【導讀】空調設備是夏天必備的電源消耗源，對于高效系統的HVAC供應商來(lái)說(shuō)同樣是重大的挑戰，本文在降低使用成本的同時(shí)，利用A/V設計打造出HVAC系統，滿(mǎn)足了效率標準。
定義效率
效率的一個(gè)衡量標準是能效比(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)被標準化成一單一的操作條件。
第二，這可以說(shuō)是一種比較有用的說(shuō)法，那就是效率的量測是季節的能效比(Seasonal Energy Efficiency Ratio，SEER)，一個(gè)季節能效比的值是對多個(gè)操作模式(像是啟動(dòng)、穩態(tài)運行和休息)下高、低濕度條件加權后之能效比值。 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(mǎn)足能效比和SEER要求的最低標準一直在提高，而HVAC業(yè)者就藉由控制算法的改進(jìn)，和提高系統的整合來(lái)保持領(lǐng)先。下一節將說(shuō)明HVAC廠(chǎng)商如何藉由結合高效變速控制算法與主動(dòng)功率因子校正，而達成控制算法的改進(jìn)和提高系統的整合。
為什么要整合電動(dòng)機控制和PFC
變速電動(dòng)機控制采用數字轉子角度估算和一種稱(chēng)為磁場(chǎng)定向控制(Field Oriented Control ，FOC)的技術(shù)，以便在壓縮機轉速曲線(xiàn)的較低端和較高端提供更好的轉矩響應。FOC不僅只是啟動(dòng)和關(guān)閉電動(dòng)機，還提供具有最小轉矩漣波的最佳扭矩和在整個(gè)電動(dòng)機速度范圍內減小的振動(dòng)。除了增加電動(dòng)機的使用壽命和可靠性，當控制輸出沒(méi)有調諧到電動(dòng)機的速度時(shí)，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設計的黃金標準。
功率因子校正可用來(lái)將HVAC設計的可用有效功率最大化。除了是IEC61000 EMC標準之下的一項要求，PFC還具有顯著(zhù)的應用優(yōu)勢。借著(zhù)將有效功率最大化，就會(huì )有更多由電力公司所提供的能量可以給應用來(lái)使用，也可實(shí)現更高的總線(xiàn)電壓。由于最大總線(xiàn)電壓與冷卻你家房子的電動(dòng)機之最大速度成正比，高效PFC的實(shí)現需要更少的能源來(lái)為A / C提供更高的散熱能力。
主動(dòng)式PFC(意味著(zhù)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，而不管負載的變化。負載是速度的一個(gè)函數，而這早已由系統的MCU所管理著(zhù)。因此，一種結合了PFC和基于FOC的變速電動(dòng)機控制之單一MCU實(shí)現方法業(yè)已出現，而成為實(shí)現HVAC設計最高效率的最佳組合。
交錯式電動(dòng)機控制和PFC
假設電動(dòng)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(dòng)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(gè)控制回路。更關(guān)鍵的是，為了防止下變頻電動(dòng)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(guò)使用兩個(gè)專(zhuān)用的中斷來(lái)實(shí)現，但這將導致極端情況，這種情況下，在較慢電動(dòng)機控制回路的計算會(huì )延遲更快PFC控制回路的執行。其結果將隨應用而變。一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的實(shí)施將可通過(guò)相同的中斷來(lái)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(dòng)控制回路則會(huì )分成時(shí)間片，它們可在PFC ISR最大延遲時(shí)間要求之內充分地被計算出來(lái)。圖下給出了所提出中斷服務(wù)常用程序之示意圖。
有鑒于現在先進(jìn)實(shí)時(shí)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 +PFC 架構，運行速度可低至60 MHz。其他實(shí)施方式包括使用加速器或雙核的實(shí)現方式，以切分PFC和電動(dòng)機控制系統的責任。市面上有許多各式各樣的產(chǎn)品組合可滿(mǎn)足高效HVAC設計中各種復雜的需求。
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