李曉萌

一、PG調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)簡介

分體壁掛式空調(diào)室內(nèi)風(fēng)扇采用PG塑封調(diào)速電機(jī)。該電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，振動(dòng)和噪聲低，只需要單相供電，性價(jià)比高，因此被廣泛應(yīng)用于家電行業(yè)。 它主要由定子與轉(zhuǎn)子兩部分組成。PG電機(jī)有定子、轉(zhuǎn)子、輔助繞組和主繞組組成，帶霍爾反饋結(jié)構(gòu)。

二、PG調(diào)速電機(jī)啟動(dòng)及調(diào)速原理

（一） PG交流電機(jī)啟動(dòng)原理

在實(shí)際電路中，啟動(dòng)電容器在啟動(dòng)繞組電路中串聯(lián)連接，以獲得電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電容器運(yùn)行單相異步電動(dòng)機(jī)定子輔助繞組（即起動(dòng)繞組）電路串聯(lián)電容器，該電容器參與電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行，由于電容器在電路中串聯(lián)連接，輔助繞組環(huán)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?yàn)槌跫壚@組環(huán)路是電感性的）。圖1當(dāng)理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)來獲得電容器參數(shù)時(shí)，使兩個(gè)繞組電流之間的相位差將接近90°，這樣電機(jī)可以獲得大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和小的啟動(dòng)電流。

（二）PG交流電機(jī)調(diào)速原理

PG交流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，是通過改變可控硅導(dǎo)通角度來改變PG電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓波形，從而改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓的有效值，達(dá)到PG電機(jī)調(diào)速目的。

當(dāng)可控硅導(dǎo)通角α1=180°時(shí)，即可控硅處于直通狀態(tài)，PG交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓波形為正弦波，;當(dāng)可控硅導(dǎo)通角α1 <180°時(shí)，PG交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖實(shí)線所示，可控硅處于非全導(dǎo)通狀態(tài);導(dǎo)通角α1越小，可控硅導(dǎo)通狀態(tài)越小，則驅(qū)動(dòng)電壓有效值越小，所產(chǎn)生的磁場越小，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。由以上的分析可知，可控硅調(diào)速時(shí)PG交流電機(jī)轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)，但這時(shí)PG交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓和電流波形不連續(xù)，波形差，故電動(dòng)機(jī)的噪音大，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，需增加相應(yīng)的濾波電路加以抑制。

三、PG交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）PG交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)（見圖3）

1.采用MO3022實(shí)現(xiàn)PG電機(jī)隔離驅(qū)動(dòng)，控制可控硅BT137導(dǎo)通與截止，各元器件作用如下

（1）R7、R8、Q2組成驅(qū)動(dòng)信號放大電路，C1旁路掉驅(qū)動(dòng)信號的雜波，R9對IF進(jìn)行限流。

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

（3）L3為扼流線圈，抑制可控硅回路中di/dt，對TR2進(jìn)行保護(hù);電感L3需放置在TR2后面，C為風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電容。

（4）為確保MOC3022可靠導(dǎo)通，流過LED側(cè)的電流為10mA左右，R9取值應(yīng)根據(jù)IC驅(qū)動(dòng)電流而定。

（5）目前常用的風(fēng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周，輸出1個(gè)脈沖方波，風(fēng)機(jī)內(nèi)置霍爾電路輸出波形通過一個(gè)限流電阻后，再通過103瓷片電容濾波，接單片機(jī)的輸入口，芯片通過對輸入脈沖方波頻率的檢測，來判斷風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則加大可控硅導(dǎo)通角，提高風(fēng)機(jī)電壓的有效值，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大;轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則減小可控硅導(dǎo)通角，降低風(fēng)機(jī)電壓的有效值，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變低。

注意事項(xiàng)：

a.為可控硅可靠導(dǎo)通，需保可靠的觸發(fā)可控硅，應(yīng)此需注意R11的選型，保證可控硅驅(qū)動(dòng)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(nèi)PG電機(jī)，如小功率PG電機(jī)，則直接使用AQH223固態(tài)繼電器隔離驅(qū)動(dòng)。

d.經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：主控芯片輸出可控硅（或者AQH223固態(tài)繼電器）驅(qū)動(dòng)脈寬（FANSpeed）建議不少于400uS。

