室內(nèi)PG調(diào)速電機(jī)控制電路

1、電控設(shè)計(jì)規(guī)范室內(nèi)PG調(diào)速電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)指引1 范圍本設(shè)計(jì)指引對(duì)室內(nèi)PG調(diào)速電機(jī)控制電路的電路原理、各器件的參數(shù)計(jì)算選擇、相關(guān)技術(shù)要求和實(shí)際使用中的有關(guān)問題進(jìn)行了闡述。本設(shè)計(jì)指引適用于美的家用空調(diào)國(guó)內(nèi)事業(yè)部的室內(nèi)PG調(diào)速電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。QMN-J33.311 空調(diào)室內(nèi)調(diào)速電機(jī)程序設(shè)計(jì)指引QMN-J34.103 塑封異步電機(jī)

2、設(shè)計(jì)規(guī)范范.QMN-J52.016 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)QMN-J52.054 光敏晶體管輸出型光電耦合器（原標(biāo)準(zhǔn)號(hào)05.138）3 定義無4 總述小功率分體機(jī)室內(nèi)風(fēng)機(jī)目前用的是PG調(diào)速塑封電機(jī)，為單向異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。為了滿足空調(diào)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到制冷、制熱能力的平衡，所以必須保證室內(nèi)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足系統(tǒng)的要求，并保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。為達(dá)到以上目的，可采用可控硅調(diào)壓調(diào)速的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了保證所調(diào)電壓滿足轉(zhuǎn)速要求，則必須檢出電源的零點(diǎn)和測(cè)出風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，故在實(shí)際電路中，還需使用了過零檢測(cè)電路來檢出電源的零點(diǎn)使用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路來檢測(cè)轉(zhuǎn)速，再通過調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角來使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到系統(tǒng)要求。下面

3、分別介紹各相關(guān)電路工作原理。5 電路原理5.1 PG調(diào)速電機(jī)工作原理簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)小功率分體機(jī)采用的室內(nèi)風(fēng)機(jī)電機(jī)為塑封PG調(diào)速電機(jī)，為單向異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，級(jí)對(duì)數(shù)為四級(jí)，并帶轉(zhuǎn)速反饋，電機(jī)每轉(zhuǎn)一周，輸出一個(gè)或多個(gè)方波信號(hào)。單向異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，振動(dòng)和噪音較小，并且只需單相電源供電，所以在家電行業(yè)中應(yīng)用廣泛。它主要由定子與轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子部分由定子鐵心、繞組和基座組成，定子鐵心由硅鋼片壓成，且內(nèi)圓有許多槽，用以嵌放定子繞組-由于單向繞組只能產(chǎn)生脈動(dòng)電勢(shì)，電機(jī)沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而無法啟動(dòng)，因此單向電機(jī)的定子有兩相繞組，兩相繞組的軸線在空間相差90°電角度，其中一相繞組稱為主繞組，另

4、一相繞組稱為副繞組或啟動(dòng)繞組。轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也用硅鋼片沖制而成，且外園沖有許多槽，用以安放轉(zhuǎn)子導(dǎo)條。電機(jī)的定子兩相繞組通過交流電后，在定，轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度叫同步轉(zhuǎn)速，以n1表示。n1的大小決定于通入電流的頻率和電機(jī)的極對(duì)數(shù)P，n1=60f/P(轉(zhuǎn)分)。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線切割時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在轉(zhuǎn)子回路閉合的情況下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中就有電流流過，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用而跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速為n。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。由于使用的電源為單向交流電，從上面所介紹的電機(jī)的繞組情況而

5、言，若不在啟動(dòng)繞組上接電容，而直接在兩相繞組上加交流電或只在主繞組上加交流電，則產(chǎn)生的為脈動(dòng)磁場(chǎng)，不能給轉(zhuǎn)子提供啟動(dòng)力矩，故在實(shí)際電路中，采用在啟動(dòng)繞組電路中串接啟動(dòng)電容的方法來使電機(jī)獲得啟動(dòng)力矩。電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)定子副繞組(即啟動(dòng)繞組)電路中串接電容器，此電容器在電機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都參與工作，由于電路中串接電容，使副繞組回路為容性，故副繞組電流相位超前于電壓，主繞組電流則落后于電壓(由于主繞組回路為感性)。當(dāng)電容參數(shù)設(shè)計(jì)合適時(shí)(一般為通過實(shí)驗(yàn)選定能滿足要求的電容)，兩個(gè)繞組電流的相位差將接近90°，從而產(chǎn)生較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而啟動(dòng)電流較小。這樣來使電機(jī)獲得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。5.2 可

