三相電動(dòng)機(jī)編程控制工作原理分析

本文介紹了采用Renesas公司MC16C/28系列的CPU產(chǎn)品,運(yùn)用120^o 梯形波交變,通過(guò)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電壓的過(guò)零點(diǎn)來(lái)估測(cè)轉(zhuǎn)子位置,從而實(shí)現(xiàn)表面安裝永磁式同步電動(dòng)機(jī)（SPMSM）的無(wú)位置傳感器型驅(qū)動(dòng)的方法。

通過(guò)變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和位置進(jìn)行數(shù)字控制是電動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展趨勢(shì),永磁式同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、易于控制、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。用單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制的最常用的手段。

電動(dòng)機(jī)控制

圖1 三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

圖2 電動(dòng)機(jī)控制硬件框圖

逆變器控制
電能（商用電源）一般是通過(guò)一個(gè)電源系統(tǒng)來(lái)提供的。在這種場(chǎng)合,商用電源的電壓、頻率和相位在嚴(yán)格的控制之下被固定于一個(gè)精確的水平上。如果把一個(gè)商用電源直接提供給電動(dòng)機(jī)的負(fù)載,則感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)（IM）可以被起動(dòng),而同步電動(dòng)機(jī)（比如永磁式同步電動(dòng)機(jī)PMSM）則不能被起動(dòng)。
在逆變器控制過(guò)程中,商用電源未與負(fù)載相連。一個(gè)轉(zhuǎn)換器件首先把交流（AC）電流轉(zhuǎn)換成直流（DC）電源,然而再由一個(gè)逆變器將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源,以便向電動(dòng)機(jī)輸送具有期望電壓和頻率的交流電源。如果輸出電壓和頻率是根據(jù)負(fù)載和擾動(dòng)來(lái)控制的,則這將使得同步電動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)和旋轉(zhuǎn),并達(dá)到節(jié)能的效果。

表1 控制方法


表2 A/D轉(zhuǎn)換

表3 中斷功能

感應(yīng)電壓
電動(dòng)機(jī)可以起發(fā)電機(jī)的作用。因此,當(dāng)把一盞燈連接至電動(dòng)機(jī)并旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的軸時(shí),燈將會(huì)發(fā)光。這是因?yàn)楫a(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的緣故,而產(chǎn)生的電壓就被稱為“感應(yīng)電壓”。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),將不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。因此,當(dāng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),將強(qiáng)迫它在某一特定方向上旋轉(zhuǎn),以找到轉(zhuǎn)子的位置。
在采用180^o正弦波交變的電動(dòng)機(jī)控制中,由于電動(dòng)機(jī)中有電流連續(xù)流過(guò),故不能直接監(jiān)視電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。因此,在無(wú)位置傳感器的控制中,轉(zhuǎn)子位置是通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流來(lái)估測(cè)的。

用于電動(dòng)機(jī)控制的硬件和軟件規(guī)范

硬件構(gòu)成
表面安裝永磁式同步電動(dòng)機(jī)（SPMSM）
A/D轉(zhuǎn)換器
三相PWM輸出
感應(yīng)電壓的零點(diǎn)檢測(cè)
四部分組成的框圖示于圖2。