基于DSP变频空调空间电压矢量控制效果的探讨

　面对日益激烈变频空调市场，本文提出了一种针对空调交流变频压缩机的成本低而且性能好的控制实现方式，充分发挥V/F开环控制的特点，无需反馈，成本需求低。同时采用SVPWM这种适合数字控制的PWM技术，可以使逆变器输出线电压幅值较SPWM方式提高20%，输出线电压幅值最大值可达Ud，启动特性好，谐波分量少，通过调整电机的运转频率可以调整压缩机的输出频率，从而无需象定频空调一样的频繁开/关机操作。
　　1 V/F控制在压缩机上的实现原理
　　空调的核心技术部分是对压缩机的控制，压缩机拖动系统的机械特性具有恒转矩特性（M=C），电动机的轴功率与转速成正比，控制精度不必很高。
　　三相异步电机的反电动势：
　　（1）
　　其中，k为常数，f为电源频率，为磁通量，保持磁通量不变，即保持∝E/f。当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，则，电机的输入电压与反电动势关系为：U∝E。总体控制思想就是：电机在基频以上时，；保持磁通幅值恒定，即输出转矩不变；而当电机运行在基频一上时，保持定子电压恒定，即输出功率不变。普通的交流变频空调大都采用转速开环的V/F控制。在电机运行频率较低的时候，电机线圈上的阻抗压降和 电感不能忽略，因此，在低频端需要加入一定的偏置电压，称作转矩提升（Tongue Boost），在交流变频空调的应用中，压缩机的最低运转频率在20～30Hz左右，当频率更低时将停止电机运行。
　　2 变频空调的系统控制原理
　　2.1 变频空调控制系统的组成
　　整个空调控制系统的框图如图1 所示。该系统由永磁空调压缩机、TMS320LF2407数字信号处理器位核心的系统板、定子电流检测环节和智能功率模块PM10CSJ060等构成。系统的所有控制调节全部由TMS320LF 2407控制器用软件完成，可直接输出6了路PWM信号，经光耦隔离后接入智能功率模块驱动空调压缩机，可以方便的对压缩机进行变频调速。
　　2.2 压缩机变频调制方式的选择
　　在压缩机变频调速中，变频调制方式采用细分的SVPWM控制算法。该法具有算法简单、电流谐波小、转矩脉动小、电压利用率搞、便于微机实时控制等优点。具体做法是将相邻两个非零电压矢量各自开关相同的时间，沿着角平分线方向合成，得到一个新的幅值相等等效电压矢量，共有12个工作电压矢量。根据矢量合成的原理，得到输出瞬时空间电压矢量为Vout，假设用V1（100）和V2（110）合成其角平分线上的工作电压矢量Vout，V1（100）和V2（110）作用时间为T，开关周期为Tp。则根据平均值等效原理得：
　　（2）
　　而基本矢量工作时在一个开关周期Tp内输出的电压矢量幅值为，则 （3）
　　由上式得T=0.576Tp，以此类推，控制相邻两个矢量的作用时间，可获得空间上均匀分布、幅值相等以及相位相差30°的12个电压矢量，把原来的π/3扇区范围分成π/6扇区范围。该调制方案算法简单，易于控制。
　　3 空调控制单元的硬件选择
　　为了满足变频控制的需要，本文采用TI公司的TMS320LF2407系列数字信号处理器。该DSP芯片将高性能的DSP内核和丰富的微控制器外设集成于单片中，指令采用4级流水线操作，能使数字控制系统实时地进行运算，能大大减少硬件对控制算法的限制。芯片具有6套16位内部总线，544B的片内DRAM，2KB的片内SRAM和32KB片内Flash程序存储器，16通道10位A/D转换器，1个异步串行口SCI，2个事件管理器EV。每个事件管理器都有各自可编程的死区单元和功率驱动保护中断引脚，可产生独立的PWM波，便于多种类型电机的控制。该芯片可方便地对压缩机进行变频调速。
　　4 变频空调的软件设计
　　变频空调对程序运行时间的精度没有很高的要求，系统软件在TI公司推出的CCS（Code Composer Studio）集成开发环境下编写，工程文件由链接命令文件（.cmd）、C语言系统库（lib）、C语言源文件（c）和矢量表源文件（asm）4部分组成。
　　5 结语  
　　本文介绍的变频空调压缩机的控制系统，采用了性价比很高的TMS320LF2407系列DSP作为核心控制器件，充分利用了该芯片的超强实时计算能力和片内丰富的集成器件，使系统结构简单、产品开发周期短、可靠行强。采用细分的空间电压矢量使逆变器的直流电压利用率比SPWM提高15%，降低了功率器件的开关损耗，使系统具有优良的动静态性能和极广阔的实际应用价值。
　　参考文献
　　[1]刘凤君.现代逆变技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2006（9）.