三相電動機編程控制工作原理分析

本文介紹了采用Renesas公司MC16C/28系列的CPU產品,運用120^o 梯形波交變,通過電動機感應電壓的過零點來估測轉子位置,從而實現表面安裝永磁式同步電動機（SPMSM）的無位置傳感器型驅動的方法。

通過變頻技術和脈寬調制技術對交流電動機轉速和位置進行數字控制是電動機控制的發展趨勢,永磁式同步電動機（PMSM）具有結構簡單、體積小、易于控制、性能優良等優點。用單片機對電動機進行數字控制是實現電動機數字控制的最常用的手段。

電動機控制

圖1 三相電動機驅動

圖2 電動機控制硬件框圖

逆變器控制
電能（商用電源）一般是通過一個電源系統來提供的。在這種場合,商用電源的電壓、頻率和相位在嚴格的控制之下被固定于一個精確的水平上。如果把一個商用電源直接提供給電動機的負載,則感應式電動機（IM）可以被起動,而同步電動機（比如永磁式同步電動機PMSM）則不能被起動。
在逆變器控制過程中,商用電源未與負載相連。一個轉換器件首先把交流（AC）電流轉換成直流（DC）電源,然而再由一個逆變器將直流電源轉換成交流電源,以便向電動機輸送具有期望電壓和頻率的交流電源。如果輸出電壓和頻率是根據負載和擾動來控制的,則這將使得同步電動機能夠起動和旋轉,并達到節能的效果。

表1 控制方法


表2 A/D轉換

表3 中斷功能

感應電壓
電動機可以起發電機的作用。因此,當把一盞燈連接至電動機并旋轉電動機的軸時,燈將會發光。這是因為產生了感應電動勢的緣故,而產生的電壓就被稱為“感應電壓”。
當電動機停止轉動時,將不會產生感應電壓。因此,當起動電動機時,將強迫它在某一特定方向上旋轉,以找到轉子的位置。
在采用180^o正弦波交變的電動機控制中,由于電動機中有電流連續流過,故不能直接監視電動機中產生的感應電壓。因此,在無位置傳感器的控制中,轉子位置是通過電動機電流來估測的。

用于電動機控制的硬件和軟件規范

硬件構成
表面安裝永磁式同步電動機（SPMSM）
A/D轉換器
三相PWM輸出
感應電壓的零點檢測
四部分組成的框圖示于圖2。