应用于空调压缩机的无刷直流电动机驱动控制器设计

摘要

随着社会的发展和人民生活水平的不断提高，空调器的需求也越来越大。伴随着世界能源的日益紧张以及新一轮经济危机的出现，空调器的节能指标越来越成为广大消费者关注的焦点，由此促进了有关学者及广大科研人员在满足系统各项指标的前提下在空调压缩机的效率方面做出了更加深入的研究。本课题基于无位置传感器技术，对应用于空调压缩机的无刷直流电动机系统做了一定的理论分析并进行了设计与实验测试。
　　首先，本论文对无刷直流电动机原理进行了简要介绍，并给出了系统模型。在此基础上，对转速环电流环双环控制系统进行了控制器结构选择与参数设计。
　　其次，论文对无刷直流电动机控制系统的部分关键问题进行了理论分析。分析了下桥臂调制方式下绕组端电压波形，并基于此介绍了反电势法检测转子位置原理。对绕组换相时电流波动进行了分析，并计算了电机电磁转矩，给出了抑制电磁转矩脉动的方法。针对三相六拍两两导通且下桥臂开关管调制方式提出了新型电流检测方案。
　　再次，针对理论分析的结果，对系统硬件电路及软件代码进行了设计与调试。对系统关键部分的硬件电路进行了详细的参数设计；对系统软件设计思路进行了详细的解释，并给出了主要程序的流程图。
　　最后，采用电机测试系统平台，对论文所设计的无刷直流电动机系统进行了实验测试，给出了系统关键部分测试的实验结果波形及相关数据，并对电动机系统整体性能进行了测试与评估，证明了系统方案的可行性。

目录

应用于空调压缩机的无刷直流电动机驱动控制器设计

DRIVER AND CONTROLLER DESIGN OF BRUSHLESS DC MOTOR USED IN AIR-CONDITIONING COMPRESSOR

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状与分析

1.3 空调压缩机分类与工作原理

1.4 本课题的主要研究内容

第2章 无刷直流电动机原理与控制器参数设计

2.1 无刷直流电动机原理简介

2.2 无刷直流电动机系统模型

2.3 双环控制器结构选择与参数设计

2.3.1 典型系统

2.3.2 电流环控制器结构选择与参数设计

2.3.3 转速环控制器结构选择与参数设计

2.4 本章小结

第3章 系统控制策略及关键问题分析

3.1 下桥臂调制方式下的绕组端电压波形分析

3.2 反电势法转子位置检测

3.3 绕组电流换相分析

3.4 电磁转矩计算与转矩波动抑制

3.5 力矩电流检测

3.5.1 非换相时电磁转矩与传感器电流的关系

3.5.2 换相时刻电磁转矩与传感器电流的关系

3.6 本章小结

第4章 系统硬件及软件设计

4.1 系统硬件设计

4.1.1 整流电路及逆变器设计

4.1.2 低压直流电源与开关管隔离驱动策略

4.1.3 电流检测电路设计

4.1.4 转子位置检测电路设计

4.1.5 控制及通信电路设计

4.2 系统软件设计

4.2.1 主程序及中断子程序

4.2.2 16 位二进制与32 位二进制有符号数乘法

4.2.3 键盘检测与处理

4.2.4 转速计算误差分析与处理

4.2.5 串口通信设计

4.3 本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1 下桥臂调制时绕组端电压

5.2 滤波器滤波效果的实验验证

5.3 绕组续流对转子位置检测的影响分析

5.4 相位补偿验证

5.5 换相电流分析

5.6 力矩电流检测

5.7 转矩波动抑制

5.8 系统整体性能测试

5.9 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