無(wú)傳感器控制使能高效永磁電機(jī)的低成本控制

圖1：無(wú)傳感器PM控制算法

最大限度的提高每安培電流的電機(jī)扭矩輸出，使電機(jī)的效率最高。對(duì)于表面安裝磁體電機(jī)來(lái)說(shuō)，就是控制器將電流（ID）的磁通量分量保持在0水平來(lái)使電機(jī)效率最高。但是由于IPM電機(jī)特別的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一臺(tái)IPM電機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)被稱為磁阻扭矩的附加扭矩分量。在驅(qū)動(dòng)一臺(tái)IPM電機(jī)的時(shí)候，IPM控制模塊會(huì)將ID電流從0開(kāi)始增加，這是IQ目標(biāo)的一個(gè)功能，目的是讓電機(jī)運(yùn)行在效率最高的工作點(diǎn)。在任何的情況下，速度回路補(bǔ)償器都會(huì)計(jì)算將速度維持在目標(biāo)值所需要的扭矩電流。在有些應(yīng)用當(dāng)中，例如洗衣機(jī)，需要比較寬的速度范圍。在這種情況下場(chǎng)電流減弱控制功能會(huì)加入負(fù)磁通量電流（ID）來(lái)降低電機(jī)的有效反電動(dòng)勢(shì)，并且在反電動(dòng)勢(shì)達(dá)到直流總線電壓限制之前允許電機(jī)運(yùn)行在比較高的轉(zhuǎn)速下。

目前有許多工業(yè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用這里介紹的算法結(jié)構(gòu)，但是這種算法結(jié)構(gòu)要求電機(jī)具備解碼器或是編碼器反饋。這種算法結(jié)構(gòu)具有一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)，就是它能夠通過(guò)電機(jī)繞組電流來(lái)推算出轉(zhuǎn)子的位置和速度而無(wú)需物理傳感器。這種無(wú)傳感器算法通過(guò)下面等式表示的電機(jī)回路模型推導(dǎo)出電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁通量狀況?？刂破黩?qū)動(dòng)定子的電壓，同時(shí)電流重建回路檢測(cè)電機(jī)的總電流。對(duì)等式的各項(xiàng)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的重新排列和數(shù)學(xué)合并就能夠產(chǎn)生sine和cosine項(xiàng)。一個(gè)相位鎖定的回路不斷跟蹤這個(gè)算法，推導(dǎo)出角度和速度，就類似于用在IC數(shù)字變換解碼器上的類型。

這種算法的第二個(gè)特點(diǎn)是相電流變送單元根據(jù)換流器直流鏈接的電流量來(lái)推算出電機(jī)的相電流。參見(jiàn)圖2的說(shuō)明，對(duì)于任何一個(gè)運(yùn)行中的換流器單元來(lái)說(shuō)，總有一個(gè)繞組被連接到一個(gè)總線導(dǎo)軌，同時(shí)有另外2個(gè)繞組被連接到其它總線導(dǎo)軌。這就是說(shuō)每一個(gè)PWM循環(huán)都會(huì)有2個(gè)電機(jī)繞組的電流值可用。相電流變送單元包括一個(gè)根據(jù)SVPWM輸入運(yùn)行的采樣計(jì)時(shí)發(fā)生器、一個(gè)采樣模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算三相電流的數(shù)學(xué)運(yùn)算單元。這種方式的明顯優(yōu)點(diǎn)是可以不需要隔離的電流傳感器以及能夠讓無(wú)傳感器算法在家用電器上的應(yīng)用具有更高的效/費(fèi)比。

無(wú)傳感器控制算法是一套應(yīng)用于家用電器電機(jī)控制的一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)的一個(gè)組成部分。一個(gè)混合的信號(hào)控制IC能夠以硬件方式執(zhí)行這種算法，不需要進(jìn)行任何復(fù)雜冗長(zhǎng)而且很容易出錯(cuò)的軟件開(kāi)發(fā)。這個(gè)IC集成了電流測(cè)量所需的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和緩沖放大器。你可以在圖1中看到包括故障檢測(cè)功能和開(kāi)車順序的附加硬件功能。最后，這個(gè)控制IC還集成了一個(gè)自帶內(nèi)存的8位微處理器內(nèi)核用來(lái)執(zhí)行家用電器工程師規(guī)定的其它應(yīng)用功能。