基于STM32的大扭矩永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

　　圖8 IPM 出錯(cuò)信號(hào)處理電路

　　由于IPM 的開(kāi)關(guān)頻率較高，而在功率回路中存在寄生電感，在IPM 開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很高的浪涌電壓，造成對(duì)器件的沖擊，影響器件的性能及使用壽命。為此設(shè)計(jì)了如圖9 所示的IPM 緩沖電路，以降低IPM 開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程的電壓和電流尖峰，從而降低器件開(kāi)關(guān)損耗，保護(hù)器件安全運(yùn)行。其中，選擇超快恢復(fù)二極管RM25HG-24S 作為緩沖二極管，其耐壓1200 V,最大反向恢復(fù)時(shí)間300 ns; 綜合考慮本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電流頻率及IPM 本身性能，將IPM 工作頻率選為8 KHz,取直流母線寄生電感50 nH,根據(jù)計(jì)算及試驗(yàn)，最終選擇緩沖電容Cs = 3 μF,緩沖電阻Rs = 12 Ω。

　　圖9 IPM 緩沖電路

　　2. 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件主要由主程序和中斷服務(wù)程序構(gòu)成，其中主程序完成各種軟硬件的初始化、電機(jī)初始位置檢測(cè)和電機(jī)啟動(dòng)等，中斷服務(wù)程序包括PWM 中斷子程序和外部中斷保護(hù)子程序等。其中PWM 中斷子程序是控制系統(tǒng)核心，主要完成對(duì)轉(zhuǎn)子電流和速度的采集與處理、PID 調(diào)節(jié)、電壓矢量的計(jì)算與選擇、PWM 發(fā)生等。外部中斷子程序主要包括母線電壓過(guò)、欠壓保護(hù)、啟動(dòng)保護(hù)和溫度保護(hù)等。當(dāng)IPM 有出錯(cuò)信號(hào)時(shí)，STM32 控制高級(jí)控制定時(shí)器的TIM1_BKIN 信號(hào)禁止PWM 輸出，保證系統(tǒng)的安全，圖10為PWM 中斷服務(wù)程序流程圖。

　　圖10 PWM 中斷服務(wù)程序

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　如圖11 所示，為本文所設(shè)計(jì)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的STM32 控制板及IPM 驅(qū)動(dòng)板實(shí)物。對(duì)一臺(tái)額定功率132 kW、額定電流232 A、輸入電壓380 V的大扭矩永磁同步電機(jī)進(jìn)行了單元及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。圖12 所示為W 相上下橋臂的PWM 波形，測(cè)試PWM頻率為8 KHz （ 周期125 μs） ; 圖13 所示為電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)W 相的電流波形，表明控制系統(tǒng)的軟硬件模塊均可有效運(yùn)行。

　　圖11 控制電路

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文提出了一種基于STM32 的大扭矩永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了STM32 處理器模塊、增益可調(diào)的電流檢測(cè)電路、旋轉(zhuǎn)變壓器接口電路、IPM驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路等，采用矢量控制方法，實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩控制，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，為大扭矩永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制提供了一種穩(wěn)定可靠、高性?xún)r(jià)比的方案。