【導(dǎo)讀】而近幾年壓縮機(jī)采用了變頻技術(shù)，起動(dòng)時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，可以徹底消除起動(dòng)噪聲，節(jié)能。系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)冰箱節(jié)能、低噪聲提出的更高要求，使得無(wú)刷直流電動(dòng)。機(jī)應(yīng)用于冰箱壓縮機(jī)的技術(shù)成為可能。本文重點(diǎn)介紹這種變頻冰箱壓縮機(jī)的工作原理及無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，人民生活水平不斷提高。但是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，能源。緊張的問(wèn)題也逐步暴露了出來(lái)。對(duì)于居民日常生活來(lái)說(shuō)，耗電主要來(lái)自于電視、冰箱、空調(diào)、熱。需要每時(shí)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(shù)被引入中國(guó)，變頻。冰箱應(yīng)運(yùn)而生，這也是社會(huì)新時(shí)代的需求和新技術(shù)的完美結(jié)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(tǒng)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(shí)的繞組狀態(tài) 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 無(wú)刷直流電機(jī)控制器 23 (36)式說(shuō)明 ,在 PWM導(dǎo)通期間 , 懸空繞組的端電壓等于反電勢(shì)與 1/2電源電壓的疊加 ,故可以通過(guò)將該繞組的端電壓與 1/2電源電壓進(jìn)行比較獲取反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。在 PWM導(dǎo)通期間 ,懸空繞組的反電勢(shì)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(dǎo)通期間采樣該端口的電壓 ,判斷過(guò)零點(diǎn) [13]。 2） .實(shí)現(xiàn)方法 對(duì)于過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè) ,可以通過(guò)單片機(jī)的 A /D口直接將反電勢(shì)信號(hào)由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 ,然后通過(guò)軟件的方法和 1/2的直 流母線電壓比較 ,得到電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)零點(diǎn)。這樣做的好處是系統(tǒng)簡(jiǎn)單 ,過(guò)零延時(shí)較小 ,但是對(duì)于系統(tǒng)硬件的抗干擾設(shè)計(jì)要求高 ,加大了軟、硬件設(shè)計(jì)的難度 ,而且在一些干擾比較強(qiáng)的場(chǎng)合難以應(yīng)用?？紤]到上述原因 ,設(shè)計(jì)了無(wú)傳感器電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的測(cè)量電路 , 如圖35(見(jiàn)附錄 )所示。此電路兼有反電勢(shì)檢測(cè)和調(diào)理功能。從 X/Y/Z電機(jī)接線端子上獲取反電勢(shì)信號(hào) , 需要首先將高壓信號(hào)衰減到合適的可以測(cè)量的范圍。圖中 X相的端電壓經(jīng)過(guò) R1 R1 R20和 RR10分壓后產(chǎn)生 X相反電勢(shì)的分壓信號(hào) X_DIV。同樣 ,母線電壓 VDC也需要經(jīng)過(guò)電阻 R2 R2 R2R8和 R13分壓后調(diào)整到合適的范圍 ,產(chǎn)生 U_DIV信號(hào)。 X相分壓信號(hào) X_DIV經(jīng)過(guò) 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(hào) U_DIV經(jīng)電容C C8濾波后 ,并經(jīng)電阻 R16接入到比較器的反相輸入端。比較器輸出經(jīng)過(guò) R3上拉電阻后產(chǎn)生過(guò)零信號(hào)輸出 X_ INT,接入到 MCU相應(yīng)的外部引腳。對(duì)于電感量較小的電機(jī) ,產(chǎn)生的反電勢(shì)信號(hào)較小 ,造成檢測(cè)到的反電勢(shì)信號(hào)過(guò)零點(diǎn)滯后于實(shí)際反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn) ,滯后太多將造成換相的不準(zhǔn)確。由于本系統(tǒng)采用 PWM_ON調(diào)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(gè)問(wèn)題。以 X相為例 ,在檢測(cè)上升沿過(guò)零點(diǎn)時(shí) ,考察 X相反電勢(shì)信號(hào)比較器的反相端電壓。如圖 35所示 ,此時(shí)電流由 Z相端子流向 Y相端子 ,并且在這個(gè) 60176。扇區(qū)內(nèi) ,Y相端子與直流母線負(fù)端常通 , 因此Y_DIV的電平為地。通過(guò)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(dāng)提前比較器輸出的上升沿過(guò)零點(diǎn)時(shí)間。同樣 , 在檢測(cè) X相下降沿過(guò)零點(diǎn)時(shí) ,由于在這個(gè) 60176。扇區(qū)內(nèi) , 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(guò)電阻 R32可提升比較器的反相端輸入電壓 ,從而也可適當(dāng)提前比較器檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)的時(shí)機(jī)。調(diào)整阻值大小可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整過(guò)零點(diǎn)時(shí)間 ,必要時(shí)候可以配合軟件對(duì)換相時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償。分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值的選定需要根據(jù)實(shí)際情況而定 ,主要根據(jù)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(yīng)選擇至 少177。 