《电机在空调中的应用》特种电机及其驱动技术大作业.doc

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1、本科生课程大作业报告课程名称：特种电机及其驱动技术题目：电机在空调中的应用姓名：学号：学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化 指导教师：目录1 概述21.1 电机简介21.2空调电机的基本要求32 空调用电机原理32.1 压缩机电机32.1.1 异步电动机特点及其控制系统42.1.2单相异步电机42.1.3 三相异步电机52.2 空调风扇电机72.3 其它装置用电机92.4 步进电机在空调中的应用92.4.1 步进电机简介92.4.2 步进电机在空调中的应用102.5 永磁同步电机在空调中的应用112.5.1 永磁同步电机工作原理及其特点112.5.2 永磁同步电机在空调中的应用122.6

2、 无刷直流电机在空调中的应用132.6.1 无刷直流电机简介132.6.2 无刷直流电机在空调中的应用143 空调中常用电机性能比较144 结论与展望15电机在空调中的应用电机（Electric Machine），是机械能与电能之间转换装置的统称。转换是双向的，大部分应用的是电磁感应原理。由机械能转换成电能的电机，通常称做“发电机”；把电能转换成机械能的电机，被称做“电动机”。电机在生活中的应用非常广泛，在家庭中一般属于驱动型电机。驱动用电动机可划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相

3、机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。家用电动机主要是小功率电机，家庭中凡有转动件的，都是由电机来驱动的，如：空调室内机风扇电机、室外风扇电机、空气压缩机、室内机转页电机等。家用电器的性能与所匹配的电机有着直接的关系，电机的效率、功率因数、调速范围及噪声与家电的节能环保有着密切的关系。本文着重讨论电机在空调中的典型应用。1 概述空调即空气调节器（Air Conditioner），是指用人工手段，对建筑/构筑物内环境空气的温度、湿度、洁净度、速度等参数进行调节和控制的过程。一般包括冷源/热源设备，冷热介质输配系统，末

4、端装置等几大部分和其他辅助设备。主要包括水泵、风机和管路系统。末端装置则负责利用输配来的冷热量，具体处理空气，使目标环境的空气参数达到要求。空调的结构包括压缩机、冷凝器、蒸发器、风扇、四通阀、单向阀毛细管组件。空调中的驱动电机主要有4个。一个是在压缩机里做功，起到循环制冷剂的作用；一个是在室外机里，带动风扇给压机、冷凝器降温；一个是在室内机里，带动风扇把蒸发器的“冷”给吹出来；一个是室内机百叶窗的调整电机。1.1 电机简介电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器（逆变器）构成，驱动电机

5、和电机控制器所占的成本之比约为1:1，根据设计原理与分类方式的不同，电机的具体构造与成本构成也有所差异。电机的控制系统主要起到调节电机运行状态，使其满足整车不同运行要求的目的。针对不同类型的电机，控制系统的原理与方式有很大差别。 图1.1-1 电动机驱动系统的基本组成框图 图1.1-2 电机的分类（按原理）1.2空调电机的基本要求根据空调的工作环境、功能要求、性能要求等，用于空调的电机须有以下基本特点：1. 电机结构紧凑、尺寸尽量小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行特殊设计。2. 重量尽量轻，以减轻整体重量。增加电机与整体的适配性。3. 可靠性高、失效模式可控。4. 提供良好的力矩控制，动态

6、性能较好。5. 效率高，低功率损耗。6. 成本低，以整体费用。7. 调速范围合适。8. 节能环保。9. 环境适应性好。10. 结构简单，价格低廉，适合大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便。2 空调用电机原理空调器的驱动电机有压缩机、风扇电机（轴流风机和贯流风机）、摆动送风叶片（步进电机和同步电机）等部件电机驱动。2.1 压缩机电机空调压缩机是制冷系统中的心脏，其驱动电机的性能和质量举足轻重。设计该电动机的就要使其既能在压缩机中长期稳定地工作，又能同压缩机体达到最佳的匹配，从而提高压缩机的性能指标,获得最好的经济效益。空调压缩机电机按其供电的相数，可分为三相和单相异步电动机，其中三相异步电动机

