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1、电控设计规范室内PG调速电机控制电路设计指引1 范围本设计指引对室内PG调速电机控制电路的电路原理、各器件的参数计算选择、相关技术要求和实际使用中的有关问题进行了阐述。本设计指引适用于美的家用空调国内事业部的室内PG调速电机控制电路的设计。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。QMN-J33.311 空调室内调速电机程序设计指引QMN-J34.103 塑封异步电机
2、设计规范范.QMN-J52.016 单相电容运转异步电动机QMN-J52.054 光敏晶体管输出型光电耦合器（原标准号05.138）3 定义无4 总述小功率分体机室内风机目前用的是PG调速塑封电机，为单向异步电容运转电动机。为了满足空调正常的运转，达到制冷、制热能力的平衡，所以必须保证室内风机的转速满足系统的要求，并保持转速的稳定。为达到以上目的，可采用可控硅调压调速的方法来调节风机的转速。为了保证所调电压满足转速要求，则必须检出电源的零点和测出风机的转速，故在实际电路中，还需使用了过零检测电路来检出电源的零点使用风机转速检测电路来检测转速，再通过调节可控硅导通角来使风机转速达到系统要求。下面
3、分别介绍各相关电路工作原理。5 电路原理5.1 PG调速电机工作原理简单介绍现小功率分体机采用的室内风机电机为塑封PG调速电机，为单向异步电容运转电动机，级对数为四级，并带转速反馈，电机每转一周，输出一个或多个方波信号。单向异步电动机结构简单，成本低，振动和噪音较小，并且只需单相电源供电，所以在家电行业中应用广泛。它主要由定子与转子两部分组成。定子部分由定子铁心、绕组和基座组成，定子铁心由硅钢片压成，且内圆有许多槽，用以嵌放定子绕组-由于单向绕组只能产生脉动电势，电机没有启动转矩而无法启动，因此单向电机的定子有两相绕组，两相绕组的轴线在空间相差90电角度，其中一相绕组称为主绕组，另一相绕组称为
4、副绕组或启动绕组。转子部分由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也用硅钢片冲制而成，且外园冲有许多槽，用以安放转子导条。电机的定子两相绕组通过交流电后，在定，转子之间的气隙中产生旋转磁场，其旋转速度叫同步转速，以n1表示。n1的大小决定于通入电流的频率和电机的极对数P，n1=60f/P(转分)。当转子导体被此旋转磁场的磁力线切割时，导体内将产生感应电动势。在转子回路闭合的情况下，转子导体中就有电流流过，载流导体在磁场中受到电磁力的作用而跟着旋转磁场转动，其转速为n。转子旋转时会产生能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。由于使用的电源为单向交流电，从上面所介绍的电机的绕组情况而言，若不在启
5、动绕组上接电容，而直接在两相绕组上加交流电或只在主绕组上加交流电，则产生的为脉动磁场，不能给转子提供启动力矩，故在实际电路中，采用在启动绕组电路中串接启动电容的方法来使电机获得启动力矩。电容运转单相异步电动机定子副绕组(即启动绕组)电路中串接电容器，此电容器在电机启动与运转过程中都参与工作，由于电路中串接电容，使副绕组回路为容性，故副绕组电流相位超前于电压，主绕组电流则落后于电压(由于主绕组回路为感性)。当电容参数设计合适时(一般为通过实验选定能满足要求的电容)，两个绕组电流的相位差将接近90，从而产生较大的启动转矩，而启动电流较小。这样来使电机获得启动转矩。5.2 可控硅调压调速原理5.2.
6、1 工作原理可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的目的。当可控硅导通角1=180时，电动机端电压波形为正弦波，即全导通状态；当可控硅导通角1 180时，电动机端电压波形如图实线所示，即非全导通状态，有效值减小；1越小，导通状态越少，则电压有效值越小，所产生的磁场越小，则电机的转速越低。由以上的分析可知，可控硅调速时电机转速可连续调节，但这时电动机电压和电流波形不连续，波形差，故电动机的噪音大，并带来干扰。故在电路设计时，需考虑这方面的问题，应有适当的滤波电路。5.2.2 电路原理图5.2.3 工作原理简介采用分离元件实现TLP35
7、26功能：电网交流电源经过电阻降压，通过稳压管稳压，获得12V直流电压，主控芯片通过光耦PC817与强电隔离，控制可控硅BT131导通与截止。5.2.4 各元器件作用D15、R28、R29、E9、DZ1、R30、C1组成降压电路，获得相对电压12V；R25、C15组成滤波电路，解决可控硅导通与截止对电网的干扰，通过EMI测试；同时防止可控硅两端电压突变，造成无门极信号误导通。L2为扼流线圈，防止可控硅回路中电流突变，对TR1进行保护；电感L2需放置在TR1后面。如果L2放置在TR1前端，由于电感L2为储能元件，在TR1关断和导通过程中，对R24形成冲击，尖峰电压接近50V，R24容易损坏。该点
8、为市场质量反馈发现的问题。5.2.5 各元器件选型结合标准化要求，各元器件选型要求如下：C14为风机启动电容。D15选用整流二极管1N4007；R28、R29选用11K3W功率电阻；E9选用470uF 25V电解电容；DZ1选用12V 0.5W稳压二极管；R30选用100K 0.25W碳膜电阻；C1选用104滤波电容即可；R25选用51 1W氧化膜电阻；C15选用0.33uF 275VAC安规电容；L2选用100uH扼流线圈，并放在可控硅与电机之间；TR1选用1A双向可控硅BT131；R24选用2K 0.5W碳膜电阻；IC6选用PC817；R26选用560 0.25W碳膜电阻；其中R30、R2
