空調(diào)室內(nèi)風(fēng)扇調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

李曉萌

一、PG調(diào)速電機結(jié)構(gòu)簡介

分體壁掛式空調(diào)室內(nèi)風(fēng)扇采用PG塑封調(diào)速電機。該電動機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，振動和噪聲低，只需要單相供電，性價比高，因此被廣泛應(yīng)用于家電行業(yè)。 它主要由定子與轉(zhuǎn)子兩部分組成。PG電機有定子、轉(zhuǎn)子、輔助繞組和主繞組組成，帶霍爾反饋結(jié)構(gòu)。

二、PG調(diào)速電機啟動及調(diào)速原理

（一） PG交流電機啟動原理

在實際電路中，啟動電容器在啟動繞組電路中串聯(lián)連接，以獲得電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。電容器運行單相異步電動機定子輔助繞組（即起動繞組）電路串聯(lián)電容器，該電容器參與電動機的啟動和運行，由于電容器在電路中串聯(lián)連接，輔助繞組環(huán)路是電容性的，因此輔助繞組電流相位超前于電壓，主繞組電流滯后于電壓（因為初級繞組環(huán)路是電感性的）。圖1當(dāng)理論設(shè)計和實驗來獲得電容器參數(shù)時，使兩個繞組電流之間的相位差將接近90°，這樣電機可以獲得大的啟動轉(zhuǎn)矩和小的啟動電流。

（二）PG交流電機調(diào)速原理

PG交流電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，是通過改變可控硅導(dǎo)通角度來改變PG電機驅(qū)動電壓波形，從而改變電機驅(qū)動電壓的有效值，達到PG電機調(diào)速目的。

當(dāng)可控硅導(dǎo)通角α1=180°時，即可控硅處于直通狀態(tài)，PG交流電機驅(qū)動電壓波形為正弦波，;當(dāng)可控硅導(dǎo)通角α1 <180°時，PG交流電機驅(qū)動電壓波形如圖實線所示，可控硅處于非全導(dǎo)通狀態(tài);導(dǎo)通角α1越小，可控硅導(dǎo)通狀態(tài)越小，則驅(qū)動電壓有效值越小，所產(chǎn)生的磁場越小，則電機的轉(zhuǎn)速越低。由以上的分析可知，可控硅調(diào)速時PG交流電機轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)，但這時PG交流電機驅(qū)動電壓和電流波形不連續(xù)，波形差，故電動機的噪音大，在電路設(shè)計時，需增加相應(yīng)的濾波電路加以抑制。

三、PG交流電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

（一）PG交流電機驅(qū)動硬件電路系統(tǒng)設(shè)計（見圖3）

1.采用MO3022實現(xiàn)PG電機隔離驅(qū)動，控制可控硅BT137導(dǎo)通與截止，各元器件作用如下

（1）R7、R8、Q2組成驅(qū)動信號放大電路，C1旁路掉驅(qū)動信號的雜波，R9對IF進行限流。

（2）R12、C9組成濾波電路，抑制可控硅導(dǎo)通與截止的dv/dt，解決EMI干擾問題;同時防止可控硅兩端電壓突變，造成無門極信號誤導(dǎo)通。

（3）L3為扼流線圈，抑制可控硅回路中di/dt，對TR2進行保護;電感L3需放置在TR2后面，C為風(fēng)機啟動電容。

（4）為確保MOC3022可靠導(dǎo)通，流過LED側(cè)的電流為10mA左右，R9取值應(yīng)根據(jù)IC驅(qū)動電流而定。

（5）目前常用的風(fēng)機每轉(zhuǎn)一周，輸出1個脈沖方波，風(fēng)機內(nèi)置霍爾電路輸出波形通過一個限流電阻后，再通過103瓷片電容濾波，接單片機的輸入口，芯片通過對輸入脈沖方波頻率的檢測，來判斷風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則加大可控硅導(dǎo)通角，提高風(fēng)機電壓的有效值，使風(fēng)機轉(zhuǎn)速增大;轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則減小可控硅導(dǎo)通角，降低風(fēng)機電壓的有效值，使風(fēng)機轉(zhuǎn)速變低。