7、主要用于3HP以上的大功率压缩机和变频压缩机，一般家用3HP以下的空调器压缩机大部分采用单相异步电动机，而该类单相异步电动机又可分为PSC(PermanentSplitCapacitor)电动机和CSR(CapacitorStartandRun)电动机，前者电路简单，可靠性高，但起动转矩较小；后者由于使用了起动电容，所以起动转矩增大。2.1.1 异步电动机特点及其控制系统感应电动机又称异步电动机，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而

8、是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机。（1）异步电动机的特点异步电动机有下面的优点：结构紧凑、坚固耐用；运行可靠、维护方便；价格低廉，体积小、质量轻；环境适应性好；转矩脉动低，噪声低。交流异步电动机成本低而且可靠性高，逆变器即便损坏而产生短路时也不会产生反电动势，所以不会出现急刹车的可能性。三相笼型异步电动机的功率容量覆盖面很广，从零点几瓦到几千瓦。它可以采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高、对环境的适应性好，并且能够实现再生制动。与同样功率的直流电动机相比较，效率较

9、高、重量约要轻一半左右。同时它有下面的缺点：功率因数低，运行时必须从电网吸收无功电流来建立磁场；控制复杂，易受电机参数及负载变化的影响；转子不易散热；调速性能差，调速范围窄。（2）异步电动机的控制系统由于交流三相感应电机不能直接使用直流电，因此需要逆变装置进行转换控制。新能源汽车减速或制动时，电机处在发电制动状态，给蓄电池充电，实现机械能转换为电能。在新能源汽车上，由功率半导体器件构成的 PWM 功率逆变器把蓄电池电源提供的直流电变换为频率和幅值都可以调节的交流电。三相异步电动机逆变器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、转差率控制法、矢量控制法和直接转矩控制法（DTC）。20世纪90年代以前主

10、要使用前两种控制方式，但是因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车并不适合。现在，后两种控制方式目前处于主流的地位。2.1.2单相异步电机空调器用单相压缩机有两个绕组，即启动绕组与运行绕组（主绕组），三个接线头，其中C为公共端，S为启动端，R为运行端，一般采用电容运行式（PSC）驱动，实行定速控制，其接线原理如图2.1-1所示。图2.1-1 单相压缩机电机接线原理从图中可以看出，电机从启动到正常运行过程中，副绕组电路始终都串接一只电容，这样电器运行性能好，效率与功率因数高，工作可靠。2.1.3 三相异步电机三相异步电机结构与单相电机类似，不同的是三相电机定子由3组完全

11、对称的绕组组成，这三个绕组嵌在定子铁芯槽中，而且在空间分布上彼此错开120电度角。3 个绕组可接成Y形，亦可接成形，当定子绕组中通入三相对称电流（即三相电流在时间位相上互差120电度角）时，就会在定子、转子间的气隙产生旋转磁场，使转子因电磁感应而产生电磁转矩。三相异步电动机结构简单，性能优良，转矩、效率与功率因数都较单相异步电动机高，所以功率较大的空调器，如柜式空调器压缩机多采用三相异步电机。 三相异步电动机不需要启动和运行电容就能自动形成旋转磁场，其Y形和形接线原理如图2.2-1所示。图2.1-2 三相压缩机Y形和形接线原理三相异步电机多用于变频空调压缩机里。同传统定频空调相比，变频空调具有

12、节能效果明显、温度调节平稳、整个频率范围内运行噪声低等一系列优点，因而受到了用户的欢迎。空调变频电机一般采用三相感应电机，它克服了传统定频空调中单相感应电机起动性能差、电磁噪声大、效率低的不足，可实现柔性起动、低电压运行，并随负荷变化自由调整转速，从而大大提高效率。由于变频器供电的特点以及压缩机运行的特殊性，普通感应电机难以达到较好的运行性能，效率低，噪声大，甚至出现不能起动和高频下堵转，导致电机烧坏等问题。常规电源直接供电的感应电机在运行过程中，由于磁通不可控制，功率因数一般较低；在低速下效率也达不到要求。同时，为了满足起动特性，鼠笼式转子的槽形往往被设计成深槽或双鼠笼槽，利用起动时电流的集

