空調室內風扇調速控制系統設計

李曉萌

一、PG調速電機結構簡介

分體壁掛式空調室內風扇采用PG塑封調速電機。該電動機結構簡單，成本低，振動和噪聲低，只需要單相供電，性價比高，因此被廣泛應用于家電行業。 它主要由定子與轉子兩部分組成。PG電機有定子、轉子、輔助繞組和主繞組組成，帶霍爾反饋結構。

二、PG調速電機啟動及調速原理

（一） PG交流電機啟動原理

在實際電路中，啟動電容器在啟動繞組電路中串聯連接，以獲得電動機的啟動轉矩。電容器運行單相異步電動機定子輔助繞組（即起動繞組）電路串聯電容器，該電容器參與電動機的啟動和運行，由于電容器在電路中串聯連接，輔助繞組環路是電容性的，因此輔助繞組電流相位超前于電壓，主繞組電流滯后于電壓（因為初級繞組環路是電感性的）。圖1當理論設計和實驗來獲得電容器參數時，使兩個繞組電流之間的相位差將接近90°，這樣電機可以獲得大的啟動轉矩和小的啟動電流。

（二）PG交流電機調速原理

PG交流電機轉速調節，是通過改變可控硅導通角度來改變PG電機驅動電壓波形，從而改變電機驅動電壓的有效值，達到PG電機調速目的。

當可控硅導通角α1=180°時，即可控硅處于直通狀態，PG交流電機驅動電壓波形為正弦波，;當可控硅導通角α1 <180°時，PG交流電機驅動電壓波形如圖實線所示，可控硅處于非全導通狀態;導通角α1越小，可控硅導通狀態越小，則驅動電壓有效值越小，所產生的磁場越小，則電機的轉速越低。由以上的分析可知，可控硅調速時PG交流電機轉速可連續調節，但這時PG交流電機驅動電壓和電流波形不連續，波形差，故電動機的噪音大，在電路設計時，需增加相應的濾波電路加以抑制。

三、PG交流電機調速控制系統設計

（一）PG交流電機驅動硬件電路系統設計（見圖3）

1.采用MO3022實現PG電機隔離驅動，控制可控硅BT137導通與截止，各元器件作用如下

（1）R7、R8、Q2組成驅動信號放大電路，C1旁路掉驅動信號的雜波，R9對IF進行限流。

（2）R12、C9組成濾波電路，抑制可控硅導通與截止的dv/dt，解決EMI干擾問題;同時防止可控硅兩端電壓突變，造成無門極信號誤導通。

（3）L3為扼流線圈，抑制可控硅回路中di/dt，對TR2進行保護;電感L3需放置在TR2后面，C為風機啟動電容。

（4）為確保MOC3022可靠導通，流過LED側的電流為10mA左右，R9取值應根據IC驅動電流而定。

（5）目前常用的風機每轉一周，輸出1個脈沖方波，風機內置霍爾電路輸出波形通過一個限流電阻后，再通過103瓷片電容濾波，接單片機的輸入口，芯片通過對輸入脈沖方波頻率的檢測，來判斷風機的轉速。若轉速低于目標轉速，則加大可控硅導通角，提高風機電壓的有效值，使風機轉速增大;轉速高于目標轉速，則減小可控硅導通角，降低風機電壓的有效值，使風機轉速變低。

注意事項：

a.為可控硅可靠導通，需保可靠的觸發可控硅，應此需注意R11的選型，保證可控硅驅動電流和電阻耐壓。

b.雙向可控硅TR2具有方向性，T1、T2接反后，電路不能正常工作。

c.本元器件選型適用于大功率的室內PG電機，如小功率PG電機，則直接使用AQH223固態繼電器隔離驅動。

d.經實驗驗證：主控芯片輸出可控硅（或者AQH223固態繼電器）驅動脈寬（FANSpeed）建議不少于400uS。

2.帶開關電源過零檢測電路工作原理（見圖4）

ACL和ACN為過零檢測電路是市電進行采樣的物理點，正半周通過R1，R2，R3降壓后驅動光耦PC817，負半周通過R4，R5，R6降壓后驅動光耦PC817，分別驅動三極管產生全周期的過零信號，接單片機的過零檢測端（外部中斷端口）。三極管Q1導通時，為低電平;截止時，為高電平。若ACL和ACN物理采樣點電壓頻率為F，過零信號的頻率為2F。U1及U2點的電壓波形如圖5所示：

3.線性變壓器過零檢測原理

電網交流電源經變壓器降壓后，先經過D5，D6整流，形成脈動波形，經過三極管電路同相變換波形后，產生過零信號，接單片機外部中斷口進行檢測判定，注意C2電容不宜過大，否則會引起過零信號變形導致誤判，增加R4保護芯片端口不被浪涌信號擊穿。

四、軟件系統設計

（一）軟件控制算法原理

1.調速控制算法處理

PG交流電機根據風機霍爾傳感器檢測的脈沖反饋，算出實際的風機轉速，在每個過零點之后延遲一段時間輸出可控硅驅動觸發信號。如果檢測當前轉速大于目標設定轉速，加大驅動觸發信號延遲時間;若檢測當前轉速小于目標設定轉速，減小驅動觸發信號延遲時間;若等于則保持驅動觸發信號延遲時間不變。

2.無級調速控制算法處理

室內風機無級調速功能是，室內風機可以在當前模式的最低風速Fan_Min和最高風速Fan_Max之間進行調節，平均分為共分為若干級，假設設定為100級，級數用JSX表示，最小調節單位為1級，每一級調節的風速為（【FanMax】-【FanMin】）/100，可以滑動按鍵操作對風檔進行調節。

注意：轉速計算統一按直接取整的方法處理。

3.防共振處理

每一個空調結構系統都有自己的諧振頻率，當室內風機運轉時的振動頻率與空調結構系統的諧振頻率相同時便會產生共振，產生很大的噪音。為了減少噪音，并使電器系統穩定工作，室內風機運行時需要避開產生共振的轉速范圍。

（二）控制流程圖

1.PG交流電機調速簡要流程圖

該流程圖簡要介紹PG電機軟件控制邏輯的基本控制要點和處理方案，從整體認識PG交流電機調速控制流程。

2.電機轉速反饋控制流程圖

五、PG交流電機的廣泛應用

PG交流電機能根據系統的要求較好地實現轉速的調節，控制方法簡單可靠，性能接近直流無刷電機，但成本遠遠低于直流無刷電機，是一種性價比極高的風機轉速調節系統，在分體掛壁式空調上得到廣泛應用，目前約70～80%分體掛壁式空調都在使用PG交流電機調速。PG電機較好的調速性能，連續轉速變化曲線，超高的性價比獲得家用電器設計師的青睞，使得PG交流電機在家電各領域普及應用，尤其是風扇、空氣凈化器等小功率，大風量的家電。

簡單可靠的調速控制電路，直觀的調速效果，也是電路控制專業教學很好的輔助教學手段，可以提高學生的興趣和動手能力，使得教學能緊跟時代發展的潮流，最大程度提升學生的綜合素質。

責任編輯 朱守鋰