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冰箱压缩机设计使用数字信号控制器实现高能效等级

【导读】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。

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。

冰箱压缩机设计使用数字信号控制器实现高能效等级

dsPIC33 DSC参考设计的主要电路组件

冰箱压缩机设计使用数字信号控制器实现高能效等级

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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