空调压缩机用无刷直流电机无传感器调速系统设计

张鹏

摘要：压缩机作为空调的心脏,是人们研究空调的主要部门。现在多数空调采用的是无刷直流电动机,因为其具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列有点。无刷直流电机的机械位置传感器影响着整个系统的可靠性、成本和体积,甚至在一些场合根本无法安装,因此无刷直流电动机的无机械传感器转子位置检测方法成为近些年的研究热点。因此本文将采用Micro Linear公司的ML4425芯片,并配合使用International Rectifier公司的IR2130对无刷直流电机进行控制。同时也通过单片机编程实现对温度的设定与室温的检测。通过单片机与数模转换器件对压缩机转数控制。

关键词:压缩机无刷直流电机ML4425IR2130单片机

中图分类号:TP319.3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0032-01

1硬件结构

本系统主要是有两个大块组成,一个是由ML4425和IR2130组成的对电机控制的调速系统,另一个是以8051单片机为核心的空调的自动控制与显示部分。将他们合理的结合起来就构成一个我们想要实现的有实际功能的系统。

1.1 电机调速系统

ML4425为三相无位置传感器无刷直流电机驱动而设计的专用控制芯片,适用于星形或角型连接的无刷直流电机。采用28脚双列直插或表面封装。可独立实现无刷直流电机的启动和换相,并能实现电流和速度的双重闭环。同时,ML4425提供了完善的保护机制,在过流或欠压时能自动切断驱动信号实现对电动机的保护。IR2130是美国国际整流器公司近年新推出的MOS功率器件专用栅极驱动集成电路。它可以直接驱动中小容量的功率场效应控制晶闸管等,具有六路输入信号和六路输出信号,其中六路输出信号中的三路具有电平转换功能,因而它既能驱动桥式电路中低压侧的功率器件,又能驱动高压侧的功率元件。

1.2 单片机控制系统

单片机采集红外接收器和室温传感器的信号,通过程序运算,启动调速系统调整压缩机运行转数。单片机为整个系统的核心,采用我们熟悉的Intel公司的MCS-51系列单片机。

Intel 8155是一种可编程多功能并行接口芯片。片内有3个并行口PA、PB和PC,其中PA和PB为8位口,PC为6位口,一个可编程的14位定时/计数器和256个字节的RAM区,可以用作I/O口和RAM扩展,是单片机系统中常用的接口电路。采用40引脚双列直插式封装。

在程序中必然要通过Intel 8155芯片的读写来完成数据传送。Intel 8155提供的3个接口是可编程的。CPU通过写命令字来控制对他们的操作,通过读状态字来判断他们的状态。通过Intel 8155芯片建立了单片机与外围设备的桥梁,实现了数据交换。

2软件的设计

这个系统采用的Intel的51系列单片机,编程的语言是汇编语言。由于各个器件的基本功能和原理已经介绍过,这里对程序做简单的说明。开机后由温度传感器传来温度信号,然后检测键盘和红外线接收器,是否有信号输入,这些信号的输入也就是设定值的输入。通过一些程序实现对室内温度的控制。如果温度差比较大,可使压缩机转数加大,这样可以快速达到设定的温度。如果温差不是很大,则采用较低的转数工作,这样还可以节省能源。

2.1 程序码

要使各个芯片同时连接在一个单片机上,就要选好各个芯片的工作地址和工作状态,例如:

LOOPSW:MOV DPTR,#1F00H;選中温度传感器的8155

MOV A,#02H

MOVX @DPTR,A ;设置PA为输入口,PB为输出口

LOOPSW1:MOV DPTR,#1F03H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A;PB口输出清零

LOOPSW2: MOV DPTR,#1F03H;指向PC口

MOV R0,#05H

ORL A,@DPTR

RL A

DJNZ R0,LOOPSW2

MOV A,#00H;把A中数字清零

LOOPSW3: MOV R1,#07H;取其中的7位有效数字

ORL A,@DPTR

RL A

DJNZ R1,LOOPSW3

MOV DPTR,1F02H ;指向PB口

MOVX @DPTR,A ;把温度通过B口送入CPU

MOV R5,A ;将室温传感器的温度存入R5中

LOOPHW: MOV DPTR,#1F03H; 指向PC口

LOOPHW1: MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;PB口输出清零

LOOPHW2:MOV DPTR,#3F01H;指向PA 口

MOVX A,@DPTR

MOV R6,A

下面这段程序是一个将设定值与当前温度进行对比的程序。如果温差小于5度,电机将以一个相对较低的电压工作,如果温差大于5度,电机将以额定电压工作。

ML: MOV DPTR,#7F00H;对ML4425的程序

MOV A,#01H

MOV @DPTR,A

CLR C

MOV A,R6;将设定值存入A中,再进行比较

SUBB A,R5

CJNE A,#5,CCC

CCC: JC LOW;如果温差小于5度,转到LOW中

MOV A,#92H;温差大于5度,额定电压工作

MOVX @DPTR,A

ACALL DAY

LOW: MOV A,#4CH

MOVX @DPTR.A

ACALL DAY

RET

将设定温度存入R6中,并显示设定温度值,转入DISPLAY程序中进行显示。

K1:MOV R6=0DH

SJMP DISPLAY

K2:MOV R6=0EH

SJMP DISPLAY

…… ;中间程序不再累述

K12:MOV R6=18H;不同温度的代码分别输入到R6中

SJMP DISPLAY;转入显示程序,显示设定的温度

这是一个延时程序

DAY: MOV R3,#0AH;一个延时程序,10ms,外循环10次

DL2:MOV R4,#7DH;内循环

DL1:NOP

NOP

DJNZ R4,DL1

DJNZ R3,DL2

RET

3结语

随着空调使用量的不断加剧,研究空调,使其更完美的完成任务是最近的发展趋势。作为心脏的空调压缩机却是人们研究的重点。由于无刷直流电机的很多特点,是多数厂家空调压缩机的首选。本人借鉴了国外的一些研究成果,对于无刷直流电动机的无位置传感器的调速系统做了一些简单的研究,并将其应用在空调上。

参考文献

[1] 周子成.我国空调压缩机制造业的现状和发展方向[J].制冷与空调,2004.

[2] 张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].机械工业出版社,2004.

[3] Micro Linear.ML4425 Sensorless BLDC Motor Controller,2000.