13、肤效应增大起动电阻，以满足其起动转矩并限制起动电流。这样设计的电机具有以下三大缺点：1) 转子漏抗大，直接影响到最大转矩；2) 转子深槽占用了转子大量的空间，不利于电机的体积优化；3) 各种深槽或双鼠笼槽结构使得电机在生产加工时面临很大的工艺问题，增加了生产成本。变频器供电下感应电机运行条件则发生了根本的变化，电机运行时，随着逆变器的调频调压控制，机械特性曲线可以任意平移，这使得电机在低速时降低供电频率，可以把最大转矩调到起动点，使起动转矩等于最大转矩，同时降低了起动电流；通过调节电压和频率，可以找到一个最佳的滑差频率，使电机的某项性能(如效率、功率因数等)达到最优。与此同时，由于变频电源的非

14、正弦性，输出电压中含有高次谐波，电机运行时会在定、转子导体中产生集肤效应，使导体有效截面积减少，电阻增大，造成定、转子铜损耗增大，同时产生电磁噪声。从变频器供电的特点可知，变频电机的设计可以不再考虑起动问题，转子槽不需设计为深槽，从而可以对电机整体尺寸进行优化；效率和功率因数可以在不同速度下都维持较高的水平，从而提高功率密度。与此同时，电机必须考虑变频器谐波的影响，设计方案应该能尽量抑制谐波，此外还应该提高绝缘等级。因此，变频电机的设计应和变频器供电条件结合起来，把电机和变频器作为系统进行综合考虑，使整体性能达到最优。另外，根据空调压缩机驱动系统的工作特点，对所配套的变频电机有如下要求： 调速

15、范围要求不是很宽。一般空调压缩机要求能在3090hz的频率范围内平稳调速，一般不会运行在更低的频率下。 运行时要求低噪声，高效率。 为了防止堵转，电机在任何频率段运行时有较高的过载能力，为了达到这一点要求，电机在整个调速范围内采用恒转矩调速，最大转矩应该大于3倍额定转矩。 考虑到压缩机安装空间较小，电机体积不能过大。根据异步电动机的转速公式（其中，n代表转子转速；n0代表旋转磁场转速；p表示极对数；f为电源频率。），只要改变异步电机的电源频率，就可以获得不同的电机转速。变频调速不但可以实现平滑调速，而且调速范围宽，效率高，反应快，启动电流小，对电网影响小，舒适性能好，是一种节能型的理想调速方法

16、，尤其是热泵型空调器，可以通过变频调速来控制热泵制热量的大小，不受到室外气温的限制，因而大大提高其供暖能力。 变频器工作过程变频器一般采用间接变频（交-直-交）方式，由整流和逆变两个过程组成。工频（50Hz）的电网电流经电源滤波等预处理后，送往整流模块（如二极管整流电桥），整流出来的直流电直接输入逆变模块（如采用IGBT作为基本元件的IPM模块），逆变模块则在CPU芯片的驱动信号作用下将直流电转变成不同频率的交流电，供给压缩机工作。 IPM逆变模块工作原理IPM模块利用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为开关元件。CPU送来的六个驱动信号（即作为IGBT基极信号）分别控制三相逆变电路的六个IGB

17、T开关的通断，在每个周期里每隔60按一定的顺序轮流控制各个IGBT的通断，从而在逆变电路的输出端获得一定频率的三相交流电，通过控制IGBT开关通断时间的长短（即控制各相的正半周期和负半周期的脉宽），即可在三相的输出端获得不同频率的交流电。三相逆变电路基本原理及其输出的三相交流电波形如图2.2-2所示。图2.1-3 三相逆变电路基本原理及其输出的三相交流电波形注：根据三相交流电的要求，在相位上相与相之间间隔120。 在任何时刻应同时有3只IGBT开关闭合。 每隔60将有两只开关交换工作状态。开关闭合的顺序严格按照1、2、3、4、5、6的自然顺序依次进行。具体导通顺序为：1，2，3；2，3，4；3

