直流變頻技術(shù)在吸油煙機(jī)上的應(yīng)用分析

摘要：吸油煙機(jī)作為家用電器中的重要組成部分，在我國家庭中有著較高的使用率，幾乎每個(gè)城鎮(zhèn)家庭中均在使用吸油煙機(jī)，能夠?qū)N房中產(chǎn)生的大部分油煙吸走，維護(hù)廚房內(nèi)良好的環(huán)境，提升家庭清潔度。吸油煙機(jī)之所以能夠吸走油煙主要是利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的大吸力來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前在吸油煙機(jī)中使用的電機(jī)主要為交流電機(jī)，本身的功率較大，且結(jié)構(gòu)簡單，但是本身也存在較多的缺點(diǎn)，包括噪音大及不節(jié)能等。為了解決這一問題，誕生了直流變頻電機(jī)，對(duì)降低電機(jī)的噪音，提升工作效率作用顯著。本文對(duì)直流變頻技術(shù)工作原理進(jìn)行介紹，提出直流變頻技術(shù)在抽油煙機(jī)上應(yīng)用的必要性，闡述直流變頻技術(shù)在吸油煙機(jī)上的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直流變頻技術(shù);吸油煙機(jī);交流電源;智能功率模塊

前言：

吸油煙機(jī)在人們的日常生活中使用率較高，當(dāng)前市面上的大多數(shù)吸油煙機(jī)所使用的電機(jī)主要以普通交流電機(jī)為主，與直流電機(jī)相比，沒有換向器，制造方便、結(jié)構(gòu)簡單，可制作成大電流、高電壓、大容量的電機(jī)，在吸油煙機(jī)上取得了良好的應(yīng)用效果。當(dāng)前社會(huì)倡導(dǎo)節(jié)能，在節(jié)能環(huán)保背景下，交流電機(jī)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的使用需求，直流電機(jī)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了交流電機(jī)的缺陷，對(duì)提升吸油煙機(jī)性能具有重要作用。

一、直流變頻技術(shù)工作原理

直流變頻技術(shù)原理主要是指將50Hz和220VAC的工頻交流電源轉(zhuǎn)化為直流電源，將電流運(yùn)送到功率模塊主電路中，在單片機(jī)的控制下，能夠?qū)㈦妷嚎勺兊闹绷麟娫摧敵鰜?，以此來完成?duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制。由于直流變頻本身無逆變環(huán)節(jié)，相較于交流變頻更加省電。通過對(duì)直流變頻電機(jī)的工作原理情況進(jìn)行了解可知，未能展現(xiàn)出定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的電磁感應(yīng)作用，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，有效的克服了交流電機(jī)所引發(fā)的轉(zhuǎn)子損耗及電磁噪音等情況，直流變頻電機(jī)的整機(jī)性能及節(jié)能效果較好，相較于交流電機(jī)效率高10%-30%，噪音的分貝低5-10分貝。在直流電機(jī)無極調(diào)速中直流變頻技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果，將直流變頻技術(shù)應(yīng)用于吸油煙機(jī)上，其轉(zhuǎn)動(dòng)可通過多檔轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)^[1]。

直流變頻技術(shù)的應(yīng)用主要是使用分離元件和集成模塊來實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際的應(yīng)用過程中使用分離器，在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)選取上主要是以功率大小為依據(jù)，來選擇MOSFET和IGBT，之后再使用外圍保護(hù)電路。使用的集成模塊以智能功率模塊為主，在使用過程中通過將驅(qū)動(dòng)電路與功率開關(guān)器件集成在一起，在內(nèi)部集成有過電流、過電壓及過熱等故障來對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)，可在MCU中輸送檢測(cè)信號(hào)，其構(gòu)成包括優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)電路、高速低功耗的管芯及快速保護(hù)電路等構(gòu)成，當(dāng)出現(xiàn)使用不當(dāng)及負(fù)載事故后，也能夠防止智能功率模塊免遭損壞。智能功率模塊受過壓及過流保護(hù)，完成了對(duì)直流電機(jī)堵轉(zhuǎn)的硬件保護(hù)，有效的避免了電機(jī)在實(shí)際的運(yùn)行過程中出現(xiàn)起火。

