【摘要】对于变频空调设计中，应用PMSM驱动控制系统，通过PFC的整流环节、三相逆变环节，采用假定旋转坐标系法，可以有效实现对变频空调中压缩机转子转速与位置的估算，可以有效抑制谐波，也能够确保变频空调的运行效率。
【关键词】变频空调;PMSM驱动控制;无传感器;功率因数校正
1.引言
随着我国科技的发展，变频控制技术也得到快速的提升，在变频空调中应用PMSM驱动控制系统，不仅可以提升变频空调的性能，同时也可以实现快速制冷制热、提高变频空调能效、延长使用寿命优势，大大提升变频空调的运行效率。以下介绍在变频空调中对PMSM驱动控制系统的应用。
2.变频空调应用PMSM的意义
变频空调生产使用中，国家对其能效有所限定，不仅要提高对变频空调的整体性能，还应该降低变频空调的生产成本，使其可以具备低噪音、高效率以及高性能的优势，而这也渐渐成为当前变频空调的发展趋势[1]。在变频空调设计中，应用无位置传感器PMSM驱动控制技术，不仅可以提高变频压缩机工作频率范围，还可以增大变频空调对环境的适应能力，确保空调在宽温范围内保持良好的调节效果;同时还可以解决因电网电压不稳而造成的空调器运行不稳难题，应用空调压缩机驱动技术，有效避免频繁地开开停停对空调寿命的影响，降低耗电量，实现高效节能目的。
3.变频空调中PMSM驱动控制系统的组成及原理
3.1 系统组成
图1 IRMCF343方框图
变频空调室外机控制系统中，核心驱动IRMCF343有微处理器MCU单元、电机控制引擎MCE单元、信号处理引擎ASE单元三部分组成。电机控制专用引擎MCE集成了丰富的电机控制外设，包含有低损耗PWM模块，单电阻电流采样，电机电流重构等。将会基于硬件算法集成，从而控制变频调速压缩机。IRMCF343是专用高性能马达控制驱动，具有低成本、高性能的控制优势，在IRMCF343中集成无传感器永磁马达控制的运动控制引擎（MCE）以及8位高速MCU（8051），都是该系统中重要的计算引擎。IRMCF343驱动控制中，通过将运动控制引擎（MCE）以及MCU（8051）计算引擎集成到一个芯片中，并且对于该MCE中，还将会包含一系列的控制元素的比例加积分，旋转矢量，角估计，乘法/除法，低损耗SVPWM。用户可编程的运动控制算法，利用图形编译连接这些控制因素，提供了完整的预定义的控制模块的硬件实现。另外还提供了独特的模拟/数字电路和算法完全支持单电阻电流重构。8051单片机采用2个周期的指令执行。MCE与8051单片机之间通过双端口RAM实现过程信号监测和命令输入。对于MCE先进的编译器是无缝集成到Matlab/Simulink环境，而第三方JTAG仿真器工具便于实现8051的开发。系统组成如图1所示。
3.2 系统性能介绍
RMCF343驱动控制中，其性能总结如下：最大的晶体频率60兆赫，最大内部时钟（SYSCLK）频率可以达到128兆赫，其无传感器控制计算时间为11秒，MCETM计算的数据范围为16位，并可以从外部EEPROM中加载程序，其内存可以存储8K字节的数据，PWM载波频率计数器16位/A/D输入通道，模拟量输出（PWM）的分辨率为8位，波特率57.6k BPS，I/O的数量最大23。
3.3 系统原理介绍
对于该运动控制中，其控制引擎是基于硬件永磁交流电机效率基础上，通过正弦无位置传感器来控制计算的，从而可以方便实现功率因数校正。并且在系统中，还将会应用三/两相空间矢量P、三通道模拟输出PWM、以及嵌入式8位高速单片机，实现对变频空调灵活的I/O配置以及人机交互控制。如图2所示便是该系统的驱动平台图。
图2 IRMCF343系统驱动平台图
在該系统中，还将会通过JTAG编程端口，进行仿真调试，实现对变频空调的有效控制。用户通过该驱动控制系统，可以调整和定制每个应用程序，很容易地评估变频空调压缩机的驱动控制，确保变频压缩机在宽电压，宽温区内均可正常运行。
4.应用PMSM驱动控制系统对变频空调的影响
应用PMSM驱动控制技术控制的变频压缩机，不仅可以提高变频空调的性能，降低空调噪音，同时也可以提高变频空调的使用寿命。
4.1 提高制冷制热效果，使用更舒适
变频空调中应用PMSM驱动控制系统，可以根据房间冷（热）量的需求智能调节压缩机频率，使室温可以迅速上升或下降到所调定的温度，快速实现制冷（热）效果。同时当室温接近设定温度时，压缩机可以保持在低频运行，保持室温恒定于设定温度，因此可以避免因传统定速空调的频繁开停而导致的室温剧烈变化，避免因此而引起的不适。更加省电电力资源。
4.2 降低空调使用噪音，使用更安静
变频压缩机的PMSM驱动控制中采用180度正弦波无位置传感器电机矢量控制技术，通过速度前馈环节，实现力矩补偿功能，可以有效提高力矩输出稳定性，使压缩机运转更加平稳，改善机械噪音和振动。
通过对PWM载波频率、速度环带宽、电流环带宽、最小脉冲限制等参数进行优化调整，使输出的正弦电流波形变得更加平滑，可以有效减少电磁噪音的产生。
4.3 宽电压宽温区控制，应用范围更广
变频空调控制系统选用高精度开关电源和智能PFC控制，可以提高对供电电压的适应性，变频空调可在150V-264V的电压下进行启动。同时，压缩机采用预加热技术，可以降低对环境温度的要求，确保压缩机在零下15度时仍能够正常启动。另外，在恶劣工况时，可以通过试验室验证过的多项保护措施提前降频运行，确保系统正常稳定运行。
4.4 减少频繁开启，提高使用寿命
采用PMSM驱动控制技术驱动的变频压缩机，可以根据冷（热）量的需求随时调节空调压缩机运转速度，确保压缩机不会频繁开启，从而延长空调使用寿命，降低压缩机开启时对电网的耗能，节约能源。
5.结论
综上所述，在变频空调设计中，应用PMSM驱动控制技术，不仅可以使空调设备以最佳性能进行工作，还可以提高变频空调的工作平稳性，降低工作噪声，因此具有实际的应用价值。其次，在变频空调中应用PMSM驱动控制系统，不仅可以抑制输入的谐波电流，还可以通过调节直流母线电压，提高对系统运行的控制效益，在变频空调生产中值得推广应用。
参考文献
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作者简介：王新民（1976—），男，山东曹县人，广东科龙空调器有限公司副主任工程师。