18、，4，5；4，5，6；5，6，1；6，1，2。如此循环。 各相的波形如上图所示（从虚线开始即5，6，1三只开关导通时画起）。从图中可以看出，各相方波基本上可以与正弦波等效。 通过控制脉宽即各方波的宽度就可以在各相上获得不同频率的交流电。2.2 空调风扇电机由于室内、外购房电机对转矩和过载能力要求不高，所以它们多采用单相异步电机，部分大功率空调采用三相奈何电机。而室内机采用的导风电机对转矩要求较高，多采用精度高的同步电机或步进电机。空调器风扇电机是离心风扇、贯流风扇、轴流风扇的动力来源，分体式空调器中的风扇电机因对启动转矩和过载能力要求不高，一般采用220V电压单相电容运行式电机，室外电机一般采

19、用单相定速电机，室内机采用的导风电机对转矩要求较高，多采用精度高的同步电机或步进电机，利用定子绕组中的中间抽头来实现分档调速，常见的电机接线方法如图2.2-1所示。图2.2-1 常见风扇电机接线方式图中标注的字母C的符号代表运转电容，它装在电机的外边，是电机启动和运转不可缺少的配件，字母L1L4表示电机内的线圈，每个线圈都用引线与电路连接。随着技术的发展，分体挂壁式空调器室内电机更多的采用了PG无极调速电机，性能更稳定，运行更平稳，转速不受电压波动的影响。空调器风扇用电机为一般为单相异步电机，采用PSC接线方式。根据使用的需要，风扇电机可进行调速，调速方法有：定子绕组抽头式调速、可控硅调速等。

20、(1)抽头式调速通过改变电机定子绕组的匝数来改变主绕组上的工作电压，从而达到改变磁通、调节转速的目的。抽头式调速的PSC电机定子绕组由主绕组、副绕组和中间绕组（调速绕组）三部分组成，这三部分绕组的常见接线方式有L1、L2和T型三种，如图2.2-2所示。图2.2-2 电机接线原理(2)可控硅调速可控硅又称晶闸管，有单向可控硅和双向可控硅两种，其符号分别如图2.2-3所示。图2.2-3 单双向可控硅符号单向可控硅特性a当晶闸管承受正向阳极电压，在门极加正向电压并有一定的门极电流时，元件导通。b管子在导通的情况下，门极即失去作用。c晶闸管在导通的情况下，只有当其正向阳极电压减少到一定值或阳极电压变为

21、负值，管子截止。双向可控硅特性a 四种触发方式：相对于T1端，I（T2+，G+）、（T2+，G-）、（T2-，G-）、（T2-，G+）。其中I和灵敏度高，灵敏度较低，灵敏度最低。b T1、T2间承受一定的电压时，在门极和第一电极T1间加触发电压及电流时，晶闸管导通。c 管子在导通时，当T1和T2间电压降到维持导通的最小电压以下或变为反向时，管子截止，直到下一个触发信号（脉冲信号）到来时才能重新导通。固态继电器固态继电器简称SSR（Solid State Relay），它是采用双向晶闸管的无触点半导体继电器，其原理如图2.2-4所示。在输入端施加触发信号时，光电晶闸管就对负载进行通断控制。图2.

