【導(dǎo)讀】空調(diào)設(shè)備是夏天必備的電源消耗源，對于高效系統(tǒng)的HVAC供應(yīng)商來說同樣是重大的挑戰(zhàn)，本文在降低使用成本的同時，利用A/V設(shè)計打造出HVAC系統(tǒng)，滿足了效率標(biāo)準(zhǔn)。
定義效率
效率的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)是能效比(Energy Efficiency Ratio，EER)。能效比的計算公式為凈冷卻能力(net cooling capacity)(計量單位為Btuh)除以總輸入功率(以kW為計量單位)。該量測可以在任何操作條件下使用，但為了公平比較，能效比已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化成一單一的操作條件。
第二，這可以說是一種比較有用的說法，那就是效率的量測是季節(jié)的能效比(Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER)，一個季節(jié)能效比的值是對多個操作模式(像是啟動、穩(wěn)態(tài)運行和休息)下高、低濕度條件加權(quán)后之能效比值。 SEER具有與能效比相同的單位;因此，值愈高表示效率愈高。
由于為滿足能效比和SEER要求的最低標(biāo)準(zhǔn)一直在提高，而HVAC業(yè)者就藉由控制算法的改進，和提高系統(tǒng)的整合來保持領(lǐng)先。下一節(jié)將說明HVAC廠商如何藉由結(jié)合高效變速控制算法與主動功率因子校正，而達(dá)成控制算法的改進和提高系統(tǒng)的整合。
為什么要整合電動機控制和PFC
變速電動機控制采用數(shù)字轉(zhuǎn)子角度估算和一種稱為磁場定向控制(Field Oriented Control ，F(xiàn)OC)的技術(shù)，以便在壓縮機轉(zhuǎn)速曲線的較低端和較高端提供更好的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。FOC不僅只是啟動和關(guān)閉電動機，還提供具有最小轉(zhuǎn)矩漣波的最佳扭矩和在整個電動機速度范圍內(nèi)減小的振動。除了增加電動機的使用壽命和可靠性，當(dāng)控制輸出沒有調(diào)諧到電動機的速度時，基于FOC的變速控制可減少能源的浪費量。這種技術(shù)目前是高效HVAC設(shè)計的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
功率因子校正可用來將HVAC設(shè)計的可用有效功率最大化。除了是IEC61000 EMC標(biāo)準(zhǔn)之下的一項要求，PFC還具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。借著將有效功率最大化，就會有更多由電力公司所提供的能量可以給應(yīng)用來使用，也可實現(xiàn)更高的總線電壓。由于最大總線電壓與冷卻你家房子的電動機之最大速度成正比，高效PFC的實現(xiàn)需要更少的能源來為A / C提供更高的散熱能力。
主動式PFC(意味著用到一顆微控制器(MCU)的死循環(huán)PFC控制器)可增加保持恒定輸出電壓的好處，而不管負(fù)載的變化。負(fù)載是速度的一個函數(shù)，而這早已由系統(tǒng)的MCU所管理著。因此，一種結(jié)合了PFC和基于FOC的變速電動機控制之單一MCU實現(xiàn)方法業(yè)已出現(xiàn)，而成為實現(xiàn)HVAC設(shè)計最高效率的最佳組合。
交錯式電動機控制和PFC
假設(shè)電動機控制回路的操作頻率為20 KHz，PFC回路的為100 KHz。PFC電流控制器在50 kHz切換頻率的一半工作，而電動機控制回路則是在10 KHz工作。該MCU必須具有夠好的性能，以保持這兩個控制回路。更關(guān)鍵的是，為了防止下變頻電動機控制回路破壞更高頻率的PFC回路，MCU必須將延遲最大限度地減少。
這可以通過使用兩個專用的中斷來實現(xiàn)，但這將導(dǎo)致極端情況，這種情況下，在較慢電動機控制回路的計算會延遲更快PFC控制回路的執(zhí)行。其結(jié)果將隨應(yīng)用而變。一種經(jīng)過改進的實施將可通過相同的中斷來管理這兩種控制回路。這種單一的中斷是由更快的PFC控制回路所觸發(fā) ，而較慢的運動控制回路則會分成時間片，它們可在PFC ISR最大延遲時間要求之內(nèi)充分地被計算出來。圖下給出了所提出中斷服務(wù)常用程序之示意圖。
有鑒于現(xiàn)在先進實時控制解決方案之可用性，這項技術(shù)已經(jīng)推廣到可充分支持處理器上的雙馬達(dá) +PFC 架構(gòu)，運行速度可低至60 MHz。其他實施方式包括使用加速器或雙核的實現(xiàn)方式，以切分PFC和電動機控制系統(tǒng)的責(zé)任。市面上有許多各式各樣的產(chǎn)品組合可滿足高效HVAC設(shè)計中各種復(fù)雜的需求。
相關(guān)閱讀：
詳解FPGA在多軸步進電機控制器中的應(yīng)用
專家精講：計算體系結(jié)構(gòu)的三種電機控制
“步步驚心”步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟詳解