1%精度。濾波電容 4C 、 9C 主要用于消除分壓信號(hào)受毛刺的影響。該電容與分壓電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)阻容濾波電路 ,同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)引入了一定的相移?？梢院苋菀椎赜?jì)算出檢測(cè)電路產(chǎn)生的相移。以 X 相為例 ,其中 f 為反電勢(shì)頻率 , R 1 0 R5 R2 R 2 0 , R 1 9 R 1 8 R1 ????? 。 按基波計(jì)算則有相移為 : R2 R1 R 1 R 2 C 4 fa r c t g 2 ?? ?? (37) 因?yàn)榉措妱?shì)的頻率同電機(jī)轉(zhuǎn)子的電頻率成正比 ,所以相移 ? 同電機(jī)的轉(zhuǎn)速也成正比。由于過(guò)零信號(hào)中夾雜著 PWM載波信號(hào) ,斬波信號(hào)會(huì)嚴(yán)重干擾反電勢(shì)波形 ,使得過(guò)零點(diǎn) 不明確 ,尤其是在 PWM占空比較低的時(shí)候。為了濾除 PWM載波信號(hào) ,在一些應(yīng)用中選用低通濾波器進(jìn)行深度濾波 ,但這會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。這些影響包括 : 使得位還需要在軟件中實(shí)行軟件補(bǔ)償 , 如圖 36所示。需要置檢大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 無(wú)刷直流電機(jī)控制器 24 測(cè)不準(zhǔn)確 ,調(diào)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(huì)造成電機(jī)失步 。 預(yù)計(jì)過(guò)零點(diǎn)實(shí)際過(guò)零點(diǎn)δ 3） .初始定位和開(kāi)環(huán)起動(dòng) 對(duì)于無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī) ,在起動(dòng)時(shí)需要知道轉(zhuǎn)子的確切位置 , 因此在初始啟動(dòng)時(shí)需要預(yù)先定位。為了可靠定位 ,本文采用二次定位的方法 ,先給電機(jī)的兩相繞組通電 ,當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)預(yù)定位置后 ,再給三相繞組通電 ,這樣保證轉(zhuǎn)子能夠轉(zhuǎn)到預(yù)定的位置。轉(zhuǎn)子定位結(jié)束后 ,按照預(yù)先給定的換向順序 ,在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下起動(dòng) ,使電機(jī)由靜止逐漸加速 ,直至轉(zhuǎn)速足夠大 ,繞組感應(yīng)電勢(shì)能夠被準(zhǔn)確檢測(cè) ,最后切換到位置閉環(huán)方式運(yùn)行。檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后 ,通過(guò)定時(shí)器設(shè)定好本次切換時(shí)刻 , 過(guò) 30176。電角度換相 ,為了避開(kāi)功率管開(kāi)關(guān)瞬間形成的強(qiáng)干擾 ,在采樣時(shí)需要通過(guò)延時(shí) ,軟件濾 波等方式去除干擾 ,并由軟件進(jìn)行誤差補(bǔ)償 ,使換相時(shí)間更加準(zhǔn)確。在開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到反電勢(shì)不能立即切換到閉環(huán) ,因?yàn)檫@時(shí)候電機(jī)還沒(méi)有完全進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) ,因此 ,在程序中需要設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器 ,當(dāng)檢測(cè)到的反電勢(shì)數(shù)目達(dá)到預(yù)定數(shù)值 ,表示系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到前穩(wěn)定 ,此時(shí)切換到閉環(huán)運(yùn)行 [14]。 圖 36 系統(tǒng)軟件延時(shí)補(bǔ)償 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 無(wú)刷直流電機(jī)控制器 25 電流檢測(cè) 電流檢測(cè)采用價(jià)格便宜的分流電阻 R6 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 R6 安裝在功率驅(qū)動(dòng)橋的下端與功放板地線之間，這樣通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流最終是經(jīng)過(guò)電阻接地，因此只有測(cè)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(cè)電路如圖 37所示。檢測(cè)到的分流電阻壓降，經(jīng) 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(cè)電路 圖 37為一相的電流檢測(cè)電路，對(duì)于三相星形連接的電機(jī)，電流滿(mǎn)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(cè)電路就可以得到三相的電流。 轉(zhuǎn)速檢測(cè) 在本設(shè)計(jì)中用光電編碼器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。光電編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械集合位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。它不僅可以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速，還可以測(cè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)子的相對(duì)于定子的位置。光電編碼器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生正交編碼脈沖 A和 B時(shí)，通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)序列中的領(lǐng)先序列，測(cè)出電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。