二、直流變頻技術(shù)在抽油煙機(jī)上應(yīng)用的必要性

第一，調(diào)速。當(dāng)前，在抽油煙機(jī)上使用的交流電機(jī)，調(diào)速一般只能為三擋，而直流電機(jī)的轉(zhuǎn)量為0-1500轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速，為用戶選取合適的轉(zhuǎn)速提供了極大的便利，吸油煙機(jī)產(chǎn)品的使用舒適性大大提升。第二，噪音。在抽油煙機(jī)上使用交流電機(jī)，電機(jī)的啟動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)噪音均明顯下降，主要是指直流變頻主要是采用軟啟動(dòng)方式，其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)始終處于一種平衡的狀態(tài)下，能夠?qū)⑽蜔煓C(jī)在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的噪音消除掉。另外，用戶可根據(jù)自身的實(shí)際使用需求，有針對(duì)性的選擇頻率，有助于確保噪音始終處于一種超低的范圍內(nèi)。第三，風(fēng)量。直流無刷電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高，并且在實(shí)際的使用期間具有負(fù)載特性硬及過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速明顯大于交流電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速，相較于交流電機(jī)風(fēng)量也較大。第四，節(jié)能。在現(xiàn)階段的家電發(fā)展中節(jié)能成為主要的發(fā)展趨勢(shì)，在家電構(gòu)成中抽油煙機(jī)作為重要組成部分，盡管每次使用的時(shí)間不長，但是由于在實(shí)際的使用過程中交流電機(jī)的效率較低，導(dǎo)致能耗量較大。而將抽油煙機(jī)的電機(jī)換成直流電機(jī)，則更有利于節(jié)能，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同風(fēng)量下，交流電機(jī)的輸出功率為180W，直流電機(jī)的輸出功率僅為80W，直接電流的效率更高^[2]。

三、直流變頻技術(shù)在吸油煙機(jī)上的應(yīng)用

為了探究直流變頻技術(shù)在吸油煙機(jī)上的應(yīng)用效果及質(zhì)量，本文以三懇SIM6822M吸油煙機(jī)為例，來設(shè)計(jì)直流變頻方案。三懇SIM6822M吸油煙機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成包括前置驅(qū)動(dòng)IC、輸出功率元件、帶限流電阻的自舉二極管封裝在一起，共同來形成高壓三相馬達(dá)用驅(qū)動(dòng)IC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成包括：電流5A、IGBT耐壓600V，6個(gè)IGBT，吸油煙機(jī)在日常的工作中所使用的功率一般為180W左右，電機(jī)的最大功率為220W，在吸油煙機(jī)型號(hào)選取上應(yīng)使用IPM型號(hào)的電機(jī)，確保能夠與吸油煙機(jī)的電機(jī)功率特性相符合。

智能功率模塊相較于以往的MOSFET及IGBT模塊電路的組件，所展現(xiàn)出來的特點(diǎn)包括以下幾種：第一，內(nèi)部含有驅(qū)動(dòng)電路，通過對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)條件進(jìn)行設(shè)定，縮短了IGBT與驅(qū)動(dòng)電路之間的距離，所輸出的阻抗本身較低，在實(shí)際的應(yīng)用期間無需加反向偏壓。第二，內(nèi)部含有過電流保護(hù)及短路保護(hù)，其保護(hù)工作主要是通過對(duì)各IGBT集電極電流進(jìn)行保護(hù)來實(shí)現(xiàn)，無論哪個(gè)IGBT出現(xiàn)異常，均能夠自動(dòng)對(duì)齊進(jìn)行保護(hù)，尤其是在地短路及下橋臂短路保護(hù)中取得了良好的應(yīng)用效果。第三，內(nèi)部包含有驅(qū)動(dòng)電源欠電壓保護(hù)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電源欠電壓保護(hù)存在于每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路中，若驅(qū)動(dòng)電源電壓VCC相較于規(guī)定值UV較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)欠電壓保護(hù)情況。第四，內(nèi)部包含有過熱保護(hù)系統(tǒng)，通過對(duì)過熱保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)RD、IFBT過熱保護(hù)功能充分的發(fā)揮出來。

