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基于Infineon高性能8位单片机XC866的最小正弦PWM的直流无刷电机控制方案

日期:2019-03-19 23:32

  基于Infineon高性能8位单片机XC866的最小正弦PWM的直流无刷电机控制方案

  传统的直流无刷电机采用方波控制方式,控制简单,容易实现,同时存在转矩脉动、换相噪声等问题,在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。针对这些应用,采用正弦波控制可以很好的解决这个问题。

  直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压,使电机绕组中产生正弦电流,通过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。与传统的方波控制相比,电机相电流为正弦,且连续变化,无换相电流突变,因此电机运行噪声低。

  根据控制的复杂程度,直流无刷电机的正弦波控制可分为:简易正弦波控制与复杂正弦波控制。

  对电机绕组施加一定的电压,使电机相电压为正弦波,由于电机绕组为感性负载,因此电机相电流也为正弦波。通过控制电机相电压的幅值以及相位来控制电流的相位以及幅值,为电压环控制,实现较为简单。

  与简易正弦波控制不同,复杂的正弦控制目标为电机相电流,建立电流环,通过直接控制相电流的相位与幅值达到控制电机的目的。由于电机相电流为正弦信号,因此需要进行电流的解耦操作,较为复杂,常见的为磁场定向控制(FOC)及直接转矩控制(DTC)等。

  简易正弦波控制即通过控制电机正弦相电压的幅值以及相位达到控制电机电流的目的。通常通过在电机端线施加一定形式的电压来使绕组两端产生正弦相电压。常见的生成方式为:正弦PWM以及空间矢量PWM。由于正弦PWM原理简单且便于实现,因此简易正弦波控制中通常采用其作为PWM生成方式。图1为BLDC控制结构图,其中Ux、Uy、Uz为桥臂电压,Ua、Ub、Uc为电机绕组的相电压,以下对于不同种类的PWM调制方式的介绍将基于此结构图进行。

  三相SPWM为最常见的正弦PWM生成方式,即对电机三个端线度的正弦电压信号,由于中性点为0,因此电机相电压也为正弦,且相位与施加的正弦电压相同。如图2所示。

  正弦PWM时,施加在电机端线上电压Ua、 Ub、Uc并非正弦波电压,此时电机中心点电压并非为0,但是电机相电压仍然为正弦。因此此类控制方式为线:

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