步暴露了出來。對于居民日常生活來說，耗電主要來自于電視、冰箱、空調、熱。需要每時每刻通電的電器。正是在這樣的背景之下，提倡節(jié)能環(huán)保的變頻技術被引入中國，變頻。冰箱應運而生，這也是社會新時代的需求和新技術的完美結合。

　　

【正文】 , c )為端電壓。從圖 A、 B相可以得到 : bn EdtdILRIV ??? (31) ad EdtdILRIVV ???? (32) 由式（ 31）和式（ 32）得到： 22 badcn EEVV ??? (33) 在三相平衡系統中 ,若只考慮基波頻率 , 那么 : 0??? cba EEE (34) 把式 (34)代入式 (33)可得到 : 22 cdcn EVV ?? (35) 這樣得到端電壓 : 223 dccc VEVEV ???? (36) 圖 34 PWM on時的繞組狀態(tài) 大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第三章 無刷直流電機控制器 23 (36)式說明 ,在 PWM導通期間 , 懸空繞組的端電壓等于反電勢與 1/2電源電壓的疊加 ,故可以通過將該繞組的端電壓與 1/2電源電壓進行比較獲取反電勢過零點。在 PWM導通期間 ,懸空繞組的反電勢疊加在 1/2電源電壓之上 ,其波形正確反映在繞組端口上 ,因而可以在每一次 PWM導通期間采樣該端口的電壓 ,判斷過零點 [13]。 2） .實現方法 對于過零點的檢測 ,可以通過單片機的 A /D口直接將反電勢信號由模擬量轉換成數字量 ,然后通過軟件的方法和 1/2的直 流母線電壓比較 ,得到電機轉子過零點。這樣做的好處是系統簡單 ,過零延時較小 ,但是對于系統硬件的抗干擾設計要求高 ,加大了軟、硬件設計的難度 ,而且在一些干擾比較強的場合難以應用。考慮到上述原因 ,設計了無傳感器電機轉子位置的測量電路 , 如圖35(見附錄 )所示。此電路兼有反電勢檢測和調理功能。從 X/Y/Z電機接線端子上獲取反電勢信號 , 需要首先將高壓信號衰減到合適的可以測量的范圍。圖中 X相的端電壓經過 R1 R1 R20和 RR10分壓后產生 X相反電勢的分壓信號 X_DIV。同樣 ,母線電壓 VDC也需要經過電阻 R2 R2 R2R8和 R13分壓后調整到合適的范圍 ,產生 U_DIV信號。 X相分壓信號 X_DIV經過 R14和 C4組成的濾波電路濾波后接入到模擬電壓比較器 IC06(LM339)的同向輸入端 ,而直流母線分壓信號 U_DIV經電容C C8濾波后 ,并經電阻 R16接入到比較器的反相輸入端。比較器輸出經過 R3上拉電阻后產生過零信號輸出 X_ INT,接入到 MCU相應的外部引腳。對于電感量較小的電機 ,產生的反電勢信號較小 ,造成檢測到的反電勢信號過零點滯后于實際反電勢過零點 ,滯后太多將造成換相的不準確。由于本系統采用 PWM_ON調制方式 ,可以在電路中引入電阻 R R31和 R32(注意連接的方式 )解決這個問題。以 X相為例 ,在檢測上升沿過零點時 ,考察 X相反電勢信號比較器的反相端電壓。如圖 35所示 ,此時電流由 Z相端子流向 Y相端子 ,并且在這個 60176。扇區(qū)內 ,Y相端子與直流母線負端常通 , 因此Y_DIV的電平為地。通過電阻 R33與電阻 R32的分壓 ,使得 X相比較器的反相端電壓比參考電壓 U_DIV低 ,因此可以適當提前比較器輸出的上升沿過零點時間。同樣 , 在檢測 X相下降沿過零點時 ,由于在這個 60176。扇區(qū)內 , 電流由 Y相端子流向 Z相端子 , 并 且 Y相端子與直流母線的正端常通 , Y_DIV為2倍 U_DIV電壓。通過電阻 R32可提升比較器的反相端輸入電壓 ,從而也可適當提前比較器檢測到過零點的時機。