面向低成本變速應(yīng)用的“即用型“交流感應(yīng)電機控制IC

前言

由于能夠節(jié)省能源，并采用了更為先進的控制技術(shù)，感應(yīng)電機變速控制在過去十年中的使用量呈現(xiàn)顯著增長態(tài)勢。這對那些只需要在很少的時間段內(nèi)進行全速運行的應(yīng)用來說尤其如此，如某些風扇和泵站負荷等。由于線路連接交流電機具有速度難以控制的特征，類似的負荷需求變化過去一直通過控制電機和載荷來進行處理，這與用油門踏板驅(qū)動汽車、用剎車控制速度非常相似。然而，通過直接控制電機的運行速度，與直接的線路連接電機操作相比，某些應(yīng)用可節(jié)省高達75%的電能。

在實現(xiàn)對變速交流電機的控制方面，有多種先進程度各不相同的技術(shù)。如果所有運行速度都需要高帶寬扭矩控制，就要采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器或利用電機本身作為反饋傳感器的現(xiàn)場控制技術(shù)。由于交流感應(yīng)電機在本質(zhì)上不同步，因此完成這一操作所需的計算通常需要一片高性能控制器來完成，比如DSP。然而，實際上很多(如果在數(shù)量上不是大多數(shù)的話)變速交流電機控制應(yīng)用只要求適度的扭矩控制性能，頻率可以低至5Hz。在這些情況下，只控制電機的波形電壓和頻率(伏特/赫茲控制)是最為經(jīng)濟的手段。

如果不考慮所選的控制拓撲，不可否認，開發(fā)變速驅(qū)動器的很大一部分任務(wù)就是軟件的開發(fā)以及與之相關(guān)的工具投入。由于MC3PHAC不需要編程，就省去了這一部分要求，從而可以縮短項目的總體開發(fā)和調(diào)試時間。作為一個"固定"解決方案，平衡這些優(yōu)勢必須以降低靈活性為代價來實現(xiàn)。然而，該解決方案在設(shè)計之初就已經(jīng)充分考慮到這一點，確保通常由高性能交流驅(qū)動的大多數(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)都能進行動態(tài)配置，從而使MC3PHAC得以用于多數(shù)變速配置之中。此外，MC3PHAC還使用了一個串行接口，該接口采用特殊的通信協(xié)議，使PC或微控制器可以作為主機來實時配置運行特征并控制電機。例如，通過主機軟件，計算機可以對伏特/赫茲關(guān)系進行完全控制，使MC3PHAC能用于可變扭矩和恒定扭矩的變速應(yīng)用中。

先進的電機控制 PWM

MC3PHAC功能的核心是一個先進的PWM模塊，它是專為滿足高性能交流驅(qū)動的苛刻要求而設(shè)計的。該模塊在8 MHz 頻率上運行(循環(huán)發(fā)送間隔時間為125nS)，在3組配套PWM中生成6個居中排列的PWM信號。這就使MC3PHAC能直接連接到幾乎所有三相交流電機驅(qū)動都固有的變頻器上，如圖1所示。高端PWM信號的極性可以獨立于低端PWM極性進行指定。在每個補充信號線對的on-times 之間插入停滯時間，而且停滯時間可以在125 nS的增量內(nèi)調(diào)整為0至32 μS之間的任何值。

圖 1. 使用MC3PHAC的典型三相交流電機驅(qū)動

PWM信號的頻率可以指定為表1顯示的4個PWM頻率及每個頻率的有效PWM分辨率中的一個。每路PWM輸出從一個512條目的表中合成而來，該表由8比特值組成，如圖2所示。盡管這會把最大值分辨率的輸出波形限定在8比特，但并不意味著PWM分辨率本身也限定在8比特，對那些較小的調(diào)制指數(shù)來說尤其如此。PWM分辨率定義了在整個調(diào)制范圍(0%到100%)內(nèi)可以有多少個不同的值，這些值與輸出波形的最大值分辨率不同。

表1. PWM頻率及相應(yīng)的分辨率

圖2. MC3PHAC中用于波形合成的表

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