對(duì)于該領(lǐng)域絕大多數(shù)的制造商來說，最優(yōu)先考慮的事項(xiàng)恐怕就是兩點(diǎn)：意識(shí)提高電器效率，二是降低可聞噪聲。通常，政府通過嚴(yán)格的法規(guī)來推動(dòng)對(duì)效率的要求。然后，有一些消費(fèi)者會(huì)愿意引領(lǐng)潮流，以相對(duì)較高的價(jià)格購買“更綠色”的電器。這驅(qū)使電器制造商研究相應(yīng)的解決方案，解決效率和可聞噪聲方面的問題，同時(shí)讓增加的整體系統(tǒng)成本保持最低。例如，電器制造商希望設(shè)計(jì)出可以快速響應(yīng)速度變化(包括洗滌和甩干兩個(gè)過程)的洗衣機(jī)。一些高級(jí)電機(jī)控制技術(shù)，如磁場(chǎng)定向控制(FOC)，也稱為矢量控制，有助于設(shè)計(jì)出更加安靜節(jié)能的洗衣機(jī)。
據(jù)了解，通過利用Microchip的最新一代dsPICDSC系列，電器制造商可以設(shè)計(jì)出顯著節(jié)省用電和成本的電機(jī)系統(tǒng)。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)和功率電子開關(guān)的產(chǎn)生，它們可以用于設(shè)計(jì)變速電機(jī)。實(shí)際上，得益于DSC高效而高成本效益的電機(jī)功率管理，電器不再需要局限于使用一些定制的硬件和控制技術(shù)。這是因?yàn)閐sPICDSC上包含專用于電機(jī)控制應(yīng)用的外設(shè)。這些外設(shè)包括電機(jī)控制脈寬調(diào)制(MCPWM)、高速ADC和可擴(kuò)展閃存程序存儲(chǔ)器。此外，dsPIC
DSC的DSP引擎還支持必需的快速數(shù)學(xué)運(yùn)算，用于執(zhí)行需要大量計(jì)算的控制循環(huán)。本文將討論如何通過dsPICDSC使用FOC算法來控制洗衣機(jī)中的電機(jī)。在洗衣機(jī)中，dsPICDSC用作電機(jī)控制電路板上的信號(hào)控制器。用戶界面模塊可以采用8位單片機(jī)(MCU)進(jìn)行處理，如Microchip的PIC16或PIC18系列MCU，可以針對(duì)三相感應(yīng)電機(jī)(ACIM)、三相無刷直流(BLDC)電機(jī)或永磁同步電機(jī)(PMSM)分別實(shí)現(xiàn)FOC算法。由于構(gòu)造方面的原因，PMSM電機(jī)的效率比ACIM電機(jī)高。以下將特別討論無傳感器FOC算法對(duì)于洗衣機(jī)中的PMSM電機(jī)是如何工作的。
下面將以FOC算法為中心進(jìn)行講解。之所以使用FOC算法是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的BLDC電機(jī)控制方法以六步方式驅(qū)動(dòng)定子，會(huì)導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)振蕩。在六步控制方式中，先對(duì)兩個(gè)繞組通電，直到轉(zhuǎn)子到達(dá)下一個(gè)位置，然后電機(jī)換向到下一步?；魻杺鞲衅饔糜诖_定轉(zhuǎn)子位置，以便對(duì)電機(jī)進(jìn)行電子換向。高級(jí)無傳感器FOC算法使用定子繞組中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)來確定轉(zhuǎn)子位置。六步控制(也稱為梯形控制)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)本身就不適合用于洗衣機(jī)控制，因?yàn)橐粋€(gè)洗滌周期中的負(fù)載會(huì)動(dòng)態(tài)變化，并且實(shí)際負(fù)載還會(huì)因洗滌量和所選洗滌周期的不同而變化。此外，在前開式洗衣機(jī)中，當(dāng)負(fù)載位于滾筒頂側(cè)時(shí)，電機(jī)負(fù)載要克服重力做功。只有高級(jí)算法(如FOC)可以處理這些動(dòng)態(tài)負(fù)載變化。FOC算法會(huì)產(chǎn)生矢量形式的3相電壓，用于控制三相定子電流。通過使用Park和Clarke變換將物理電流變換為旋轉(zhuǎn)矢量，轉(zhuǎn)矩和磁通分量不會(huì)隨時(shí)間變化(時(shí)間不變性)——使得可以與直流電機(jī)一樣，使用諸如比例積分(PI)控制器之類的傳統(tǒng)技術(shù)來進(jìn)行控制。根據(jù)設(shè)計(jì)，在有刷直流電機(jī)中，定子磁通和轉(zhuǎn)子磁通之間的角度保持為90°，從而使電機(jī)產(chǎn)生可能的最大轉(zhuǎn)矩。通過使用FOC技術(shù)，電機(jī)電流變換為2軸矢量，就如直流電機(jī)中的電流。此過程的第一步是測(cè)量三相電機(jī)電流。在實(shí)際測(cè)量中，由于3個(gè)電流值的瞬時(shí)和為0，所以只需測(cè)量其中兩個(gè)電流，就可以確定第三個(gè)電流的值。此外，由于只需要兩個(gè)電流傳感器，因此還可以降低硬件成本。
目前了解到的，實(shí)現(xiàn)高效的無傳感器FOC算法的方法在于通過在電器設(shè)計(jì)中使用DSC，通過采用FOC，在PMSM電機(jī)應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的高效率。此外，由于FOC可以協(xié)助控制定子電流，從而極大地減少了轉(zhuǎn)矩紋波，所以可以設(shè)計(jì)出更安靜的洗衣機(jī)。這可以幫助節(jié)省用電，響應(yīng)動(dòng)態(tài)負(fù)載變化，同時(shí)降低可聞噪聲。
