【導(dǎo)讀】本應(yīng)用筆記介紹了采用 Z32F128 微控制器的三相 BLDC 電機的空間矢量調(diào)制。它演示了微控制器如何實現(xiàn) BLDC 電機高效、經(jīng)濟的矢量調(diào)制。
本應(yīng)用筆記介紹了采用 Z32F128 微控制器的三相 BLDC 電機的空間矢量調(diào)制。它演示了微控制器如何實現(xiàn) BLDC 電機高效、經(jīng)濟的矢量調(diào)制。
可以通過在六邊形內(nèi)創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)電壓參考矢量來控制三相 BLDC 電機,該電壓參考矢量的旋轉(zhuǎn)速度決定電機旋轉(zhuǎn)的頻率。本應(yīng)用筆記中討論的空間矢量調(diào)制應(yīng)用使用帶有三個用于角度位置反饋的霍爾傳感器的 BLDC 型電機。
討論
電動機由定子和固定框架組成,其中旋轉(zhuǎn)部件或轉(zhuǎn)子安裝在帶有軸承的軸上。在三相 BLDC 電機中,定子配有三組電感器繞組,由三個交流電壓輸入供電,這些電壓輸入彼此相位偏移 120 度,以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通量場。該定子磁通場對轉(zhuǎn)子的永磁體磁通場施加磁力,從而在輸出軸上產(chǎn)生扭矩。
在三相電機控制應(yīng)用中,電機的輸入電壓由三相逆變橋產(chǎn)生。該橋包含三個互補的源極/漏極晶體管對,它們將接地或總線電壓 DC 連接到其三個輸出中的每一個,以響應(yīng)來自微控制器的數(shù)字控制信號。Z32F128 ARM MCU 在電橋控制信號上使用 PWM,在電橋輸出上生成三個近似正弦交流波形,并具有所需的 120 度相位偏移。
每個微控制器 PWM 輸出的占空比都會變化,以控制所生成的交流信號的周期和幅度,進而確定電機的速度和扭矩。
操作原理
與三次諧波注入正弦 PWM 類似,空間矢量調(diào)制方法利用了大約 15% 以上的可用總線電壓,因此提高了電機運行效率。
圖 1 旋轉(zhuǎn)矢量受 ± VBUS 和 VBUS 電壓中心的約束
與注入三次諧波的正弦 PWM 不同,相電壓的中性點被限制為總線電壓的二分之一,如圖 1 所示。
圖 2 空間矢量調(diào)制的總線電壓利用率
空間矢量調(diào)制不受 VBUS 和中心電壓的限制,并且可以浮動在空間中,如圖 2 所示。
與在逆變器的每個推/挽級中分別生成正弦電流的正弦 PWM 不同,空間矢量調(diào)制將整個逆變器作為單個單元進行操作以產(chǎn)生正弦電流。在此過程中,逆變器在六邊形內(nèi)的八種不同狀態(tài)下運行,其中兩種狀態(tài)被稱為零矢量,因為它們不產(chǎn)生電壓,而六種狀態(tài)則產(chǎn)生非零電壓。
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