三相电动机编程控制工作原理及方案

本文介绍了采用Renesas公司MC16C/28系列的CPU产品,运用120^o 梯形波交变,通过电动机感应电压的过零点来估测转子位置,从而实现表面安装永磁式同步电动机（SPMSM）的无位置传感器型驱动的方法。

通过变频技术和脉宽调制技术对交流电动机转速和位置进行数字控制是电动机控制的发展趋势,永磁式同步电动机（PMSM）具有结构简单、体积小、易于控制、性能优良等优点。用单片机对电动机进行数字控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。

电动机控制

图1 三相电动机驱动

图2 电动机控制硬件框图

逆变器控制
电能（商用电源）一般是通过一个电源系统来提供的。在这种场合,商用电源的电压、频率和相位在严格的控制之下被固定于一个精确的水平上。如果把一个商用电源直接提供给电动机的负载,则感应式电动机（IM）可以被起动,而同步电动机（比如永磁式同步电动机PMSM）则不能被起动。
在逆变器控制过程中,商用电源未与负载相连。一个转换器件首先把交流（AC）电流转换成直流（DC）电源,然而再由一个逆变器将直流电源转换成交流电源,以便向电动机输送具有期望电压和频率的交流电源。如果输出电压和频率是根据负载和扰动来控制的,则这将使得同步电动机能够起动和旋转,并达到节能的效果。

表1 控制方法


表2 A/D转换

表3 中断功能

感应电压
电动机可以起发电机的作用。因此,当把一盏灯连接至电动机并旋转电动机的轴时,灯将会发光。这是因为产生了感应电动势的缘故,而产生的电压就被称为“感应电压”。
当电动机停止转动时,将不会产生感应电压。因此,当起动电动机时,将强迫它在某一特定方向上旋转,以找到转子的位置。
在采用180^o正弦波交变的电动机控制中,由于电动机中有电流连续流过,故不能直接监视电动机中产生的感应电压。因此,在无位置传感器的控制中,转子位置是通过电动机电流来估测的。

用于电动机控制的硬件和软件规范

硬件构成
表面安装永磁式同步电动机（SPMSM）
A/D转换器
三相PWM输出
感应电压的零点检测
四部分组成的框图示于图2。