6、控硅調(diào)壓調(diào)速原理5.2.1 工作原理可控硅調(diào)速是用改變可控硅導(dǎo)通角的方法來改變電動(dòng)機(jī)端電壓的波形，從而改變電動(dòng)機(jī)端電壓的有效值，達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)可控硅導(dǎo)通角1=180°時(shí)，電動(dòng)機(jī)端電壓波形為正弦波，即全導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)可控硅導(dǎo)通角1 <180°時(shí)，電動(dòng)機(jī)端電壓波形如圖實(shí)線所示，即非全導(dǎo)通狀態(tài)，有效值減??；1越小，導(dǎo)通狀態(tài)越少，則電壓有效值越小，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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)電機(jī)轉(zhuǎn)速可連續(xù)調(diào)節(jié)，但這時(shí)電動(dòng)機(jī)電壓和電流波形不連續(xù)，波形差，故電動(dòng)機(jī)的噪音大，并帶來干擾。故在電路設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮這方面的問題，應(yīng)有適當(dāng)?shù)臑V波電路。5.2.2 電路

7、原理圖5.2.3 工作原理簡(jiǎn)介采用分離元件實(shí)現(xiàn)TLP3526功能：電網(wǎng)交流電源經(jīng)過電阻降壓，通過穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，獲得12V直流電壓，主控芯片通過光耦PC817與強(qiáng)電隔離，控制可控硅BT131導(dǎo)通與截止。5.2.4 各元器件作用D15、R28、R29、E9、DZ1、R30、C1組成降壓電路，獲得相對(duì)電壓12V；R25、C15組成濾波電路，解決可控硅導(dǎo)通與截止對(duì)電網(wǎng)的干擾，通過EMI測(cè)試；同時(shí)防止可控硅兩端電壓突變，造成無門極信號(hào)誤導(dǎo)通。L2為扼流線圈，防止可控硅回路中電流突變，對(duì)TR1進(jìn)行保護(hù)；電感L2需放置在TR1后面。如果L2放置在TR1前端，由于電感L2為儲(chǔ)能元件，在TR1關(guān)斷和導(dǎo)通過程中，對(duì)

8、R24形成沖擊，尖峰電壓接近50V，R24容易損壞。該點(diǎn)為市場(chǎng)質(zhì)量反饋發(fā)現(xiàn)的問題。5.2.5 各元器件選型結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化要求，各元器件選型要求如下：C14為風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電容。D15選用整流二極管1N4007；R28、R29選用11K3W功率電阻；E9選用470uF 25V電解電容；DZ1選用12V 0.5W穩(wěn)壓二極管；R30選用100K 0.25W碳膜電阻；C1選用104濾波電容即可；R25選用51 1W氧化膜電阻；C15選用0.33uF 275VAC安規(guī)電容；L2選用100uH扼流線圈，并放在可控硅與電機(jī)之間；TR1選用1A雙向可控硅BT131；R24選用2K 0.5W碳膜電阻；IC6選用PC817

9、；R26選用560 0.25W碳膜電阻；其中R30、R26也可選用相關(guān)0805貼片電阻。5.2.6 注意事項(xiàng)a、 雙向可控硅TR1具有方向性，T1、T2接反后，電路不能正常工作；b、 PC817中的發(fā)光二極管的電壓可采用+12V，將限流電阻R26改為1K即可；c、 目前大部分實(shí)際PCB中均無R30、C1，R30可維持電路中的電流，避免出現(xiàn)電流突變現(xiàn)象，C1可濾除高頻干擾；d、 本元器件選型適用于小功率的室內(nèi)PG電機(jī)，如PG電機(jī)功率過大，則不能使用可控硅BT131（額定工作電流為1A），需要選擇額定工作電流更大的可控硅，同時(shí)重新選擇R24的阻值。5.3 過零檢測(cè)原理5.3.1 電路原理圖5.3.

10、2 工作原理簡(jiǎn)介電網(wǎng)交流電源經(jīng)變壓器降壓后，先經(jīng)過整流，形成脈動(dòng)直流波形，同下圖C點(diǎn)波形，經(jīng)過電阻分壓后，再經(jīng)過電容濾波，濾去高頻干擾成分，形成下圖C點(diǎn)電壓波形：當(dāng)C點(diǎn)電壓大于0.7V時(shí)，三極管導(dǎo)通，在三極管集電極形成低電平；當(dāng)電壓再次降到低于0.7V時(shí)，三極管截止，三極管集電極通過上拉電阻，形成高電平。這樣通過三極管的反復(fù)導(dǎo)通、截止，在芯片過零檢測(cè)端口D點(diǎn)形成100Hz脈沖波形，芯片通過判斷，檢測(cè)電壓的零點(diǎn)。5.3.3 各元器件選型結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化要求，各元器件選型要求如下：D1D4選用整流二極管1N4007；D5、D6選用整流二極管1N4007；R1R3選用12K 0.25W碳膜電阻，（此處電流

11、較大，0805封裝在市場(chǎng)有反饋被燒壞，建議使用0.25W碳膜電阻）也可采用相關(guān)0805貼片電阻；C1、C2選用223或103濾波電容；Q2選用9013三極管；R4選用5.1K 0.25W碳膜電阻，也可采用相關(guān)0805貼片電阻。5.3.4 注意事項(xiàng)該電路中，三極管依靠基極電壓動(dòng)作，此電壓由R2、R3分壓確定。使用貼片三極管時(shí)應(yīng)特別注意不能采用DTC143、DTA143等內(nèi)部集成電阻的貼片三極管，可使用NT8050-D9D。5.4 風(fēng)速檢測(cè)電路5.4.1 電路原理圖5.4.2 工作原理簡(jiǎn)介+12V電源提供給電機(jī)內(nèi)置風(fēng)速檢測(cè)電路使用，目前我司常用的風(fēng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周，輸出1個(gè)脈沖方波，風(fēng)機(jī)內(nèi)置風(fēng)速檢測(cè)電路

