摘要：本文介紹永磁同步電機矢量控制原理和基于STM32矢量控制在變頻空調永磁同步風機中的應用解決方案,該方案采用單電阻電流采樣及無位置傳感器的速度檢測和轉子位置檢測的系統結構。

通過加入噪音消除、電機缺相檢測、抗臺風啟動及系統過流過壓保護等功能模塊使得本方案具有低風機噪音、高系統效率、高可靠性和節能等特點。

1．引言

變頻空調以其節能、室內溫度更穩定、噪音低、舒適度更高的特點得到快速的發展，成為今后空調發展趨勢已成業界共識。

變頻空調一般是指空調壓縮機及其風扇的變頻控制，多采用永磁同步電機矢量控制的方案。目前空調風機大多還是采用單相交流電機的定頻風機，這種單相交流風機接入單相交流電源就可工作，具有結構簡單、可靠的優點，但是也有不能進行無極調速和風機效率比較低等缺點。為了進一步提高變頻空調性能，當前已有空調廠家開始對空調風機也進行變頻控制，真正實現空調的全變頻控制。

永磁同步電機（PMSM），功率密度高體積小，結構簡單，采用矢量控制(FOC)，具有動態響應快，效率高、噪音低及安全可靠的特點，很適合應用在空調風機中，實現空調風機的變頻控制，下面介紹一種永磁同步電機矢量控制在變頻控制風機中應用的方案。

2．系統結構

此變頻空調風機方案采用意法半導體公司STM32(ARM :Cortex-M3) MCU 平臺，永磁同步電機（PMSM）矢量控制(FOC)方案使用單電阻(Single Shunt)的電流檢測和無位置傳感器（Sensor-less）的速度位置檢測來實現。

系統結構如圖1所示，MCU選用STM32F103C6T6；功率模塊驅動采用3片L6390D，每個L6390D都內置有運放、比較器及智能關斷保護電路，運放可以用來放大采樣電流，比較器及智能關斷保護電路可以用來實現電機過流保護；IGBT為6片STGDL6NC60D。

L6390D自帶的智能關斷功能可實現過電流保護電路（OCP）,加上過電壓（OVP）和欠電壓(LVP)等保護功能，使系統工作安全可靠。


圖1：變頻空調風機系統結構圖

3．低成本高性能的永磁同步電機的矢量控制方案

永磁同步電機的矢量控制，具有動態響應快，穩速精度高，功率密度大，效率高，噪音低等特點，是一種高性能的電機控制系統。矢量控制運算需要獲取電機三相電流和準確的轉子位置信號，通常使用電流傳感器和位置速度傳感器，這增加了系統的成本。對風機這類負載，負載相對穩定、起動力矩不大的應用，采用廉價的單電阻電流采樣和無位置傳感器永磁同步電機的矢量控制方案，既有永磁同步電機的矢量控制的優點，達到應用性能；同時又可達到低成本的目標。

MTPA（每安培電流最大轉矩）控制，針對內置式永磁同步電機，提高風機系統效率。

采用單電阻電流采樣、無位置傳感器永磁同步電機的矢量控制如下圖2：


圖2 永磁同步電機矢量控制框圖