22、2-4 固态继电器框图在空调器的风扇电机调速中，单片机输出的高低电平作为固态继电器的触发信号，并通过附属电路检测到工频正弦电流的过零点，由程序控制计时，然后在一定的时刻接通负载的电流，而电源电流过零点时晶闸管自动截止，如图2.2-5所示（阴影部分为导通状态）。这样负载就可获得所需的有效电压，若此电压供给电机，即可实现电机绕组电压的改变，从而获得相应的转速。图2.2-5 斩波原理2.3 其它装置用电机空调中除了压缩机电机和风机电机外，还有驱动摇摆叶片的电机等，涉及到其他多种微特电机，如空调器出风栅摇摆叶片装置上用的微电机可选用永磁同步爪极自启动同步电机或步进电机等。2.4 步进电机在空调中的应用

23、2.4.1 步进电机简介步进电动机（Stepping Motor）是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。图2.3-1步进电动机步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件，即外加一个脉冲信号于电机时，电机就运动一步。图2.3-2是永磁式步进电机的原理图。其转子是由永磁体制成的圆柱体形两极永磁转子，定子内圆与转子外圆有一定偏心，因而气隙是不均匀的，在AA处气隙最小，即磁阻最小。定子衔铁中套有一集中绕组，绕组两端由专用电源加入电脉冲信号。图2.3-2 永磁式步进电机原理图定子绕组未通电时，电机磁路中有

24、永磁转子产生的磁通。此磁通将使转子磁极的轴线趋向于磁路中磁阻最小的位置，即转子稳定在图示位置。当电源给电机绕组加入一个脉冲时，电流方向如图中箭头所示，使定子两个凸极形成图中N、S的磁极。此时定子两磁极与转子两磁极的极性相斥，转子就以箭头n的方向逆时针转过约180，直到定子磁极与转子磁极异性极相对为止。在时间t=T/2，即经过半个周期时，电源给定子绕组加入一个方向相反的负脉冲，电流方向与前相反，于是形成两个极性与前述相反的定子磁极，于是转子又向相同方向再向前转过约180。2.4.2 步进电机在空调中的应用步进电机在空调中常用于驱动摇摆叶片。如图2.3-3是格兰仕分体壁挂式室内机驱动摇摆叶片用的步

25、进电机的内部绕组接线原理，这是一种四相励磁式步进电机，驱动电压为+12V。图2.3-3驱动摇摆叶片步进电机内部绕组接线原理步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会失步。2.5 永磁同步电机在空调中的应用2.5.1 永磁同步电机工作原理及其特点在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生磁场，这种方法既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断供给能量以维持电流流动，例如普通的直流电机和同步电机。另一种是由永磁体来产生磁场，这种方

26、法既可简化电机结构，又可节约能量。由永磁体产生磁场的电机就是永磁电机。它利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成。同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。 （1）永磁同步电动机优缺点永磁同步电动机有以下优点： 功率因数大，效率高，功率密度大； 结构简单、便于维护，使用寿命较长、可靠性高； 调速性能好，精度高；具有良好的瞬时特性，转动惯量低， 响应速度快； 频率高，输出转矩大，极限转速和

27、制动性能优于其他类型的电机； 采用电子功率器件作为换向装置，驱动灵活，可控性强； 形状和尺寸灵活多样，便于进行外形设计； 采用稀土永磁材料后电机的体积小、质量轻。但是永磁同步电动机也有以下缺点： 电机造价较高； 在恒功率模式下，操纵较为复杂，控制系统成本较高； 弱磁能力差，调速范围有限； 功率范围较小，受磁材料工艺的影响和限制，最大功率仅为几十千瓦； 低速时额定电流较大，损耗大，效率较低； 永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁材料磁场不可变，要想增大电机的功率，其体

28、积会很大； 抗腐蚀性差； 不易装配。与其他种类的电机相比突出的优点有： 和直流电机相比，没有直流电机的换向器和电刷等缺点； 和异步电机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好； 和普通同步电机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高响应速度）； 和开关磁阻电机（SR）相比，它没有低速转矩脉动大的问题，早已实现了低速稳定运行，因此适合快速、高精度的控制场合； 和无刷直流永磁同步电机（BLDCM）相比，它在高精度伺服驱动中更有竞争力。永磁电机作为驱

