空調壓縮機用無刷直流電機無傳感器調速系統設計

張鵬

摘要：壓縮機作為空調的心臟,是人們研究空調的主要部門。現在多數空調采用的是無刷直流電動機,因為其具有交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列有點。無刷直流電機的機械位置傳感器影響著整個系統的可靠性、成本和體積,甚至在一些場合根本無法安裝,因此無刷直流電動機的無機械傳感器轉子位置檢測方法成為近些年的研究熱點。因此本文將采用Micro Linear公司的ML4425芯片,并配合使用International Rectifier公司的IR2130對無刷直流電機進行控制。同時也通過單片機編程實現對溫度的設定與室溫的檢測。通過單片機與數模轉換器件對壓縮機轉數控制。

關鍵詞:壓縮機無刷直流電機ML4425IR2130單片機

中圖分類號:TP319.3 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0032-01

1硬件結構

本系統主要是有兩個大塊組成,一個是由ML4425和IR2130組成的對電機控制的調速系統,另一個是以8051單片機為核心的空調的自動控制與顯示部分。將他們合理的結合起來就構成一個我們想要實現的有實際功能的系統。

1.1 電機調速系統

ML4425為三相無位置傳感器無刷直流電機驅動而設計的專用控制芯片,適用于星形或角型連接的無刷直流電機。采用28腳雙列直插或表面封裝?？瑟毩崿F無刷直流電機的啟動和換相,并能實現電流和速度的雙重閉環。同時,ML4425提供了完善的保護機制,在過流或欠壓時能自動切斷驅動信號實現對電動機的保護。IR2130是美國國際整流器公司近年新推出的MOS功率器件專用柵極驅動集成電路。它可以直接驅動中小容量的功率場效應控制晶閘管等,具有六路輸入信號和六路輸出信號,其中六路輸出信號中的三路具有電平轉換功能,因而它既能驅動橋式電路中低壓側的功率器件,又能驅動高壓側的功率元件。

1.2 單片機控制系統

單片機采集紅外接收器和室溫傳感器的信號,通過程序運算,啟動調速系統調整壓縮機運行轉數。單片機為整個系統的核心,采用我們熟悉的Intel公司的MCS-51系列單片機。

Intel 8155是一種可編程多功能并行接口芯片。片內有3個并行口PA、PB和PC,其中PA和PB為8位口,PC為6位口,一個可編程的14位定時/計數器和256個字節的RAM區,可以用作I/O口和RAM擴展,是單片機系統中常用的接口電路。采用40引腳雙列直插式封裝。

在程序中必然要通過Intel 8155芯片的讀寫來完成數據傳送。Intel 8155提供的3個接口是可編程的。CPU通過寫命令字來控制對他們的操作,通過讀狀態字來判斷他們的狀態。通過Intel 8155芯片建立了單片機與外圍設備的橋梁,實現了數據交換。

2軟件的設計

這個系統采用的Intel的51系列單片機,編程的語言是匯編語言。由于各個器件的基本功能和原理已經介紹過,這里對程序做簡單的說明。開機后由溫度傳感器傳來溫度信號,然后檢測鍵盤和紅外線接收器,是否有信號輸入,這些信號的輸入也就是設定值的輸入。通過一些程序實現對室內溫度的控制。如果溫度差比較大,可使壓縮機轉數加大,這樣可以快速達到設定的溫度。如果溫差不是很大,則采用較低的轉數工作,這樣還可以節省能源。

2.1 程序碼

要使各個芯片同時連接在一個單片機上,就要選好各個芯片的工作地址和工作狀態,例如:

LOOPSW:MOV DPTR,#1F00H;選中溫度傳感器的8155

MOV A,#02H

MOVX @DPTR,A ;設置PA為輸入口,PB為輸出口

LOOPSW1:MOV DPTR,#1F03H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A;PB口輸出清零

LOOPSW2: MOV DPTR,#1F03H;指向PC口

MOV R0,#05H

ORL A,@DPTR

RL A

DJNZ R0,LOOPSW2

MOV A,#00H;把A中數字清零

LOOPSW3: MOV R1,#07H;取其中的7位有效數字

ORL A,@DPTR

RL A

DJNZ R1,LOOPSW3

MOV DPTR,1F02H ;指向PB口

MOVX @DPTR,A ;把溫度通過B口送入CPU

MOV R5,A ;將室溫傳感器的溫度存入R5中

LOOPHW: MOV DPTR,#1F03H; 指向PC口

LOOPHW1: MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;PB口輸出清零

LOOPHW2:MOV DPTR,#3F01H;指向PA 口

MOVX A,@DPTR

MOV R6,A

下面這段程序是一個將設定值與當前溫度進行對比的程序。如果溫差小于5度,電機將以一個相對較低的電壓工作,如果溫差大于5度,電機將以額定電壓工作。

ML: MOV DPTR,#7F00H;對ML4425的程序

MOV A,#01H

MOV @DPTR,A

CLR C

MOV A,R6;將設定值存入A中,再進行比較

SUBB A,R5

CJNE A,#5,CCC

CCC: JC LOW;如果溫差小于5度,轉到LOW中

MOV A,#92H;溫差大于5度,額定電壓工作

MOVX @DPTR,A

ACALL DAY

LOW: MOV A,#4CH

MOVX @DPTR.A

ACALL DAY

RET

將設定溫度存入R6中,并顯示設定溫度值,轉入DISPLAY程序中進行顯示。

K1:MOV R6=0DH

SJMP DISPLAY

K2:MOV R6=0EH

SJMP DISPLAY

…… ;中間程序不再累述

K12:MOV R6=18H;不同溫度的代碼分別輸入到R6中

SJMP DISPLAY;轉入顯示程序,顯示設定的溫度

這是一個延時程序

DAY: MOV R3,#0AH;一個延時程序,10ms,外循環10次

DL2:MOV R4,#7DH;內循環

DL1:NOP

NOP

DJNZ R4,DL1

DJNZ R3,DL2

RET

3結語

隨著空調使用量的不斷加劇,研究空調,使其更完美的完成任務是最近的發展趨勢。作為心臟的空調壓縮機卻是人們研究的重點。由于無刷直流電機的很多特點,是多數廠家空調壓縮機的首選。本人借鑒了國外的一些研究成果,對于無刷直流電動機的無位置傳感器的調速系統做了一些簡單的研究,并將其應用在空調上。

參考文獻

[1] 周子成.我國空調壓縮機制造業的現狀和發展方向[J].制冷與空調,2004.

[2] 張琛.直流無刷電動機原理及應用[M].機械工業出版社,2004.

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