SVPWM变频空调永磁同步压缩机控制系统

　　0 引 言

　　随着科技不断发展、社会不断进步，人们对舒适的生活品质和环境越来越重视，要求也越来越高，不仅对室内温度、湿度提出了较高要求，也希望室内环境趋于自然. 人们对空调器的要求已经从初期的仅仅满足制冷、制热的简单功能，发展到追求舒适、享受的多种功能，从而使得高效节能、高舒适度的直流变频空调成为空调器的发展方向. 直流变频空调器的发展具有巨大的社会经济效益，可以节约供电量，减轻供电压力，同时可以带动一大批相关产业的发展. 空调的压缩机是空调的主要耗能部分，也是整个空调系统的控制核心. 传统变频空调一般采用三相异步电机作为其压缩机，三相异步电机的效率只有85% 左右. 而永磁同步电机的效率要比三相异步电机高 7% ～10%. 随着对全球能源危机和环境保护问题越来越多的关注，开发以永磁同步电机为压缩机电机的直流变频空调系统也就显得尤为重要[1].

　　鉴于此，本文设计了一种基于电压矢量脉宽调制( SVPWM) 技术的直流变频空调永磁同步压缩机控制系统，提出了系统主电路、通讯电路、定子相电流检测和转子角速度估计的设计方案，并进行了软件流程的设计. 在 MATLAB/SIMULINK 环境下搭建了永磁同步电机矢量控制的仿真模型，验证了控制系统设计的可行性，为系统的硬件实现提供了理论依据.

　　1 变频空调设计方案

　　变频空调主要由室内机和室外机两部分组成，室内机作为上位机主要实现检测室内温度、给室外机发送控制指令等功能. 它与室外机采用异步串行通讯. 本文主要进行室外机电路的设计，室外机电路主要包括: 整流滤波电路、逆变电路、控制电路等部分. 室外机采用松下公司专为电机控制而设计的 32位数字信号处理器 MN103SFE4G DSP，为核心控制器，该芯片能够承担大量的实时计算，运算速度快，片内外设资源丰富，简化了接口电路的设计，易于实现对电机的灵活、实时控制.

　　1. 1 控制系统主电路方案设计

　　空调机组采用 AC380V 交流电机，电源主电路主要包括整流滤波电路、三相全桥逆变电路两部分.整流滤波电路的作用是把输入的 380V 的交流电经过整流、电抗、电解电容滤波后变为平滑的 540V 的直流电，接入三相全桥逆变模块，逆变为交流后驱动变频压缩机[2]. 主电路框图如图 1 所示.

　　逆变电路采用三菱公司的智能功率模块( Intel-ligent Power Module-IPM) 6MBP25RA120，它由高速、低耗的 IGBT( 绝缘栅双极型晶体管) 芯片和优化的门极驱动以及多种保护电路构成. IPM 具有 GTR 的高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及MOSFET 的高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点，内部集成了过流、短路、控制电压欠压和过热保护电路，可以对芯片进行双重保护.