29、动电机主要以下三大优势：1) 转矩、功率密度大、起动力矩大。永磁电机气隙磁密度可大大提高，电机指标可实现最佳设计，使得电机体积缩小、重量减轻，同容量的稀土永磁电机体积、重量、所用材料可以减轻 30%左右。 2) 力能指标好。Y系列电机在60%的负荷下工作时，效率下降15% ，功率因数下降 30%，力能指标下降 40%。而永磁电机的效率和功率因数下降甚微，当电机只有 20%负荷时，其力能指标仍为满负荷的 80%以上。3) 高效节能。在转子上嵌入稀土永磁材料后,在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。永磁电机不但可减小电阻损耗，还能有效地提

30、高功率因数。如在25%-120%额定负载范围内永磁同步电机均可保持较高的效率和功率因素。4) 结构简单、可靠性高。用永磁材料励磁，可将原励磁电机中励磁线圈由一块或多块永磁体替代,零部件大量减少，在结构上大大简化，改善了电机的工艺性，而且电机运行的机械可靠性大为增强，寿命增加。转子绕组中不存在电阻损耗，定子绕组中几乎不存在无功电流，电机温升低，这样也可以使整车冷却系统的负荷降低，进一步提高整车运行的效率。（2）永磁同步电机的控制系统 永磁电机的控制技术与感应电机类似，控制策略上主要集中在提高低速转矩特性和高速恒功率特性上。目前，永磁同步电机低速时常采用矢量控制，包括气隙磁场定向、转子磁链定向、定

31、子磁链定向等；而在高速运行时，永磁同步电机通常采用弱磁控制。2.5.2 永磁同步电机在空调中的应用永磁同步爪极自启动同步电机凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，本励磁线圈用直流激磁电流后，各磁极一定的极性，在相邻的磁极交替N极和S极。永磁同步爪极式电机驱动微处理器设计要求为：1) 爪极式永磁电机可以通过使用标量或矢量控制技术控制 PMSM 电机。了解转子位置对于高效控制 PMSM 电机非常重要。通过连接至电机的霍尔传感器或旋转式编码器能够检测到转子的位置。这些传感器输入用于含传感器的反馈控制系统。2) 转子位置还可通过使用反电动势电压信息进行估算。此反馈控制模式无需使用传感器和附加接线

32、。位置或速度评估器也可用于计算转子位置。3) 可提供基于 ARM 的解决方案。这些 MCU 还为传感器的控制提供集成 ADC、特定于电机控制的 PWM 和 QEI 输入。其基于硬件的故障检测系统可更快地关闭系统，无需软件干预。这些 MCU 也可用于实施标量和矢量控制技术。爪极式线性马达的集成高速12位ADC转换器，高分辨率的脉宽调制器（PWM）和正交编码器输入（QEI）适合实施让PMSM电机控制。爪极式线性马达内核在短时间内执行复杂的数学函数，这个MCU系列实施矢量控制技术的同时，很多电机控制的理想。图2.3-4 永磁同步爪极同步电机典型接线原理图永磁同步爪极自启动同步电机常用于空调器出风栅摇

33、摆叶片驱动。电机驱动电压为220V/50Hz，它的定子由杯形机壳、环形单相线圈和爪极片组成；转子为具有高矫顽力的铁氧体磁环。爪极沿圆周均匀分布，爪极对数（磁极对数）由所要求的同步转速决定。摇摆电机爪极对数多，转速低，转矩较大，输出功率小，结构简单，无固定转向。2.6 无刷直流电机在空调中的应用2.6.1 无刷直流电机简介无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的

34、启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技

35、术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。无刷直流电机因为其无可比拟的优点广泛应用于各种领域，因为永磁材料的出现，永磁无刷直流电机发展也是非常迅速，而随着高科技技术的发展，很多高性能材料半导体器件的发展，GTR、MOSFET、IGBT等高性能材料也为无刷直流电机的发展奠定了基础，这种无刷电机由直流电源经过逆变器、位置监测装置来向电动机供电，我们这样既保持了直流电机的优良特性，又改善了有刷直流电机效率低、耗电多