調整阻值大小可以在一定范圍內調整過零點時間 ,必要時候可以配合軟件對換相時間進行適當補償。分壓電阻網絡的電阻值的選定需要根據實際情況而定 ,主要根據其母線最高電壓、模擬比較器工作電壓范圍、分壓電阻的功率等因素而定。另外 ,母線電壓的分壓比是 X/Y/Z 相的端電壓分壓比的一半 , 電阻精度應選擇至 少177。 1%精度。濾波電容 4C 、 9C 主要用于消除分壓信號受毛刺的影響。該電容與分壓電阻網絡構成一個阻容濾波電路 ,同時對輸入信號引入了一定的相移?？梢院苋菀椎赜嬎愠鰴z測電路產生的相移。以 X 相為例 ,其中 f 為反電勢頻率 , R 1 0 R5 R2 R 2 0 , R 1 9 R 1 8 R1 ????? 。 按基波計算則有相移為 : R2 R1 R 1 R 2 C 4 fa r c t g 2 ?? ?? (37) 因為反電勢的頻率同電機轉子的電頻率成正比 ,所以相移 ? 同電機的轉速也成正比。由于過零信號中夾雜著 PWM載波信號 ,斬波信號會嚴重干擾反電勢波形 ,使得過零點 不明確 ,尤其是在 PWM占空比較低的時候。為了濾除 PWM載波信號 ,在一些應用中選用低通濾波器進行深度濾波 ,但這會帶來一些負面影響。這些影響包括 : 使得位還需要在軟件中實行軟件補償 , 如圖 36所示。需要置檢大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第三章 無刷直流電機控制器 24 測不準確 ,調速范圍小 。 電容老化引起的容值的變化 ,造成相位偏移等。因此在本論文中在軟件中提前 ? 角換相 ,否則會造成電機失步 。 預計過零點實際過零點δ 3） .初始定位和開環(huán)起動 對于無位置傳感器無刷直流電機 ,在起動時需要知道轉子的確切位置 , 因此在初始啟動時需要預先定位。為了可靠定位 ,本文采用二次定位的方法 ,先給電機的兩相繞組通電 ,當轉子到達預定位置后 ,再給三相繞組通電 ,這樣保證轉子能夠轉到預定的位置。轉子定位結束后 ,按照預先給定的換向順序 ,在開環(huán)狀態(tài)下起動 ,使電機由靜止逐漸加速 ,直至轉速足夠大 ,繞組感應電勢能夠被準確檢測 ,最后切換到位置閉環(huán)方式運行。檢測到過零點后 ,通過定時器設定好本次切換時刻 , 過 30176。電角度換相 ,為了避開功率管開關瞬間形成的強干擾 ,在采樣時需要通過延時 ,軟件濾 波等方式去除干擾 ,并由軟件進行誤差補償 ,使換相時間更加準確。在開環(huán)運行時檢測到反電勢不能立即切換到閉環(huán) ,因為這時候電機還沒有完全進入穩(wěn)定運行狀態(tài) ,因此 ,在程序中需要設置一個計數器 ,當檢測到的反電勢數目達到預定數值 ,表示系統已經達到前穩(wěn)定 ,此時切換到閉環(huán)運行 [14]。 圖 36 系統軟件延時補償 大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第三章 無刷直流電機控制器 25 電流檢測 電流檢測采用價格便宜的分流電阻 R6 來實現。 R6 安裝在功率驅動橋的下端與功放板地線之間，這樣通過電動機的電流最終是經過電阻接地，因此只有測出分流電阻兩端的電壓就可以得到各相的電流，即 6/RUI? 。檢測電路如圖 37所示。檢測到的分流電阻壓降，經 RC濾波電路，放大電路后送入 DSP 的 ADC 模塊作為電流反饋量。 圖 37 電流檢測電路 圖 37為一相的電流檢測電路，對于三相星形連接的電機，電流滿足各相的電流之和為零，所以只要在兩相繞組上安裝電流檢測電路就可以得到三相的電流。 轉速檢測 在本設計中用光電編碼器來檢測轉子的轉速。