Bescherming van het milieu is altijd een onderwerp van belang geweest. Met het oog op een koolstofarme leven, regeringen in de ontwikkelde landen gebruik belastingen en vergoedingen aan het verminderen van de uitstoot van koolstof en energie. Meer dan de helft van de elektriciteit wordt gebruikt om de aandrijving van de motor, zodat ontwerpers moeten niet meer efficiënte motorische controle en ontwerp te gebruiken.
Dit artikel zal introduceren het gebruik van het algoritme van de Vermogenssturing (FOC) van de oriëntatie van magnetische veld en pulse frequentiemodulatie (PFM) nauw waarmee de motor om te bereiken van hoge precisie en hoge efficiëntie.
Veld gerichte controle (FOC) algoritme
Scalaire controle (of kortweg voltage/frequentie controle) is een eenvoudig besturingselement methode die verandert de koppel en de snelheid van de motor door het veranderen van de voeding (spanning) en de frequentie geleverd aan de stator. Deze methode is vrij eenvoudig en kan zelfs met een 8/16-bit microprocessor worden gedaan. Het eenvoudige ontwerp gaat echter gepaard met de grootste nadeel - het ontbreken van robuuste en betrouwbare controle. Deze methode van controle is voldoende als de belasting constant wordt gehouden bij hoge snelheden. Maar zodra de belasting verandert, het systeem kan niet reageren snel, wat resulteert in energieverlies.
Daarentegen biedt de FOC strakke motorische controle. Deze methode is bedoeld om de huidige stator en magnetisch veld in een orthogonale staat (ie, in een hoek van 90 graden) om maximale koppel. Sinds het magnetisch veld-gerelateerde informatie verkregen door het systeem is constant (verkregen uit het coderingsprogramma of geschat sensorlose ingebruikzijn), het kan de huidige om mechanische maximumkoppel stator nauwkeurig controleren.
In het algemeen, FOC is complexer en 32-bits processor en hardware versnelling vereist. De reden is dat deze methode verscheidene computationeel intensief modules, zoals Clark transformatie, Parker transformatie, etc., om wederzijdse omzetting tussen driedimensionale of tweedimensionale coördinatensystemen vereist uitpakken van de relatie te voeren tussen de huidige en magnetische flux.
Zoals aangegeven in figuur 1, omvatten de ingangen te worden beschouwd voor het beheersen van de motor de doel koppel opdracht, huidige aanbod en rotor hoek. De conversie en de berekening worden gedaan op basis van deze parameters, en de nieuwe waarde van het station van de vermogenselektronica wordt berekend. De benodigde tijd voor het voltooien van een cyclus van FOC heet de lus-tijd. Zoals verwacht, hoe korter de tijd van de lus, zal hoe sneller het systeem reageren. Een snel reagerende systeem betekent dat de motor snel kunt aan de belasting aanpassen en compenseren van fouten in een kortere periode voor betere werking van de motor en hogere efficiency.
De FOC-algoritme is meestal geïmplementeerd met behulp van een ingebouwde processor met lus keer tussen 50us en 100us, afhankelijk van het model en de beschikbare hardware. Bovendien, software kan worden gebruikt voor het implementeren van FOC, maar haar zekerheid kan niet worden gegarandeerd. Een groot aantal ontwerpen is daarom afhankelijk van FPGA hardwareversnelling te profiteren van het determinisme en snelle verwerking van deze technologie. Met behulp van de meest geavanceerde 28nm FPGA technologie, is de typische FOC huidige lus tijd 1.6us1, dat is aanzienlijk korter dan de aanpak van de software.
