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2020年12月14日 | 冰箱压缩机设计使用数字信号控制器实现高能效等级
2020-12-14 来源：EEWORLD
冰箱和其他厨房电器由于对能源的高需求，对离网能源系统提出了严峻挑战。现在，改进的冰箱压缩机由无刷直流电动机或永磁同步电动机（PMSM）驱动，以满足高能效等级。通过为无刷电机使用基于逆变器的变速驱动器，可以实现这种高能效。
老一代冰箱使用的是单相感应电动机，这种电动机不能自启动。通过添加辅助绕组或极点阴影来解决此问题。但是，这两种方法在启动后都浪费了能量，因为它们没有其他用途。 ACIM电动机的另一个挑战是转矩输出在达到目标速度之前非常低。
另一方面，基于PMSM的压缩机非常高效且运行安静得多。当您确实需要时，它们还可以在启动和低速时提供更大的扭矩。由于这些原因，PMSM或内置永磁体（IPM）电动机正成为新冰箱的首选解决方案。
压缩机电机控制软件尤其面临挑战，因为在停机和快速重启期间由于冷却液背压高，因此要提供可靠的启动，并平衡每次机械旋转中的活塞运动。为了解决这些挑战，我们基于dsPIC33数字信号控制器（DSC）的冰箱压缩机参考设计为PMSM和IPM电机实现了独特的算法，旨在确保每次启动均可靠。为了减少噪音和振动，扭矩补偿算法会自动调整活塞运动的电机速度。
使用PMSM电机通过实现变速（频率）驱动器（VFD）提供了另一种提高能源效率的方法。使用单相交流感应电动机无法实现。VFD允许压缩机以维持冰箱内部恒定温度所需的最佳速度运行，从而节省了能源。
使用场定向控制（FOC）算法可提供VFD和其他高级电动机控制功能，例如动态启动和具有自动恢复功能的失速检测。与FOC一起，采用了单并联电动机电流检测技术，从而降低了总体BOM成本。
Microchip的冰箱压缩机参考设计可促进快速原型开发，并使用dsPIC33 DSC进行具有成本效益的创新设计开发。该设计可与多种冰箱压缩机电机配合使用，同时支持内部永磁同步电动机（IPMSM）和表面安装永磁同步电动机（SPMSM）。软件算法可确保压缩机以高背压和低待机功耗可靠地启动。它使用单并联电流检测技术实现了无传感器FOC VFD。该设计支持一系列有助于提高效率的高级控制技术。它提供过流保护，过压和欠压保护，速度误差和浪涌电流限制功能，以实现可靠的运行。
dsPIC33 DSC参考设计的主要电路组件
冰箱压缩机开发板
dsPIC33 DSC具有许多功能，例如高级电动机控制PWM，集成的高速ADC，运算放大器和高速模拟比较器，可帮助为PMSM实施经济高效的高性能FOC驱动器。高水平的外围设备集成有助于降低整个系统的BoM成本。
功能安全已成为行业中确保安全可靠运行的关键因素。“功能安全就绪” dsPIC33 DSC提供了许多安全硬件功能，功能安全辅助工具以及VDE和UL认证的IEC 60730 B类安全诊断库，这些功能简化了满足功能安全标准的要求，从而实现了可靠而稳定的操作。
以下是使用dsPIC33 DSC冰箱压缩机参考设计的一些好处：
•通过包含丰富保护功能，电机控制和应用程序源代码，用户指南和多个通信端口的交钥匙示例设计加快开发速度
•使用FOC可提供更平滑的扭矩和更好的启动和停止特性，从而使压缩机运行更安静并延长使用寿命
•通过其高性能dsPIC33内核和控制外设降低系统级BOM成本，以实现无传感器FOC，辅助电源的DC-DC控制以及片上运算放大器的单路电流检测
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