基于矢量控制的變頻空調風機設計方案

　　采用單電阻電流采樣、無位置傳感器永磁同步電機的矢量控制如下圖2：

圖2 永磁同步電機矢量控制框圖

　　3.1 單電阻電流采樣

　　為了降低系統成本，本方案采用了先進的單電阻采樣技術。一般來講，矢量控制算法需要采集電機至少兩相電流，但單電阻采樣只需要采集負母線的電流即可。

圖3 單電阻采樣框圖

表1 單電阻采樣狀態表

　　圖3是單電阻采樣的框圖，對于橋臂的每一個開關狀態，其流過的電流狀態如表1所示。在表1中，“0”表示開關管關斷，而“1”表示導通。由于電流在一個PWM周期內幾乎不變，因此只需要在一個PWM周期內采樣兩次即可得到該時刻電機每一相電流的狀態，因為三相電流之和為零。

　　單電阻采樣會遇到一些挑戰，空間矢量脈寬調制器（SVPWM）在空間矢量的扇區邊界和低調制區域的時候，會存在占空比兩長一短和兩短一長以及三個幾乎一樣長的時刻。這樣的話，如果有效矢量持續的時間少于電流采樣時間，則會出錯。本方案采取的辦法是在相鄰邊界的時候插入固定時間的有效矢量，而在低調制區域的時候，采用的是輪流插入有效矢量的方法。插入有效矢量會給電流波形帶來失真，這種情況下需要通過軟件來進行補償。

　　單電阻采樣的優點除了降低系統的成本，還有就是它檢測三相電流時都基于相同的增益和偏移，一致性好。缺點也是明顯的，對于MCU來說，算法復雜了其運算時間要增大，代碼比三電阻也要長一些；對于電流檢測而言，其波形失真比起三電阻方法來說，要稍微大一些。其詳細的對比如表2所示。單電阻采樣的性能對于變頻空調的應用是完全可以勝任的，而且成本低廉，這也就是為什么大部分家電廠家都愿意選擇單電阻采樣的原因所在。

表2 三電阻與單電阻的對比