控制变速驱动器的发展趋势

作者：信息来源:电子市场 2006-11-1

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三相交流马达正成为新型设计的首选，在许多应用领域内，它已经替代了电子控制驱动器。目前，用在变速驱动器中的马达主要是电刷式马达和单相交流马达（ACIM）。在驱动器中，这些马达的速度是由三端双向可控硅通过调节传导角来控制的，但这种技术非常简单，不能满足微控制器的特殊要求，而这些驱动器通常都需要8位微控制器。 ...

三相交流马达正成为新型设计的首选，在许多应用领域内，它已经替代了电子控制驱动器。目前，用在变速驱动器中的马达主要

电刷式马达和单相交流马达（ACIM）。在驱动器中，

些马达的速度是由三端双向可控硅通过调节传导角来控制的，但这种技术非常简单，不能满足微控制器的特殊要求，而这些驱动器通常都需要8位微控制器。　　为了解决这个问题，新一代的变速驱动器设计采用了三相无电刷交流马达，主要包括三相ACIM和永磁同步马达。

图1 FOC系统原理图 感应还是永磁 　　所有三相ACIM和永磁同步马达的定子上都有一个三相绕组，并都带有三相电源。在ACIM中，转子磁通是通过磁化定子绕组上的电流而产生的，但会在定子绕组上产生损失。而永磁同步马达使用永磁体来产生磁通，这比感应马达更有效。对于不同的额定功率，永磁同步马达中的总损失只会是感应马达的50％或60％。不过，永磁同步马达的主要缺点就是磁性材料带来的高成本。虽然磁性材料的质量不尽相同，但永磁马达的总成本将会比感应类型高20％。　　永磁同步马达适合于各种工业、商业和主要变速驱动领域，包括冰箱的压缩机，汽车通风/空调设备，电子动力方向盘和刹车系统。此外，它还非常适合于洗衣机，因为该马达体积小，可直接安装在滚筒上，这就省去了皮带和皮带轮，使机器更加简单和安静。　　高性能的马达控制要求马达在其整个速度范围内能实现平滑旋转，零速时能实现全扭矩控制，速度转换快。要达成这样的目的，用于三相交流马达的磁场导向控制（FOC）技术就必不可少。使用了FOC，设计者就可以将定子电流分解成磁通和扭矩分量，进而单独控制它们。这样，马达控制器的结构就如同单独的直流马达一样简单。　　为了将电流分解成扭矩和磁通分量，我们需要知道马达转子的位置。无传感器控制方法就是一种，它可用于所有的马达。其可分成两类，第一类被称为“基于马达模型”的方法，马达的速度通过基于马达基本数学模型的静态观察器来确定。另一种方法则被称之为“马达特性追踪”法，它能根据测量马达阻抗的变化来检测转子的位置。后一种方法效果好，还能在马达零速时发挥作用。然而，将其应用在所有马达上是不现实的。 马达控制器 　　用于三相交流马达的高级控制技术需要高级的处理能力，因此需要综合DSP处理能力和单芯片的微控制器功能的数字信号控制器（DSC）

与其中。　　DSC的微控制器式编程模型和优化的指令集（包括了高效的寻址方式）会给设计者提供很多帮助，它们能兼容符合DSP和MCU应用条件的高效压缩编码。同时，一套适合各种马达控制器的指令集也给DSC的高级处理能力提供了有力的支持。此外，DSC的高性能PWM控制模块对有效驱动不同类型的马达也很关键，它能为与12位ADC的同步提供参考输出。这种DSC还有一个16位4定时器模块组，其频率能达到96MHz。　　为了追踪马达磁通和转子的即时位置，还需要对复杂的马达模型进行估算，并让其运行大约50μs。在此期间，DCS必须在每一个周期内读取相电流和电压。　　快速和准确的12位ADC也是必须的，每一个ADC的读数采样时间必须要精确。这项任务将交由整合了PWM模块、时钟模块和　ADC模块的同步系统来完成。

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