利用双电机控制技术简化高能效电器设计
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如今越来越多的电器制造商采用变速永磁(PM)同步电机来提高能效、增加产品特性。工业驱动器制造商很早就认识到PM电机具有高能效和高功率重量比，但控制电子技术的最新进展才使得PM电机被电器制造商广泛采纳。 只需采用直流环节电流反馈技术的定向控制(FOC)可最小化系统成本，对电器驱动器应用非常有吸引力。电机的正弦控制可产生平滑的扭矩输出，输出的声学噪声很低。因此，FOC适合用在风扇、水泵、洗衣机和干衣机等低噪声和高能效非常重要的设备中。 空调和洗衣干衣机等许多电器设备必须独立控制两个电机的速度，以优化它们的性能。这些系统所采用的传统方法是使用带串行通信链路的电机控制处理器来实现同步。但是，如果用一个器件控制两个电机，就可以大大简化硬件和系统设计。最近推出的电器控制平台可仅利用直流母线电流反馈技术同时控制两个PM交流电机，该芯片采用嵌入式FOC算法，可缩短开发时间，并推动电器制造商快速采纳这种技术。 无传感器电机控制算法的实现 FOC在工业驱动系统中很常见，它一般采用编码器或分解器测量转子的位置。闭环电流控制算法利用转子的角坐标校正电机电流和转子磁通，从而实现扭矩输出的最大化。电器控制系统中先进的转子位置估算算法无需使用高分辨率位置传感器(图1)。 图1：定向控制(FOC)系统通过使用直流环节电流反馈技术消除了对位置传感器的需求。 估算算法根据采用绕组电压和电流的电机模型，获得PM的转子磁通位置。这种方法非常合适，因为转子上的磁体决定了转子磁通的位置。绕组电流测量数据是利用基于功率变换器的状态知识的正确的ADC采样时序，从直流环节电流中获得的。系统框图表明，绕组电流测量数据和绕组电压驱动值是计算转子角位置和角速度的转子磁通模型的输入。扭矩和磁通控制环路不仅能在较低速度范围内实现最大的扭矩输出，还可以实现弱磁下的高速操作。 在第一代FOC电机驱动系统中，这些功能是由模拟和数字器件的组合电路实现的。如今，这些电机驱动系统中的大部分已采用高速DSP或RISC处理器在单个器件上实现相关算法。软件实现不仅带来了灵活和硬件简单的优点，也给驱动系统开发人员带来重要的软件开发任务。生成控制算法的软件代码需要许多步骤。第一步，系统工程师将控制原理图转换成代表各种控制功能的微分方程组。第二步，软件工程师将这些微分方程转换成代表处理器执行指令的C代码。这个过程出错，从而延长开发时间，除非代码具有很好的结构和文档，并有长期软件维护小组。RISC处理器和DSP供应商可以提供一整套FOC软件实例来帮助电机驱动公司加快开发进程。这是很有可能的，因为FOC控制技术非常成熟，所以算法结构也可以定义得非常完善。然而，软件实现在目前是没有特别优势的，因为算法结构的灵活性不是必需的。 |