9、6也可选用相关0805贴片电阻。5.2.6 注意事项a、 双向可控硅TR1具有方向性，T1、T2接反后，电路不能正常工作；b、 PC817中的发光二极管的电压可采用+12V，将限流电阻R26改为1K即可；c、 目前大部分实际PCB中均无R30、C1，R30可维持电路中的电流，避免出现电流突变现象，C1可滤除高频干扰；d、 本元器件选型适用于小功率的室内PG电机，如PG电机功率过大，则不能使用可控硅BT131（额定工作电流为1A），需要选择额定工作电流更大的可控硅，同时重新选择R24的阻值。5.3 过零检测原理5.3.1 电路原理图5.3.2 工作原理简介电网交流电源经变压器降压后，先经过整流，
10、形成脉动直流波形，同下图C点波形，经过电阻分压后，再经过电容滤波，滤去高频干扰成分，形成下图C点电压波形：当C点电压大于0.7V时，三极管导通，在三极管集电极形成低电平；当电压再次降到低于0.7V时，三极管截止，三极管集电极通过上拉电阻，形成高电平。这样通过三极管的反复导通、截止，在芯片过零检测端口D点形成100Hz脉冲波形，芯片通过判断，检测电压的零点。5.3.3 各元器件选型结合标准化要求，各元器件选型要求如下：D1D4选用整流二极管1N4007；D5、D6选用整流二极管1N4007；R1R3选用12K 0.25W碳膜电阻，（此处电流较大，0805封装在市场有反馈被烧坏，建议使用0.25W
11、碳膜电阻）也可采用相关0805贴片电阻；C1、C2选用223或103滤波电容；Q2选用9013三极管；R4选用5.1K 0.25W碳膜电阻，也可采用相关0805贴片电阻。5.3.4 注意事项该电路中，三极管依靠基极电压动作，此电压由R2、R3分压确定。使用贴片三极管时应特别注意不能采用DTC143、DTA143等内部集成电阻的贴片三极管，可使用NT8050-D9D。5.4 风速检测电路5.4.1 电路原理图5.4.2 工作原理简介+12V电源提供给电机内置风速检测电路使用，目前我司常用的风机每转一周，输出1个脉冲方波，风机内置风速检测电路输出波形通过一个限流电阻后，再通过103瓷片电容滤波，二
12、极管1N4148钳位，保证输入芯片脚的电压低于芯片的安全工作电压（风机不转时芯片反馈电压在5.5V左右）。芯片通过对输入脉冲方波频率的检测，来判断风机的转速。若转速低于目标转速，则加大可控硅导通角，提高风机电压的有效值，使风机转速增大；转速高于目标转速，则减小可控硅导通角，降低风机电压的有效值，使风机转速变低。5.4.3 各元器件选型结合标准化要求，各元器件选型要求如下：D13选用IN4148，尽量选用插件二极管；R21选用5.1K 0.25W碳膜电阻，也可采用相关0805贴片电阻；C12选用103滤波电容；5.4.4 注意事项电机内置检测电路中使用控制器提供的+12V电源，需要确定控制器所提
13、供的+12V电源不会超出霍尔元件的耐压值。5.5 固态继电器调压调速原理5.5.1 工作原理固态继电器调速是通过改变固态继电器内部可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形，从而改变电动机端电压的有效值，达到调速的目的，内部工作原理和前面可控硅调速原理完全一样，以下不作重复。固态继电器是把可控硅及光耦集成在一个IC里面。5.5.2 电路原理图5.5.3 工作原理简介采用AQH2223固态继电器内部光耦，强弱电隔离；通过FANSpeed网络，MCU控制AQH2223导通与截止。5.5.4 各元器件作用FUSE2 保险丝；ZR1 安规器件；C11,C15 Y电容，EMC器件；C13 X电容，EMC
14、器件；R19,R20,Q2 MCU控制电路；R16 限流电阻与AQH2223内部光耦串联；C14 风机电容；R13、C12 组成滤波电路，解决可控硅导通与截止对电网的干扰，通过EMI测试；同时防止可控硅两端电压突变，造成无门极信号误导通。L2为扼流线圈，防止可控硅回路中电流突变，对TR1进行保护；电感L2需放置在TR1后面。5.5.5 各元器件选型FUSE2、ZR1、C14不作详细介绍；C11，C15，C13 根据EMC试验效果选型，在PCB板上作预留；R19选用2K、R20 选用5.1K 封装可选用0.25W 碳膜电阻或者0805贴片电阻；Q2选用9013 NPN三极管，封装可选用插件式或者
15、贴片式；R16 选0.5W 510 碳膜电阻，现在市场上有用到1K阻值，但控制电流偏小，对AQH223控制效果不好；R13选用51 1W氧化膜电阻；C12选用0.33uF 275VAC安规电容；L1选用100uH扼流线圈，并放在可控硅与电机之间；IC5 选用导通电流0.9A的AQH2223。5.5.6 注意事项本电路是集成形式的可控硅控制电路，基本的注意事项和可控硅电路大同小异。需特别注意的是PCB布板时IC5的控制端（弱电）与强电端的爬电距离，及R16的选型。第一次修订说明：1. 修改了5.1.1 PG调速电机工作原理简单介绍部分内容。2. 修改了5.2.2电路原理图，新原理图见修订中文件，老原理图如下：3. 增加了5.2.3工作原理简介中的注意，介绍原理图更改的原因。4. 修改了5.2.4各元器件作用部分内容。5. 修改了5.2.5各元器件选型部分内容。6. 更正了注意事项中的错字。7. 修改了5.3.1电路原理图，新原理图见修订中文件，老原理图如下：8. 修改了5.3.3各元器件选型部分内容。9. 修改了5.4.2工作原理简介。第二次修订说明：1、 分压限流功率电阻R28、R29原为11K/2W