并據(jù)此對(duì)捕獲的信號(hào)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，從而得到電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)向。電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)脈沖的頻率測(cè)出，因此轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)換為脈沖頻率的測(cè)量 [15]。 軟件設(shè)計(jì) 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)和反饋電流信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行換相，實(shí)現(xiàn) PWM脈寬調(diào)制，達(dá)到對(duì)電機(jī)速度控制的目的。整個(gè)控制系統(tǒng)軟件由主程序和中斷服務(wù)子程序組成。 主程序 主 程序用來(lái)完成系統(tǒng)的初始化、電機(jī)起動(dòng)程序、對(duì)給定速度的 A/D轉(zhuǎn)換及循環(huán)調(diào)用中斷服務(wù)子程序。主程序流程圖如圖 38所示。 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 無(wú)刷直流電機(jī)控制器 26 N Y N 圖 38 主程序框圖 中斷服務(wù)子程序 中斷服務(wù)子程序包括捕獲中斷服務(wù)程序和 ADC中斷子程序等。下面對(duì) 2種中斷服務(wù)子程序分別加以介紹： 1） 捕獲中斷服務(wù)程序 在前面介紹中，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)用反電勢(shì)過(guò)零法，檢測(cè)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(shí)刻即為反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。當(dāng) DSP的 I/0口捕獲到相應(yīng)的跳變時(shí)，即產(chǎn)生一個(gè)捕獲中斷，該中斷程序的任務(wù)是完成反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)事件的捕獲。在捕獲中斷程序的入口首先進(jìn)行重要寄存器和累加器等的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，讀取 2次捕獲間隔時(shí)間，從而計(jì)算 30度電角度對(duì)應(yīng)的時(shí)間。其程序框圖如圖 39所示。 系統(tǒng)初始化 起動(dòng)子程序 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 讀取 A/D 結(jié)果 等待換相 換相結(jié)束 A/D 轉(zhuǎn)換完成？ Y 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 無(wú)刷直流電機(jī)控制器 27 圖 39 捕獲中斷程序框圖 2） ADC中斷服務(wù)子程序 ADC中斷子程序的框圖見(jiàn)圖 310。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中 ,由 ADC中斷服務(wù)子程序?qū)D(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速與電流進(jìn)行采樣和控制。 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置成通過(guò)事件管理器 EVA的 T1計(jì)數(shù)器周期匹配中斷來(lái)起動(dòng)，這種方式使得 A/D轉(zhuǎn)換始終在功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)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(hù)現(xiàn)場(chǎng) 讀取捕獲時(shí)間 計(jì)算 30 度時(shí)間 計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速 獲得轉(zhuǎn)向控制字 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)退出 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 無(wú)刷直流電機(jī)控制器 28 圖 310 ADC 中斷程序框圖 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 讀取 ADC 中斷向量偏移地址 位置調(diào)節(jié) 速度調(diào)節(jié) 電流調(diào)節(jié) 根據(jù)調(diào)節(jié)結(jié)果改變 占空比 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)退出 大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第四章 無(wú)刷直流電機(jī)在冰箱壓縮機(jī)上的應(yīng)用 29 第四章 無(wú)刷直流電機(jī)在冰箱壓縮機(jī)上的應(yīng)用 本文研究的無(wú)刷直流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在冰箱壓縮機(jī)上，直流變頻調(diào)速電子控制系統(tǒng)與 冰箱制冷系統(tǒng)組合在一起，進(jìn)行系統(tǒng)智能控制達(dá)到節(jié)能應(yīng)用的目的。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)永磁材料的選用 隨著釹鐵硼等稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)及廣泛應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識(shí)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(yīng)用在電動(dòng)機(jī)上，將會(huì)大大提高電動(dòng)機(jī)的效率。為了提高電冰箱壓縮機(jī)的節(jié)能效果，人們已經(jīng)開(kāi)始研制用直流無(wú)刷變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)替代傳統(tǒng)的單相電機(jī)，首先選用能適應(yīng)電冰箱壓縮機(jī)內(nèi)高溫惡劣環(huán)境下能長(zhǎng)久工作的釹