文档介绍：电机控制应用方案|第1
机电能量转换简化-变速驱动可避免使用转换器,变速箱等。
软件升级简单-由于具有闪速存储器的微控制器系统,可根据需要迅速地改变算法和控制变量。
随着变速驱动的引入,系统的复杂程度也将相应增加。但在各种具体应用中,一个基本的要求就是总成本必须控制在一个合理的范围内。在大多数系统中,特别是家用电器,总成本必须同非控系统价格相当。
本文主要介绍采用摩托罗拉单片机实现低成本三相交流电机,三相直流无刷电机和通用电机的控制设计实例。
无传感器的相位角通用电机驱动
基于MC68HC05JJ6/MC68HC705JJ7单片机和MAC4DC可控硅的低成本相位角电机控制驱动系统示于图1。低成本单相功率控制板专门适用于转速从3000rpm到10000rpm的通用无刷电机。目前此类电机广泛用作家用电器中的马达,例如:真空吸尘器、洗碗机、手持电动工具及食品加工机。其工作模式为闭环调速。相对于常用的在电机轴上加装转速计的方案,所述电路则为一个无转速计的方案,转速的测量是由单片机没量电机电流来间接完成的。
无传感器相位角驱动
电路的设计充分利用了单片机的资源从而使其原理图相当简单。这种低成本的单片机功能很强,足以完成驱动闭环无传感器相位角控制系统的所有工作。所有的功能仅由两种集成电路及很少的外围器件即可完成。因而使之成为电路板设计紧凑,且具有很好经济性的方案。
这种设计的目的之一就是要在不使用转速计的情况下实现通用电机的低成本环速度控制。图1所示即为其电原理图。这种无传感器相位解驱动仅需两块集成电路,即一个单片机和一个运算放大器。
由图可见系统包含以下几个部分:单片机,电源,同步器,电流检测,功率器件。500)(this)">
应特别注意的是电流检测和计算。因为此信号对无传感器算法十分重要。因此应选用具有非接地输入和高噪声抑制的差分运放。
无传感器算法
通用电机由可控硅制驱动时必须分成两相:a)当可控硅关断时,i=0
b)当可控硅开启时,v=e+
式中
e=反电动势(bemf)
z=电机阻抗r+
ω=主频
Ω=电机速度
k=电机常数
r=线圈电阻
v=(kΩ+r).i+
Saber模拟模型可用来计算所有必要的算式及运行虚拟的无传感器相位角通用电机系统。这里从它的数据库中引用了一个标准的通用电机模型(),并根据一个200瓦的通用电机参数进行了标定。
从模拟结果可证明,在交流过零点时检测的电流ito,除最大启动延迟为8ms情况下,仅跟转速有关。如果转速高于3000rpm,,交流过零时的电流,对应给定的速度下,在较宽范围的负载变化时均为一常数。如果转速低于3000rpm,,则需要修正。
控制特性
根据模拟结果,可对速度和电流的关系进行测量。在程序中可利用此特点,对应一种速度确定一个电流值。在无传感器相位角算法中,最重要的一点是电机的特性要好。电流必须在一固定启动延迟和一个合理的速度范围内,在过零点时进行测量。
单片机的使用
表1所示为进行传感器相位解驱动所需的存储器容量。同时,也要为单片机进行其它工作保留一定量的存储容量。
表1 存储器用量
可用容量存储器已用容量