三相永磁同步電機無(wú)傳感器矢量控制方案

1. 引言

永磁同步電機具有結構簡(jiǎn)單、體積小、功率密度高、效率高和功率因數高等優(yōu)點(diǎn)，在各種高性能驅動(dòng)

系統中得到廣泛的應用。在PMSM高性能控制中，一般需要在轉子軸上安裝機械傳感器，以測量電動(dòng)機的轉子速度和位置。而對于那些對成本控制較嚴，不適合使用機械傳感器的應用領(lǐng)域中，無(wú)傳感器控制策略成為研究的熱點(diǎn)。Fortior針對PMSM的無(wú)傳感器矢量控制推出了高性能的控制器FT3066，以滿(mǎn)足不同應用領(lǐng)域的需求。

2. 基于FT3066的SPMSM(Surface PMSM)矢量控制結構及特點(diǎn)

FT3066是高性能PMSM矢量控制專(zhuān)用芯片。圖1展示了基于FT3066平臺實(shí)現的表貼式永磁同步電機

最大轉矩/電流控制比控制策略。

圖1 表貼式PMSM最大轉矩/電流比控制

控制器特點(diǎn)描述如下：

l 無(wú)傳感器估算算法獲得精確的轉子位置和速度信息。

l 可靠的啟動(dòng)及角度的軟切換處理。

l 轉速的無(wú)級調速，優(yōu)良的閉環(huán)速度控制性能。

l 優(yōu)異的轉矩控制性能。

l 電流環(huán)和速度環(huán)路參數易于整定。

l 支持單電阻，雙電阻，三電阻電流采樣算法，采樣電路如圖2所示。

l 支持風(fēng)機應用領(lǐng)域的逆風(fēng)和順風(fēng)啟動(dòng)。

l 支持PWM，模擬調速控制。

l 支持FG輸出功能。

l 具有堵轉保護，缺相保護，過(guò)、欠壓保護，過(guò)流保護功能。

3. FT3066及周邊硬件電路實(shí)現

3.1 FT3066控制芯片描述

l 最大108MHZ CPU執行速度。

l 零等待FLASH讀寫(xiě)操作。

l 2.6~3.6V電壓供電。

l 芯片提供6對帶死區控制的專(zhuān)用PWM。

l 2路高速12位的多通道，可靈活配置采樣的ADC模塊(1MSPS轉換率)。

l 豐富的通訊外設接口。

3.2電阻采樣電路

FOC矢量控制需要電機電流反饋信息。FT3066可配置兩電阻或三電阻橋臂電流采樣或單電阻的直流

母線(xiàn)電流采樣。電流采樣電路的好壞直接影響無(wú)傳感器算法對轉子位置及速度信息估算的結果，進(jìn)而影響控制性能。FT3066采用如下的電流采樣調制電路，根據控制的電機及負載情況，優(yōu)化調制電路的參數。

圖2 電流采樣調制電路

3.3 FT3066實(shí)現SVPWM調制

SVPWM載波頻率可選：12K，16K，18K，20K。在使用過(guò)程中，可根據實(shí)際應用選擇不同載波頻率，通

常情況下載波頻率越高，電機電磁噪音越小，MOS開(kāi)關(guān)損耗會(huì )增加;反之，載波頻率越低，電機噪音越大，MOS開(kāi)關(guān)損耗減小。

3.4 FG輸出信號

FG是一個(gè)反映電動(dòng)機旋轉速度的脈沖信號。如果不使用該功能，可以將其引腳懸空。下圖為一個(gè)電頻

率對應的FG信號輸出波形

圖3 電流波形與對應的FG信號輸出

4. 典型應用

FT3066以其優(yōu)異的控制性能，可廣泛應用于風(fēng)機、泵類(lèi)等市場(chǎng)應用。其成功案例有空調風(fēng)機、油煙機風(fēng)機、高壓風(fēng)扇、洗滌泵、屏蔽泵等。

5. 總結

FT3066是Fortior推出的高性能電機控制芯片。它采用無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制技術(shù)和最大轉矩/電流比

控制策略，支持兩電阻、三電阻橋臂電流采樣和單電阻的母線(xiàn)電流采樣。具有優(yōu)良的轉速閉環(huán)控制和優(yōu)異的轉矩閉環(huán)調節效果。具有堵轉保護，缺相保護，過(guò)、欠壓保護，過(guò)流保護功能。