面向低成本變速應(yīng)用的“即用型“交流感應(yīng)電機(jī)控制IC

作者：時(shí)間：2011-10-14 來源：網(wǎng)絡(luò)

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前言

由于能夠節(jié)省能源，并采用了更為先進(jìn)的控制技術(shù)，感應(yīng)電機(jī)變速控制在過去十年中的使用量呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。這對(duì)那些只需要在很少的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行全速運(yùn)行的應(yīng)用來說尤其如此，如某些風(fēng)扇和泵站負(fù)荷等。由于線路連接交流電機(jī)具有速度難以控制的特征，類似的負(fù)荷需求變化過去一直通過控制電機(jī)和載荷來進(jìn)行處理，這與用油門踏板驅(qū)動(dòng)汽車、用剎車控制速度非常相似。然而，通過直接控制電機(jī)的運(yùn)行速度，與直接的線路連接電機(jī)操作相比，某些應(yīng)用可節(jié)省高達(dá)75%的電能。

在實(shí)現(xiàn)對(duì)變速交流電機(jī)的控制方面，有多種先進(jìn)程度各不相同的技術(shù)。如果所有運(yùn)行速度都需要高帶寬扭矩控制，就要采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器或利用電機(jī)本身作為反饋傳感器的現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)。由于交流感應(yīng)電機(jī)在本質(zhì)上不同步，因此完成這一操作所需的計(jì)算通常需要一片高性能控制器來完成，比如DSP。然而，實(shí)際上很多(如果在數(shù)量上不是大多數(shù)的話)變速交流電機(jī)控制應(yīng)用只要求適度的扭矩控制性能，頻率可以低至5Hz。在這些情況下，只控制電機(jī)的波形電壓和頻率(伏特/赫茲控制)是最為經(jīng)濟(jì)的手段。

如果不考慮所選的控制拓?fù)?，不可否認(rèn)，開發(fā)變速驅(qū)動(dòng)器的很大一部分任務(wù)就是軟件的開發(fā)以及與之相關(guān)的工具投入。由于MC3PHAC不需要編程，就省去了這一部分要求，從而可以縮短項(xiàng)目的總體開發(fā)和調(diào)試時(shí)間。作為一個(gè)"固定"解決方案，平衡這些優(yōu)勢(shì)必須以降低靈活性為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)。然而，該解決方案在設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)充分考慮到這一點(diǎn)，確保通常由高性能交流驅(qū)動(dòng)的大多數(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)都能進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，從而使MC3PHAC得以用于多數(shù)變速配置之中。此外，MC3PHAC還使用了一個(gè)串行接口，該接口采用特殊的通信協(xié)議，使PC或微控制器可以作為主機(jī)來實(shí)時(shí)配置運(yùn)行特征并控制電機(jī)。例如，通過主機(jī)軟件，計(jì)算機(jī)可以對(duì)伏特/赫茲關(guān)系進(jìn)行完全控制，使MC3PHAC能用于可變扭矩和恒定扭矩的變速應(yīng)用中。

先進(jìn)的電機(jī)控制 PWM

MC3PHAC功能的核心是一個(gè)先進(jìn)的PWM模塊，它是專為滿足高性能交流驅(qū)動(dòng)的苛刻要求而設(shè)計(jì)的。該模塊在8 MHz 頻率上運(yùn)行(循環(huán)發(fā)送間隔時(shí)間為125nS)，在3組配套PWM中生成6個(gè)居中排列的PWM信號(hào)。這就使MC3PHAC能直接連接到幾乎所有三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)都固有的變頻器上，如圖1所示。高端PWM信號(hào)的極性可以獨(dú)立于低端PWM極性進(jìn)行指定。在每個(gè)補(bǔ)充信號(hào)線對(duì)的on-times 之間插入停滯時(shí)間，而且停滯時(shí)間可以在125 nS的增量?jī)?nèi)調(diào)整為0至32 μS之間的任何值。

圖 1. 使用MC3PHAC的典型三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)

PWM信號(hào)的頻率可以指定為表1顯示的4個(gè)PWM頻率及每個(gè)頻率的有效PWM分辨率中的一個(gè)。每路PWM輸出從一個(gè)512條目的表中合成而來，該表由8比特值組成，如圖2所示。盡管這會(huì)把最大值分辨率的輸出波形限定在8比特，但并不意味著PWM分辨率本身也限定在8比特，對(duì)那些較小的調(diào)制指數(shù)來說尤其如此。PWM分辨率定義了在整個(gè)調(diào)制范圍(0%到100%)內(nèi)可以有多少個(gè)不同的值，這些值與輸出波形的最大值分辨率不同。