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

　　圖3 的TI控制方案是基于Piccolo F2803x系列MCU，該系列MCU可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)升級(jí)、改善性能并簡(jiǎn)化數(shù)字實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，從而為電機(jī)控制應(yīng)用帶來(lái)全新的效率與創(chuàng)新。F2803x包含一個(gè)通過(guò)一款新型 C 編譯器實(shí)現(xiàn)的、可采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程的集成型控制律加速器 (CLA) 協(xié)處理器，旨在提升創(chuàng)新設(shè)計(jì)的水平。該 CLA 是一個(gè) 32 位浮點(diǎn)數(shù)學(xué)加速器，專為獨(dú)立于 TMS320C28x CPU 內(nèi)核工作而設(shè)計(jì)，以分擔(dān)復(fù)雜的高速控制算法。這種分擔(dān)將 CPU 解放出來(lái)去處理輸入/輸出和反饋環(huán)路測(cè)量，從而可使閉環(huán)應(yīng)用的性能提升 5 倍之多。

　　此外，CLA自帶中斷控制器，并可直接訪問(wèn) ADC與EPWM等外設(shè)。電源與時(shí)鐘方面，Piccolo配備兩個(gè)工作頻率10MHz的片上振蕩器，不但可提供三倍冗余，還可將誤差精度可控制在±1%左右;此外，為了加強(qiáng)對(duì)諧波的控制以及避免信號(hào)下降沿丟失，TI還在Piccolo器件上運(yùn)用了可支持150皮秒的頻率調(diào)制增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器(EPWM)，以及12位高速ADC。

　　F2803X可取代多個(gè)電子組件，從而在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制與系統(tǒng)管理的同時(shí)還可降低系統(tǒng)整體成本。例如，在變頻空調(diào)設(shè)備中，一個(gè)F2803x控制器就可精確控制兩部三相馬達(dá)，并可執(zhí)行功率因數(shù)校正(PFC)計(jì)算，具備掉電保護(hù)與上電復(fù)位功能。

　　SRM，前景看好的另一種高效電機(jī)形式

　　盡管因?yàn)檗D(zhuǎn)矩?fù)p耗小帶來(lái)了高效率等優(yōu)點(diǎn)，但永磁體材料價(jià)格的波動(dòng)使得成本控制成為一個(gè)難點(diǎn)，而且對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求也比較高，會(huì)受溫度、振動(dòng)等相關(guān)因素的影響。于是無(wú)永磁體電機(jī)——開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)作為實(shí)現(xiàn)高效電機(jī)的一路思路成為一些尖端研究機(jī)構(gòu)(特別是國(guó)外)積極跟進(jìn)的方向。

　　譚博士指出：“開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在體積和功率密度、材料成本占優(yōu)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)靈活，對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求非常低，得益于控制器技術(shù)的發(fā)展，其功率因數(shù)也提升了很多，但因其非線性特性，故控制策略總體來(lái)說(shuō)還是比較復(fù)雜。國(guó)內(nèi)不少大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在研究開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)并緊跟國(guó)際潮流，我有幸與這些機(jī)構(gòu)有很多互動(dòng)。相信隨著技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步，未來(lái)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制器成本下降空間會(huì)非常大!”

　　他在演講中展示了合作單位開(kāi)發(fā)的最新SRM研究成果和突破(效率最高達(dá)96%，圖4)，引發(fā)聽(tīng)眾濃厚興趣，提問(wèn)不斷。該新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有兩套轉(zhuǎn)子，用特殊的方式疊加起來(lái)形成一個(gè)電機(jī)，它的最高效率可到96%左右。　　

圖4：一種新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的效率最高達(dá)96%。

　　據(jù)譚博士介紹，通過(guò)新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)可以開(kāi)始達(dá)到與永磁電機(jī)相當(dāng)?shù)男剩貏e是高速的情況下，而其尺寸和體積也可以逐漸接近后者，但因不需要永磁體材料，成本會(huì)低廉很多，更具經(jīng)濟(jì)性。從它自身控制拓?fù)渖蟻?lái)講，隨著控制器技術(shù)的發(fā)展，它有潛力比傳統(tǒng)的逆變器結(jié)構(gòu)還要簡(jiǎn)化，成本也有望快速下降，因此作為高效電機(jī)具有很大的發(fā)展空間。