12、輸出波形通過一個(gè)限流電阻后，再通過103瓷片電容濾波，二極管1N4148鉗位，保證輸入芯片腳的電壓低于芯片的安全工作電壓（風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)芯片反饋電壓在5.5V左右）。芯片通過對(duì)輸入脈沖方波頻率的檢測(cè)，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。5.4.3 各元器件選型結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化要求，各元器件選型要求如下：D13選用IN4148，盡量選用插件二極管；R21選用5.1K 0.25W碳膜電阻，也可采用相關(guān)0805貼片電阻；C12選用103濾波電容；5.4.4 注意事項(xiàng)電機(jī)內(nèi)置檢

13、測(cè)電路中使用控制器提供的+12V電源，需要確定控制器所提供的+12V電源不會(huì)超出霍爾元件的耐壓值。5.5 固態(tài)繼電器調(diào)壓調(diào)速原理5.5.1 工作原理固態(tài)繼電器調(diào)速是通過改變固態(tài)繼電器內(nèi)部可控硅導(dǎo)通角的方法來改變電動(dòng)機(jī)端電壓的波形，從而改變電動(dòng)機(jī)端電壓的有效值，達(dá)到調(diào)速的目的，內(nèi)部工作原理和前面可控硅調(diào)速原理完全一樣，以下不作重復(fù)。固態(tài)繼電器是把可控硅及光耦集成在一個(gè)IC里面。5.5.2 電路原理圖5.5.3 工作原理簡(jiǎn)介采用AQH2223固態(tài)繼電器內(nèi)部光耦，強(qiáng)弱電隔離；通過FANSpeed網(wǎng)絡(luò)，MCU控制AQH2223導(dǎo)通與截止。5.5.4 各元器件作用FUSE2 保險(xiǎn)絲；ZR1 安規(guī)器件；C

14、11,C15 Y電容，EMC器件；C13 X電容，EMC器件；R19,R20,Q2 MCU控制電路；R16 限流電阻與AQH2223內(nèi)部光耦串聯(lián)；C14 風(fēng)機(jī)電容；R13、C12 組成濾波電路，解決可控硅導(dǎo)通與截止對(duì)電網(wǎng)的干擾，通過EMI測(cè)試；同時(shí)防止可控硅兩端電壓突變，造成無門極信號(hào)誤導(dǎo)通。L2為扼流線圈，防止可控硅回路中電流突變，對(duì)TR1進(jìn)行保護(hù)；電感L2需放置在TR1后面。5.5.5 各元器件選型FUSE2、ZR1、C14不作詳細(xì)介紹；C11，C15，C13 根據(jù)EMC試驗(yàn)效果選型，在PCB板上作預(yù)留；R19選用2K、R20 選用5.1K 封裝可選用0.25W 碳膜電阻或者0805貼片電

15、阻；Q2選用9013 NPN三極管，封裝可選用插件式或者貼片式；R16 選0.5W 510 碳膜電阻，現(xiàn)在市場(chǎng)上有用到1K阻值，但控制電流偏小，對(duì)AQH223控制效果不好；R13選用51 1W氧化膜電阻；C12選用0.33uF 275VAC安規(guī)電容；L1選用100uH扼流線圈，并放在可控硅與電機(jī)之間；IC5 選用導(dǎo)通電流0.9A的AQH2223。5.5.6 注意事項(xiàng)本電路是集成形式的可控硅控制電路，基本的注意事項(xiàng)和可控硅電路大同小異。需特別注意的是PCB布板時(shí)IC5的控制端（弱電）與強(qiáng)電端的爬電距離，及R16的選型。第一次修訂說明：1. 修改了5.1.1 PG調(diào)速電機(jī)工作原理簡(jiǎn)單介紹部分內(nèi)容。2. 修改了5.2.2電路原理圖，新原理圖見修訂中文件，老原理圖如下：3. 增加了5.2.3工作原理簡(jiǎn)介中的注意，介紹原理圖更改的原因。4. 修改了5.2.4各元器件作用部分內(nèi)容。5. 修改了5.2.5各元器件選型部分內(nèi)容。6. 更正了注意事項(xiàng)中的錯(cuò)字。7. 修改了5.3.1電路原理圖，新原理圖見修訂中文件，老原理圖如下：8. 修改了5.3.3各元器件選型部分內(nèi)容。9. 修改了5.4.2工作原理簡(jiǎn)介。第二次修訂說明：1、 分壓限流功率電阻R28、R29原為11K/2W，經(jīng)過防火整改驗(yàn)證時(shí)確定更改為11K/3W；2、 更改部分描述與原理