吸油煙機(jī)中的驅(qū)動(dòng)模塊主要為三懇智能功率模塊SIM6822M，所接的電機(jī)為三相直流電機(jī)，若智能功率模塊中的OCP端電壓高于0.65V時(shí)，通常在OCL中會(huì)輸出高電平，需要將SD與OCL有機(jī)的連接在一起，能夠?qū)⑾蘖鞴δ苷宫F(xiàn)出來。若OCP端的電壓量高于1V時(shí)，當(dāng)濾波時(shí)間為2us后，可關(guān)斷低側(cè)功率器件，當(dāng)過流信號(hào)解除25us之后可恢復(fù)正常。在對(duì)智能功率模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使用高性能的控制器FT3066來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以此來完成對(duì)直流電機(jī)的穩(wěn)定及快速驅(qū)動(dòng)，為其運(yùn)行提供依據(jù)^[3]。

FT3066本身作為一種矢量控制專用芯片，展現(xiàn)出了高性能特點(diǎn)，該專用芯片在實(shí)際的應(yīng)用期間，所展現(xiàn)出來的特點(diǎn)為：第一，在對(duì)轉(zhuǎn)子速度及位置進(jìn)行估算時(shí)，主要是使用無傳感器來完成估算工作。第二，其軟切換處理一般需要在可靠的啟動(dòng)及角度下進(jìn)行，主要是使用無極調(diào)速來對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，能夠突出顯示閉環(huán)速度的控制性能，轉(zhuǎn)矩控制性能較為優(yōu)異。第三，在對(duì)速度環(huán)路及電流環(huán)參數(shù)進(jìn)行控制時(shí)，所使用的電流采樣算法包括單電阻、雙電阻、三電阻等。第四，在控制模擬調(diào)速時(shí)，需使用PWM，能夠完成對(duì)堵轉(zhuǎn)的保護(hù)，所展現(xiàn)出來的功能包括缺相保護(hù)、過流保護(hù)、欠壓保護(hù)等。通過在吸油煙機(jī)中使用PMSM矢量控制專用芯片F(xiàn)T3066及三懇智能功率模塊SIM6822M配合使用，直流變頻效果較好，在對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)可平穩(wěn)進(jìn)行，降噪及節(jié)能效果顯著。

結(jié)論：

直流變頻技術(shù)在吸油煙機(jī)上應(yīng)用展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果，相較于交流技術(shù)廚房吸油煙能力更強(qiáng)，電機(jī)噪音較小、功率較大，并且本身的結(jié)構(gòu)較為簡單，吸油煙工作效率較高，滿足了家庭對(duì)廚房清潔度的要求，應(yīng)在吸油煙機(jī)電機(jī)選擇上優(yōu)先使用直流變頻技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 吳志鵬，鄭星，趙彥波等. 直流變頻渦旋壓縮機(jī)技術(shù)特點(diǎn)[J]. 制冷與空調(diào)，2018，18（09）：87-91.

[2]? 蘇安建記者. 德意新天弧開創(chuàng)吸油煙機(jī)變頻時(shí)代[J]. 中國五金與廚衛(wèi)，2013，（3）：65-65.

[3]? 一丁. 德意全直流變頻吸油煙機(jī)上市[J]. 電器，2013，（4）：73-73.

作者簡介：冼道昌，男，1990年7月出生，本科，機(jī)械專業(yè)助理級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械。

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