高成本效益的AC感應電機轉差控制優(yōu)化方案

　　AC感應電機控制算法

　　目前有兩種基本的AC電機控制算法：速度控制和轉矩控制。轉差控制算法用于轉矩控制，通過(guò)控制相電流和轉差頻率兩個(gè)方面(圖2)來(lái)實(shí)現。這種算法利用PWM對電壓進(jìn)行調節，以維持所需的轉差頻率。為了提供最佳的轉差控制性能，電機的電流和速度反饋提示軟件對變化的條件進(jìn)行補償。而檢測采樣速度和計算瓶頸會(huì )減弱對速度及電流變化的響應，因此限制系統的響應能力和效率。

　　我們把所需轉矩值饋入到所示的實(shí)例系統中。當轉差頻率固定時(shí)，可通過(guò)增大電流來(lái)提高轉矩。同樣地，當電流恒定時(shí)，增加轉差頻率便可提高轉矩。為了基于所需轉矩提供適當的電壓響應，系統會(huì )執行電流和轉差 LUT，向每一電流或轉差檢測值提供固定數值響應。

　　轉矩/轉差曲線(xiàn)由電機本身決定。因此，需要針對電機定制轉差 LUT。轉差控制算法不難實(shí)現，但生成轉差表就不那么簡(jiǎn)單了，而其困難在于確定給定電流的轉差值。由于電機并非在轉矩最大時(shí)效率最高，因而它會(huì )試圖選擇低轉差頻率以獲得最大電機效率。然而，鑒于控制器的功耗與電流相關(guān)，故偏向每安培最大轉矩可能更有益。無(wú)論哪種情況下，轉矩曲線(xiàn)都應該針對應用量身定做。

　　在LUT表中，轉矩/轉差曲線(xiàn)各參數的用戶(hù)專(zhuān)用程度和電機依賴(lài)程度都相當高。該表通常在用于微控制器存取的閃存中執行。本地總線(xiàn)帶寬、閃存查找時(shí)間和微控制器的速度確定了系統的性能。

　　轉差優(yōu)化

　　通過(guò)直接控制轉差值或轉差頻率可以實(shí)現感應電機的最優(yōu)化控制。每個(gè)感應電機都有一個(gè)類(lèi)似于圖1示例的特性曲線(xiàn)。對于最大轉矩 (擊穿點(diǎn))、最大功率因數和最大電機效率，其轉差值都截然不同。一般而言，電機的額定轉差 (額定轉矩) 落在最大功率因數和最大效率之間的某個(gè)地方。轉差頻率 (電源頻率必需能夠滿(mǎn)足所需轉差要求) 的控制方法有多種。這樣的系統會(huì )采用一個(gè)速度傳感器來(lái)測量轉子頻率，并根據所需轉差值來(lái)確定電源頻率。其所需轉差值將取決于應用或系統的要求，例如，若應用關(guān)注重點(diǎn)為系統效率，則必需保持轉差頻率以獲得最大效率。

　　基于處理器的系統

　　AC感應電機可以采用基于處理器的實(shí)現方案，比如Microchip 公司的PIC微控制器、或者是飛思卡爾半導體公司的MC68H微控制器。這些處理器包含了用于LUT、ADC和PWM輸出的板載閃存。如上所述，這類(lèi)系統的瓶頸源于控制算法的處理時(shí)間、LUT速度和總線(xiàn)速度。

　　混合信號FPGA系統

　　圖3所示系統采用了Actel公司的混合信號Fusion FPGA。該器件加入了非易失性存儲器 (閃存)和集成式模擬電路，包括眾多模擬單元和帶有多個(gè)模擬I/O的模數轉換器(ADC)，而在某些情況下，還有嵌入式CPU。