2.帶開關(guān)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(jìn)行采樣的物理點(diǎn)，正半周通過R1，R2，R3降壓后驅(qū)動(dòng)光耦PC817，負(fù)半周通過R4，R5，R6降壓后驅(qū)動(dòng)光耦PC817，分別驅(qū)動(dòng)三極管產(chǎn)生全周期的過零信號，接單片機(jī)的過零檢測端（外部中斷端口）。三極管Q1導(dǎo)通時(shí)，為低電平;截止時(shí)，為高電平。若ACL和ACN物理采樣點(diǎn)電壓頻率為F，過零信號的頻率為2F。U1及U2點(diǎn)的電壓波形如圖5所示：

3.線性變壓器過零檢測原理

電網(wǎng)交流電源經(jīng)變壓器降壓后，先經(jīng)過D5，D6整流，形成脈動(dòng)波形，經(jīng)過三極管電路同相變換波形后，產(chǎn)生過零信號，接單片機(jī)外部中斷口進(jìn)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(dǎo)致誤判，增加R4保護(hù)芯片端口不被浪涌信號擊穿。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）軟件控制算法原理

1.調(diào)速控制算法處理

PG交流電機(jī)根據(jù)風(fēng)機(jī)霍爾傳感器檢測的脈沖反饋，算出實(shí)際的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，在每個(gè)過零點(diǎn)之后延遲一段時(shí)間輸出可控硅驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號。如果檢測當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于目標(biāo)設(shè)定轉(zhuǎn)速，加大驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號延遲時(shí)間;若檢測當(dāng)前轉(zhuǎn)速小于目標(biāo)設(shè)定轉(zhuǎn)速，減小驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號延遲時(shí)間;若等于則保持驅(qū)動(dòng)觸發(fā)信號延遲時(shí)間不變。

2.無級調(diào)速控制算法處理

室內(nèi)風(fēng)機(jī)無級調(diào)速功能是，室內(nèi)風(fēng)機(jī)可以在當(dāng)前模式的最低風(fēng)速Fan_Min和最高風(fēng)速Fan_Max之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，平均分為共分為若干級，假設(shè)設(shè)定為100級，級數(shù)用JSX表示，最小調(diào)節(jié)單位為1級，每一級調(diào)節(jié)的風(fēng)速為（【FanMax】-【FanMin】）/100，可以滑動(dòng)按鍵操作對風(fēng)檔進(jìn)行調(diào)節(jié)。

注意：轉(zhuǎn)速計(jì)算統(tǒng)一按直接取整的方法處理。

3.防共振處理

每一個(gè)空調(diào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)都有自己的諧振頻率，當(dāng)室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)頻率與空調(diào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的諧振頻率相同時(shí)便會產(chǎn)生共振，產(chǎn)生很大的噪音。為了減少噪音，并使電器系統(tǒng)穩(wěn)定工作，室內(nèi)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)需要避開產(chǎn)生共振的轉(zhuǎn)速范圍。

（二）控制流程圖

1.PG交流電機(jī)調(diào)速簡要流程圖

該流程圖簡要介紹PG電機(jī)軟件控制邏輯的基本控制要點(diǎn)和處理方案，從整體認(rèn)識PG交流電機(jī)調(diào)速控制流程。

2.電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋控制流程圖

五、PG交流電機(jī)的廣泛應(yīng)用

PG交流電機(jī)能根據(jù)系統(tǒng)的要求較好地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制方法簡單可靠，性能接近直流無刷電機(jī)，但成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直流無刷電機(jī)，是一種性價(jià)比極高的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在分體掛壁式空調(diào)上得到廣泛應(yīng)用，目前約70～80%分體掛壁式空調(diào)都在使用PG交流電機(jī)調(diào)速。PG電機(jī)較好的調(diào)速性能，連續(xù)轉(zhuǎn)速變化曲線，超高的性價(jià)比獲得家用電器設(shè)計(jì)師的青睞，使得PG交流電機(jī)在家電各領(lǐng)域普及應(yīng)用，尤其是風(fēng)扇、空氣凈化器等小功率，大風(fēng)量的家電。

簡單可靠的調(diào)速控制電路，直觀的調(diào)速效果，也是電路控制專業(yè)教學(xué)很好的輔助教學(xué)手段，可以提高學(xué)生的興趣和動(dòng)手能力，使得教學(xué)能緊跟時(shí)代發(fā)展的潮流，最大程度提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

責(zé)任編輯 朱守鋰