36、、噪音大等缺点，基于这种情况我们下面就简单介绍一下永磁无刷直流电机工作原理以及结构特点。直流无刷电机本身是能量转换部分，除了电机电枢、永磁励磁两部分外，还会有传感器，而永磁直流无刷电机因为采用的是永磁磁场，使无刷直流电机拜托了传统的设计结构和方式，我们现在向着满足市场的要求、节约成本、环保的方向发展，当然永磁直流无刷电机的发展与永磁材料的发展是密不可分的，我国永磁资源的丰富，也代表着无刷电机未来的发展方向。2.6.2 无刷直流电机在空调中的应用无刷直流电机在空调中的应用主要是作为直流变频空调的主要驱动部件之一。直流变频空调器的工作原理是把50Hz工频交流电源转换为直流电源，并送至功率模块主电路

37、，功率模块也同样受微电脑控制，所不同的是模块所输出的是电压可变的直流电源，压缩机使用的是直流电机，所以直流变频空调器应该称为直流变速空调器。直流变频空调器没有逆变环节，在这方面比交流变频更加省电。直流变频空调是相对于交流变频空调而来的，其实，它的名称是不正确的，因为直流不存在变频，它是通过改变直流电压来调节压缩机转速，从而改变空调的制冷量，采用的直流调速技术要远远优于调频技术，因此直流变转速是正确的叫法。它只能说是一种直流变转速空调，不是严格意义上的变频空调。它的能源损耗比调频调速要小。另外，由于这种直流电机的转子是永磁的，又省却了三相交流异步电机的转子电流消耗。所以，它从电网电源到电动机这一

38、段的功率因数要比调频调速方式高，节省了一定的能量。如图2.3-5为直流变频空调控制电路。图2.3-5 直流变频空调控制电路3 空调中常用电机性能比较目前交流异步电机驱动系统我国已建立了具有自主知识产权异步电机驱动系统的开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、试验及服务体系；产品性能基本满足整车需求，大功率异步电机系统已广泛应用于各类电动客车；通过示范运行和小规模市场化应用，产品可靠性得到了初步验证。永磁同步电机驱动系统已形成了一定的研发和生产能力，开发了不同系列产品，可应用于各类电动汽车；产品部分技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；基本具备永磁同步电机集成化设计能力；多数公

39、司仍处于小规模试制生产，少数公司已投资建立车用驱动电机系统专用生产线。永磁电机材料永磁电机的主要材料有钕铁硼磁钢、硅钢等。部分公司掌握了电机转子磁体先装配后充磁的整体充磁技术。国内研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可280，但技术水平仍与德国和日本有较大差距。硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料，其成本占电机本体的20%左右，其厚度对铁耗有较大影响，日本已生产出0.27mm硅钢片用于车用电机，我国仅开发出0.35mm硅钢片。表3.1 部分电机性能比较4 结论与展望综上所述，通过对空调各种驱动电机及其驱动系统的分析比较，在选择空调驱动电机时，需要考虑的几个关键问题是成本、可靠性、效率、维护、耐用性、尺寸

40、以及噪声等。而随着电子，通信技术的不断进步，永磁无刷直流电动机以其多方面的优点，必将获得越来越多的使用空间。可以预见，未来空调系统是以系统性能可靠，结构紧凑，效率高，节能环保为基础，向高集成化和全数字化方向发展。另外，制约空调性能的高效送风系统领域也将得到长足发展。高效送风系统领域的研发包括风机风道研究、高效低噪声空调风扇优化设计及高效风扇电机设计三大项目。其中，风机风道研究中的高效率送风设计。随着国家对科技项目的支持和引导，定下了2015年实现风道系统、气流组织研究新型结构的送风系统以及室内气流组织的优化的目标。大风量低噪声风机风道设计与送风风机的轻型化、低功耗设计两个项目的研究目标，分别为大风量、低噪声的设计及轻型化、低功耗设计（2015年）；噪声品质的设计及高可靠性、高性能新型材料的应用（2020年）。总之空调电机驱动技术的发展，将获得巨大的经济和社会效益，同时对人们的日常生产生活带来巨大的改变和深远的影响。