注意事項：

a.為可控硅可靠導(dǎo)通，需?？煽康挠|發(fā)可控硅，應(yīng)此需注意R11的選型，保證可控硅驅(qū)動電流和電阻耐壓。

b.雙向可控硅TR2具有方向性，T1、T2接反后，電路不能正常工作。

c.本元器件選型適用于大功率的室內(nèi)PG電機，如小功率PG電機，則直接使用AQH223固態(tài)繼電器隔離驅(qū)動。

d.經(jīng)實驗驗證：主控芯片輸出可控硅（或者AQH223固態(tài)繼電器）驅(qū)動脈寬（FANSpeed）建議不少于400uS。

2.帶開關(guān)電源過零檢測電路工作原理（見圖4）

ACL和ACN為過零檢測電路是市電進行采樣的物理點，正半周通過R1，R2，R3降壓后驅(qū)動光耦PC817，負半周通過R4，R5，R6降壓后驅(qū)動光耦PC817，分別驅(qū)動三極管產(chǎn)生全周期的過零信號，接單片機的過零檢測端（外部中斷端口）。三極管Q1導(dǎo)通時，為低電平;截止時，為高電平。若ACL和ACN物理采樣點電壓頻率為F，過零信號的頻率為2F。U1及U2點的電壓波形如圖5所示：

3.線性變壓器過零檢測原理

電網(wǎng)交流電源經(jīng)變壓器降壓后，先經(jīng)過D5，D6整流，形成脈動波形，經(jīng)過三極管電路同相變換波形后，產(chǎn)生過零信號，接單片機外部中斷口進行檢測判定，注意C2電容不宜過大，否則會引起過零信號變形導(dǎo)致誤判，增加R4保護芯片端口不被浪涌信號擊穿。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計

（一）軟件控制算法原理

1.調(diào)速控制算法處理

PG交流電機根據(jù)風(fēng)機霍爾傳感器檢測的脈沖反饋，算出實際的風(fēng)機轉(zhuǎn)速，在每個過零點之后延遲一段時間輸出可控硅驅(qū)動觸發(fā)信號。如果檢測當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于目標(biāo)設(shè)定轉(zhuǎn)速，加大驅(qū)動觸發(fā)信號延遲時間;若檢測當(dāng)前轉(zhuǎn)速小于目標(biāo)設(shè)定轉(zhuǎn)速，減小驅(qū)動觸發(fā)信號延遲時間;若等于則保持驅(qū)動觸發(fā)信號延遲時間不變。

2.無級調(diào)速控制算法處理

室內(nèi)風(fēng)機無級調(diào)速功能是，室內(nèi)風(fēng)機可以在當(dāng)前模式的最低風(fēng)速Fan_Min和最高風(fēng)速Fan_Max之間進行調(diào)節(jié)，平均分為共分為若干級，假設(shè)設(shè)定為100級，級數(shù)用JSX表示，最小調(diào)節(jié)單位為1級，每一級調(diào)節(jié)的風(fēng)速為（【FanMax】-【FanMin】）/100，可以滑動按鍵操作對風(fēng)檔進行調(diào)節(jié)。

注意：轉(zhuǎn)速計算統(tǒng)一按直接取整的方法處理。

3.防共振處理

每一個空調(diào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)都有自己的諧振頻率，當(dāng)室內(nèi)風(fēng)機運轉(zhuǎn)時的振動頻率與空調(diào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的諧振頻率相同時便會產(chǎn)生共振，產(chǎn)生很大的噪音。為了減少噪音，并使電器系統(tǒng)穩(wěn)定工作，室內(nèi)風(fēng)機運行時需要避開產(chǎn)生共振的轉(zhuǎn)速范圍。

（二）控制流程圖

1.PG交流電機調(diào)速簡要流程圖

該流程圖簡要介紹PG電機軟件控制邏輯的基本控制要點和處理方案，從整體認識PG交流電機調(diào)速控制流程。

2.電機轉(zhuǎn)速反饋控制流程圖

五、PG交流電機的廣泛應(yīng)用

PG交流電機能根據(jù)系統(tǒng)的要求較好地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制方法簡單可靠，性能接近直流無刷電機，但成本遠遠低于直流無刷電機，是一種性價比極高的風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在分體掛壁式空調(diào)上得到廣泛應(yīng)用，目前約70～80%分體掛壁式空調(diào)都在使用PG交流電機調(diào)速。PG電機較好的調(diào)速性能，連續(xù)轉(zhuǎn)速變化曲線，超高的性價比獲得家用電器設(shè)計師的青睞，使得PG交流電機在家電各領(lǐng)域普及應(yīng)用，尤其是風(fēng)扇、空氣凈化器等小功率，大風(fēng)量的家電。

簡單可靠的調(diào)速控制電路，直觀的調(diào)速效果，也是電路控制專業(yè)教學(xué)很好的輔助教學(xué)手段，可以提高學(xué)生的興趣和動手能力，使得教學(xué)能緊跟時代發(fā)展的潮流，最大程度提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

責(zé)任編輯 朱守鋰