直流變頻技術在吸油煙機上的應用分析

摘要：吸油煙機作為家用電器中的重要組成部分，在我國家庭中有著較高的使用率，幾乎每個城鎮家庭中均在使用吸油煙機，能夠將廚房中產生的大部分油煙吸走，維護廚房內良好的環境，提升家庭清潔度。吸油煙機之所以能夠吸走油煙主要是利用風機產生的大吸力來實現，當前在吸油煙機中使用的電機主要為交流電機，本身的功率較大，且結構簡單，但是本身也存在較多的缺點，包括噪音大及不節能等。為了解決這一問題，誕生了直流變頻電機，對降低電機的噪音，提升工作效率作用顯著。本文對直流變頻技術工作原理進行介紹，提出直流變頻技術在抽油煙機上應用的必要性，闡述直流變頻技術在吸油煙機上的具體應用。

關鍵詞：直流變頻技術;吸油煙機;交流電源;智能功率模塊

前言：

吸油煙機在人們的日常生活中使用率較高，當前市面上的大多數吸油煙機所使用的電機主要以普通交流電機為主，與直流電機相比，沒有換向器，制造方便、結構簡單，可制作成大電流、高電壓、大容量的電機，在吸油煙機上取得了良好的應用效果。當前社會倡導節能，在節能環保背景下，交流電機已經無法滿足當前的使用需求，直流電機的出現彌補了交流電機的缺陷，對提升吸油煙機性能具有重要作用。

一、直流變頻技術工作原理

直流變頻技術原理主要是指將50Hz和220VAC的工頻交流電源轉化為直流電源，將電流運送到功率模塊主電路中，在單片機的控制下，能夠將電壓可變的直流電源輸出來，以此來完成對直流電機轉動的控制。由于直流變頻本身無逆變環節，相較于交流變頻更加省電。通過對直流變頻電機的工作原理情況進行了解可知，未能展現出定子旋轉磁場對轉子的電磁感應作用，在實際的應用過程中，有效的克服了交流電機所引發的轉子損耗及電磁噪音等情況，直流變頻電機的整機性能及節能效果較好，相較于交流電機效率高10%-30%，噪音的分貝低5-10分貝。在直流電機無極調速中直流變頻技術取得了良好的應用效果，將直流變頻技術應用于吸油煙機上，其轉動可通過多檔轉動來實現^[1]。

直流變頻技術的應用主要是使用分離元件和集成模塊來實現，在實際的應用過程中使用分離器，在進行驅動電機選取上主要是以功率大小為依據，來選擇MOSFET和IGBT，之后再使用外圍保護電路。使用的集成模塊以智能功率模塊為主，在使用過程中通過將驅動電路與功率開關器件集成在一起，在內部集成有過電流、過電壓及過熱等故障來對電路進行檢測，可在MCU中輸送檢測信號，其構成包括優化的門極驅動電路、高速低功耗的管芯及快速保護電路等構成，當出現使用不當及負載事故后，也能夠防止智能功率模塊免遭損壞。智能功率模塊受過壓及過流保護，完成了對直流電機堵轉的硬件保護，有效的避免了電機在實際的運行過程中出現起火。

二、直流變頻技術在抽油煙機上應用的必要性

第一，調速。當前，在抽油煙機上使用的交流電機，調速一般只能為三擋，而直流電機的轉量為0-1500轉，能夠實現無極調速，為用戶選取合適的轉速提供了極大的便利，吸油煙機產品的使用舒適性大大提升。第二，噪音。在抽油煙機上使用交流電機，電機的啟動及運轉噪音均明顯下降，主要是指直流變頻主要是采用軟啟動方式，其運轉狀態始終處于一種平衡的狀態下，能夠將吸油煙機在啟動時所產生的噪音消除掉。另外，用戶可根據自身的實際使用需求，有針對性的選擇頻率，有助于確保噪音始終處于一種超低的范圍內。第三，風量。直流無刷電機的啟動轉矩較高，并且在實際的使用期間具有負載特性硬及過載能力強等特點，在實際的應用過程中，電機所產生的轉速明顯大于交流電機所產生的轉速，相較于交流電機風量也較大。第四，節能。在現階段的家電發展中節能成為主要的發展趨勢，在家電構成中抽油煙機作為重要組成部分，盡管每次使用的時間不長，但是由于在實際的使用過程中交流電機的效率較低，導致能耗量較大。而將抽油煙機的電機換成直流電機，則更有利于節能，試驗結果顯示，在相同風量下，交流電機的輸出功率為180W，直流電機的輸出功率僅為80W，直接電流的效率更高^[2]。