光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械集合位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。它不僅可以檢測電動機轉 速，還可以測定電機的轉向及轉子的相對于定子的位置。光電編碼器隨著轉子的轉動而產生正交編碼脈沖 A和 B時，通過檢測兩個序列中的領先序列，測出電機的正反轉。并據此對捕獲的信號進行加減計數，從而得到電機的角位移和轉向。電機的轉速可以通過脈沖的頻率測出，因此轉速的測量轉換為脈沖頻率的測量 [15]。 軟件設計 直流無刷電動機控制系統軟件設計要求根據檢測到的轉子位置信號和反饋電流信號對電機進行換相，實現 PWM脈寬調制，達到對電機速度控制的目的。整個控制系統軟件由主程序和中斷服務子程序組成。 主程序 主 程序用來完成系統的初始化、電機起動程序、對給定速度的 A/D轉換及循環(huán)調用中斷服務子程序。主程序流程圖如圖 38所示。 大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第三章 無刷直流電機控制器 26 N Y N 圖 38 主程序框圖 中斷服務子程序 中斷服務子程序包括捕獲中斷服務程序和 ADC中斷子程序等。下面對 2種中斷服務子程序分別加以介紹： 1） 捕獲中斷服務程序 在前面介紹中，轉子位置檢測用反電勢過零法，檢測電路比較器的輸出電平波 形與霍爾傳感器輸出波形一致，電平發(fā)生跳變的時刻即為反電勢過零點。當 DSP的 I/0口捕獲到相應的跳變時，即產生一個捕獲中斷，該中斷程序的任務是完成反電勢過零點事件的捕獲。在捕獲中斷程序的入口首先進行重要寄存器和累加器等的現場保護，讀取 2次捕獲間隔時間，從而計算 30度電角度對應的時間。其程序框圖如圖 39所示。 系統初始化 起動子程序 啟動 A/D 轉換 讀取 A/D 結果 等待換相 換相結束 A/D 轉換完成？ Y 大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第三章 無刷直流電機控制器 27 圖 39 捕獲中斷程序框圖 2） ADC中斷服務子程序 ADC中斷子程序的框圖見圖 310。在電機運行過程中 ,由 ADC中斷服務子程序對轉子的位置、轉速與電流進行采樣和控制。 A/D轉換設置成通過事件管理器 EVA的 T1計數器周期匹配中斷來起動，這種方式使得 A/D轉換始終在功率開關器件導通周期采樣電流，從而提高了電流采樣的精度。 捕獲中斷 保護現場 讀取捕獲時間 計算 30 度時間 計算實際轉速 獲得轉向控制字 恢復現場退出 大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第三章 無刷直流電機控制器 28 圖 310 ADC 中斷程序框圖 保護現場 讀取 ADC 中斷向量偏移地址 位置調節(jié) 速度調節(jié) 電流調節(jié) 根據調節(jié)結果改變 占空比 恢復現場退出 大連水產學院本科畢業(yè)論文（設計） 第四章 無刷直流電機在冰箱壓縮機上的應用 29 第四章 無刷直流電機在冰箱壓縮機上的應用 本文研究的無刷直流變頻調速電動機主要應用在冰箱壓縮機上，直流變頻調速電子控制系統與 冰箱制冷系統組合在一起，進行系統智能控制達到節(jié)能應用的目的。 無刷直流電動機的設計 無刷直流電動機永磁材料的選用 隨著釹鐵硼等稀土永磁材料的發(fā)現及廣泛應用，人們逐漸認識到它的巨大潛能，由于稀土永磁材料的磁能積比較高，如果將稀土永磁材料應用在電動機上，將會大大提高電動機的效率。為了提高電冰箱壓縮機的節(jié)能效果，人們已經開始研制用直流無刷變頻調速電動機替代傳統的單相電機，首先選用能適應電冰箱壓縮機內高溫惡劣環(huán)境下能長久工作的釹