Miljöskydd har alltid varit ett ämne av intresse. För att uppnå en koldioxidsnål liv, regeringarna i utvecklade länder Använd skatter och avgifter för att minska koldioxidutsläpp och energi. Mer än hälften av el som används för att köra motorn, så designers inte ska behöva använda effektivare motorstyrning och design.
Denna artikel kommer att introducera användningen av magnetfält orientering kontroll (FOC) algoritm och puls frekvensmodulering (PFM) att noga kontrollera motorn för att uppnå hög precision och hög effektivitet.
Fältet orienterad kontroll (FOC) algoritm
Skalär kontroll (eller kallas spänning/frekvens control) är en enkel kontrollmetod som ändrar vridmoment och hastigheten på motorn genom att ändra strömförsörjningen (spänning) och frekvensen levereras till statorn. Denna metod är ganska enkel och kan göras även med en 8/16-bitars mikroprocessor. Men åtföljs den enkla konstruktionen av den största nackdelen - bristen på robust och tillförlitlig kontroll. Denna metod är tillräckligt om lasten hålls konstant vid höga hastigheter. Men när belastningen ändras, systemet kan inte svara snabbt, vilket leder till energiförluster.
Däremot ger FOC snäva motorstyrning. Denna metod syftar till att upprätthålla stator nuvarande och magnetfält i ett ortogonala tillstånd (dvs i 90 graders vinkel) för att uppnå maximalt vridmoment. Sedan de magnetfält-relaterade uppgifter som erhållits av systemet är konstant (antingen erhållits från kodaren eller beräknad i Sensorlös drift), det kan exakt styra statorn nuvarande att uppnå högsta mekaniska vridmoment.
I allmänhet FOC är mer komplexa och kräver 32-bitars processor och hardware acceleration. Anledningen är att den här metoden kräver flera processorkrävande moduler, till exempel Clark transformering, Parker transformering, etc., att utföra ömsesidig omvandling mellan tredimensionella eller tvådimensionella koordinatsystem extrahera förhållandet mellan nuvarande och Magnetiskt flöde.
Som visas i figur 1, inkluderar indata till övervägas för att styra motorn mål vridmoment kommando, leverans nuvarande och rotor vinkel. Omvandling och beräkningen görs baserat på dessa parametrar, och det nya drive-värdet för drivaelektroniken beräknas. Den tid som krävs för att slutföra en cykel av FOC kallas loop tiden. Som förväntat, den kortare slinga tiden, svarar desto snabbare systemet. En snabb-svara system innebär att motorn snabbt kan anpassa sig till belastningen och kompensera för fel i en kortare tidsperiod för smidigare motordrift och högre effektivitet.
FOC algoritmen genomförs vanligtvis med en inbäddad processor med loop gånger mellan 50us och 100us, beroende på modell och tillgänglig maskinvara. Dessutom programvara kan användas för att genomföra FOC, men dess säkerhet kan inte garanteras. Därför lita ett stort antal mönster på FPGA maskinvaruacceleration till utnyttja determinismen och snabb bearbetning av denna teknik. Använder den mest avancerade 28nm FPGA-tekniken, är typiska FOC aktuell slinga tid 1.6us1, vilket är betydligt kortare än metoden programvara.
Eftersom förbättrad motorstyrning inte bara minskar bullret, men också förbättrar effektiviteten och precisionen, mest aktuella loopar genomförs för närvarande i hårdvara och tenderar att migrera hastighet loopar och placera loopar in hårdvara implementeringar. Detta är möjligt eftersom med främjande av digital elektronisk kretsteknik, en enda enhet har tillräckligt datorkraft. Hastighet kontroll loop tid och position kontroll loop tid genomförs av FPGA är 3.6us1 och 18us1, respektive. Detta är en betydande prestandaförbättring över traditionell programvara strategier eftersom traditionella läge slinga gånger vanligtvis i intervallet millisekund.
modulering
Modulering är också en viktig modul för att förbättra energieffektiviteten. Olika modulering system kan användas beroende på Last, prestandakrav och krav, och dessa modulering system har en betydande inverkan på driften av motorstyrningen. Moduleringen Schematisk (figur 2) analyserar flera modulering system kommer vi att gå igenom i denna artikel.
Det mest grundläggande modulering systemet använder en sex steg modulering metod, som representerar sex möjliga kombinationer av tre-fas broar (exklusive de 111 och 000 null staterna, där alla växlar är avstängda). Denna växling metod representeras som sex blå hörn i en sexhörning. Sex steg modulering metoden gäller maximal effekt motorn, den tillverkade spänningen av omriktaren är lika med Vdc.
Även om uteffekten är stor och design genomförandet är enkel, om motorn kräver hög precision och hög robusthet, bör sex steg modulering metoden inte användas. Detta är eftersom motorn körs i en icke-linjär stat och behöver ”hoppa” från en stat (vertex) till en annan stat och löpa inte smidigt.
För jämnare drift av motorn, kan sinusformad modulering användas. Kan metoden sinusformad modulering göra motorn köra smidigt? Även om denna metod är något mer komplicerat än sex steg modulering-metoden, och det finns ingen fördel i effektivitet, eftersom produktionen av omriktaren är endast hälften av Vdc, i princip Vdc / 2 = 0,5 Vdc. På moduleringen Schematisk representeras denna som den inre cirkeln av den röda cirkeln.
För att kompensera för förluster till följd av sinusformade modulering, härleds utrymme vektor PWM (SVPWM) modulering. SVPWM kan ge en spänning på 1/√3Vdc = 0.5773Vdc. Liknar sinusformad modulering, SVPWM också tillåter motorn att löpa smidigt. På moduleringen Schematisk representeras denna som den yttre cirkeln av den röda cirkeln. Figur 3 är en vågform jämförelse av sinusformade modulering metoden och metoden SVPWM modulering.
Både sinusformad modulering och utrymme vektor modulering använda puls bredd modulation (PWM), en av de vanligaste industriella modulationstekniker. Pulse bredd modulation använder dock en fast moduleringsfrekvens för att justera kontroll av matningsspänningen genom att ändra pulsbredd, så förekomsten av övertoner är ett problem. Övertoner är orsaken till EMI, motor vibrationer och energiförluster.
För att undertrycka övertoner, kan en annan modulering metod användas, nämligen använda puls frekvensmodulering (PFM). Puls frekvensmodulering kan ett litet antal pulser att hållas på en fast bredd och moduleras på olika perioder (frekvens) beroende på önskat värde. Denna modulering metod reducerar övertoner eftersom övertoner är spridda över alla frekvenser.
Detta är jämförelsen av FFT (Fast Fourier Transform) frekvensanalys av PWM och PFM. Det kan tydligt ses att PFM kan eliminera den tredje harmonisk distorsionen.