Aangezien betere motorische controle niet alleen ruis vermindert, maar ook efficiëntie en nauwkeurigheid verbetert, meest stroomlussen worden momenteel uitgevoerd in hardware en de neiging om te migreren van de lussen van de snelheid en de positie van loops in hardware implementaties. Deze aanpak is mogelijk omdat met de vooruitgang van de technologie van de digitale elektronische schakeling, een enkel apparaat genoeg rekenkracht heeft. De snelheid controle lus tijd en positie controle lus tijd geïmplementeerd door FPGA zijn 3.6us1 en 18us1, respectievelijk. Dit is een aanzienlijke prestatieverbetering over traditionele software benaderingen omdat traditionele locatie lus tijden meestal in het bereik van de milliseconde zijn.
modulatie
Modulatie is ook een belangrijke module voor verbetering van de energie-efficiëntie. Verschillende modulatie regelingen kunnen afhankelijk van de belasting, de prestatie-eisen en de vereisten van de toepassing worden gebruikt, en deze modulatie regelingen hebben een significante impact op de werking van het systeem van de motorische controle. De schematische modulatie (figuur 2) analyseert verschillende modulatie regelingen die wij gaan in dit artikel te herzien.
De meest elementaire modulatie regeling maakt gebruik van een zes-stap modulatiemethode, waarmee zes mogelijke combinaties van drie-fase macht bruggen (met uitzondering van de 111 en 000 null Staten, waarin alle schakelaars zijn uitgeschakeld). Deze switch methode wordt vertegenwoordigd als zes blauwe hoekpunten van een zeshoek. De zes stappen modulatiemethode geldt het maximale vermogen voor de motor, dat wil zeggen de uitgangsspanning van de omvormer is gelijk aan de Vdc.
Hoewel het vermogen groot is en de uitvoering van het ontwerp eenvoudig is, als de motor hoge precisie en hoge robuustheid vereist, moet de zes stappen modulatiemethode niet worden gebruikt. Dit is omdat de motor wordt uitgevoerd in een niet-lineaire staat en moet "jump" van de ene staat (vertex) naar een andere staat en niet kan verlopen.
Voor een betere werking van de motor, kan sinusvormige modulatie worden gebruikt. Kan de sinusvormige modulatiemethode maken de motor draaien soepel? Hoewel deze methode lichtjes ingewikkelder dan de zes stappen modulatiemethode is, en geen voordelen in efficiëntie, biedt omdat de uitvoer van de omvormer slechts de helft van de Vdc, in principe Vdc is / 2 = 0.5 Vdc. Op de modulatie schematische, wordt dit weergegeven als de binnenste cirkel van de rode cirkel.
Om te compenseren voor de verliezen als gevolg van sinusvormige modulatie, is ruimtevector modulatie PWM (SVPWM) afgeleid. De SVPWM kunnen een spanning van 1/√3Vdc = 0.5773Vdc. Vergelijkbaar met sinusvormige modulatie, SVPWM staat ook de motor probleemloos. Op de modulatie schematische, wordt dit weergegeven als de buitenste cirkel van de rode cirkel. Figuur 3 is een vergelijking van de golfvorm van de sinusvormige modulatiemethode en de modulatiemethode SVPWM.
Zowel sinusvormige modulatie en ruimte vector modulatie puls breedte modulatie (PWM), een van de meest voorkomende industriële modulatietechnieken gebruiken Puls breedte modulatie wordt echter een vaste modulatie frequentie bij de controle van het voedings voltage aanpassen door het veranderen van de pulsbreedte, dus het voorkomen van harmonischen een probleem is. Harmonischen zijn de oorzaak van het EMI, motor trillingen en energieverlies.
Als u wilt onderdrukken harmonischen, een ander modulatiemethode kan worden gebruikt, namelijk met behulp van pulse frequentiemodulatie (PFM). Pulse frequentiemodulatie staat een klein aantal pulsen worden gehouden op een vaste breedte en gemoduleerd in verschillende periodes (frequentie) afhankelijk van de gewenste waarde. Deze modulatiemethode vermindert harmonischen omdat de harmonischen zijn verspreid over alle frequenties.
Dit is de vergelijking van de FFT (Fast Fourier Transform) frequentie-analyse van PWM en PFM. Het kan duidelijk worden gezien dat de PFM de derde harmonische vervorming kan elimineren.