三、直流變頻技術在吸油煙機上的應用

為了探究直流變頻技術在吸油煙機上的應用效果及質量，本文以三懇SIM6822M吸油煙機為例，來設計直流變頻方案。三懇SIM6822M吸油煙機系統構成包括前置驅動IC、輸出功率元件、帶限流電阻的自舉二極管封裝在一起，共同來形成高壓三相馬達用驅動IC，其內部結構構成包括：電流5A、IGBT耐壓600V，6個IGBT，吸油煙機在日常的工作中所使用的功率一般為180W左右，電機的最大功率為220W，在吸油煙機型號選取上應使用IPM型號的電機，確保能夠與吸油煙機的電機功率特性相符合。

智能功率模塊相較于以往的MOSFET及IGBT模塊電路的組件，所展現出來的特點包括以下幾種：第一，內部含有驅動電路，通過對IGBT驅動條件進行設定，縮短了IGBT與驅動電路之間的距離，所輸出的阻抗本身較低，在實際的應用期間無需加反向偏壓。第二，內部含有過電流保護及短路保護，其保護工作主要是通過對各IGBT集電極電流進行保護來實現，無論哪個IGBT出現異常，均能夠自動對齊進行保護，尤其是在地短路及下橋臂短路保護中取得了良好的應用效果。第三，內部包含有驅動電源欠電壓保護系統，驅動電源欠電壓保護存在于每個驅動電路中，若驅動電源電壓VCC相較于規定值UV較小時，會出現欠電壓保護情況。第四，內部包含有過熱保護系統，通過對過熱保護系統的應用，能夠將FRD、IFBT過熱保護功能充分的發揮出來。

吸油煙機中的驅動模塊主要為三懇智能功率模塊SIM6822M，所接的電機為三相直流電機，若智能功率模塊中的OCP端電壓高于0.65V時，通常在OCL中會輸出高電平，需要將SD與OCL有機的連接在一起，能夠將限流功能展現出來。若OCP端的電壓量高于1V時，當濾波時間為2us后，可關斷低側功率器件，當過流信號解除25us之后可恢復正常。在對智能功率模塊進行驅動時，應使用高性能的控制器FT3066來進行驅動，以此來完成對直流電機的穩定及快速驅動，為其運行提供依據^[3]。

FT3066本身作為一種矢量控制專用芯片，展現出了高性能特點，該專用芯片在實際的應用期間，所展現出來的特點為：第一，在對轉子速度及位置進行估算時，主要是使用無傳感器來完成估算工作。第二，其軟切換處理一般需要在可靠的啟動及角度下進行，主要是使用無極調速來對轉速進行控制，能夠突出顯示閉環速度的控制性能，轉矩控制性能較為優異。第三，在對速度環路及電流環參數進行控制時，所使用的電流采樣算法包括單電阻、雙電阻、三電阻等。第四，在控制模擬調速時，需使用PWM，能夠完成對堵轉的保護，所展現出來的功能包括缺相保護、過流保護、欠壓保護等。通過在吸油煙機中使用PMSM矢量控制專用芯片FT3066及三懇智能功率模塊SIM6822M配合使用，直流變頻效果較好，在對直流電機進行驅動時可平穩進行，降噪及節能效果顯著。

結論：

直流變頻技術在吸油煙機上應用展現出了良好的應用效果，相較于交流技術廚房吸油煙能力更強，電機噪音較小、功率較大，并且本身的結構較為簡單，吸油煙工作效率較高，滿足了家庭對廚房清潔度的要求，應在吸油煙機電機選擇上優先使用直流變頻技術。

參考文獻：

[1]? 吳志鵬，鄭星，趙彥波等. 直流變頻渦旋壓縮機技術特點[J]. 制冷與空調，2018，18（09）：87-91.

[2]? 蘇安建記者. 德意新天弧開創吸油煙機變頻時代[J]. 中國五金與廚衛，2013，（3）：65-65.

[3]? 一丁. 德意全直流變頻吸油煙機上市[J]. 電器，2013，（4）：73-73.

作者簡介：冼道昌，男，1990年7月出生，本科，機械專業助理級工程師，研究方向：機械。

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）