Introducció: Zhaoyi Innovation és una empresa gegant de productes nacionals de la sèrie MCU. En la seva sèrie de solucions de disseny MCU, tenen una àmplia cooperació amb SKLOR.

Utilitzant la MCU de la sèrie GD32F130 per dissenyar l'esquema de placa inversora del compressor del refrigerador

Visió general de l'esquema inversor del compressor de la nevera

El tauler de conversió de freqüència introduït en aquest article es pot utilitzar per al control de conversió de freqüència dels compressors de la nevera i també es pot utilitzar per al control de la conversió de freqüència de campanes i aparells d'aire condicionat. L'esquema es basa en el disseny MCU de la sèrie GD32F130 de GigaDevice. L'MCU està equipat amb un nucli Cortex-M3, que pot realitzar control PI, generador SVPWM i observador d'estat del motor mitjançant programari; un temporitzador avançat pot generar directament 6 canals de PWM ajustable de zona morta complementària, el xip compleix la temperatura de funcionament de grau industrial i ESD, estàndards EMI i és molt adequat per al control de velocitat de freqüència variable PMSM, BLDC.

Especificacions principals de la MCU de la sèrie GD32F130

Cortex-M3@48Mhz, rendiment de processament de 50 MIPS;

Flash: 64KB/32KB/16KB;

SRAM: 8KB/4KB/4KB;

ADC d'alta precisió d'alta velocitat, ADC de 12 bits x 1 @ 2.6 Msps, 10 canals;

Temporitzador avançat x1, que pot generar 6 sortides PWM complementàries amb temps mort ajustable. temporitzador general x6;

Flaix amb protecció de xifratge de maquinari;

Diversos mètodes de comunicació en sèrie: I2C x2, SPI x2, UART x2;

Tipus de paquets rics: TSSOP20/ QFN28/ QFN32/ LQFP32/ LQFP48/LQFP64

Interval de temperatura de funcionament de grau industrial: -40 ℃ ~ + 85 ℃;

Grau industrial ESD característiques: 6000 Volt;

Especificacions i paràmetres principals de la placa inversora

Potència de sortida nominal 200 W, tensió de bus de 310 V, corrent de treball màxim 2 A;

Mètode orientat al camp magnètic, corrent d'ona sinusoïdal, inici i control sense sensors;

3 mostreig de corrent de resistència;

El circuit inversor està construït per 6 potència MOSFETs;

El diagrama de blocs de control del sistema de control del motor és el següent:

Implementació de MTPA

Tal com es mostra al diagrama de blocs del sistema, tot el sistema és un doble control de llaç tancat, el llaç interior és un llaç de control de corrent i el llaç exterior és un llaç de control de velocitat. Estableix la direcció del flux magnètic del rotor com a eix d, l'eix q és l'eix ortogonal de l'eix d, l'objectiu de control del bucle de corrent és desacoblar el corrent de l'estator i el flux magnètic i controlar el corrent de l'estator a l'eix q.

Per al motor SPM, establim el valor de control objectiu id de l'eix d a 0 i controlem tot el corrent de l'estator a l'eix q per obtenir el parell màxim per ampere (MTPA). En aquest moment, el parell i la velocitat del motor PMSM només estan relacionats amb el component actual de l'eix q. A continuació, controlem el corrent a l'eix d a través del bucle de control de velocitat per aconseguir un doble control de bucle tancat.

En el treball real, com que l'estructura del motor SPM no és ideal, el corrent real a l'eix d no és 0; al mateix temps, també controlarem el corrent a l'eix D per tal d'aconseguir que el motor superi el funcionament de la velocitat base; en aquest moment, hem d'afegir un controlador de debilitament del camp a l'eix d per garantir la realització de MTPA. El diagrama vectorial quan el motor SPM està en marxa és el següent:

Implementació de FOC

Hi ha corrents trifàsiques a, b, c al cablejat real del motor PMSM. Ara hem de connectar els corrents trifàsics a, b i c amb el corrent de l'eix D i el corrent de l'eix Q. Hem d'utilitzar les dues transformacions matemàtiques de Clark i Park:

• Transformació de Clark: (a, b, c) → (α, β), α, β són sistemes de coordenades estacionàries ortogonals bifàsiques;

•Transformació de parc: (α, β)→(D, Q), D, Q és un sistema de coordenades rotatives ortogonals de dues fases, on θ és la posició del flux magnètic del rotor;

Mitjançant els dos canvis matemàtics de Clark i Park, podem descompondre els corrents trifàsics a, b i c del motor PMSM en l'eix D i l'eix Q, realitzant així el control orientat al camp (FOC). També podem trobar que el punt clau de tot el control FOC és trobar la posició del flux magnètic θ del rotor.

Implementació de SVPWM

També podem utilitzar la transformació de Park inversa per convertir el corrent de l'estator de l'espai D, Q a l'espai α, β. Després de completar l'orientació del camp magnètic, l'últim pas del control del motor PMSM és generar tensió PWM que actua sobre els terminals trifàsics del motor. Segons els 8 estats de commutació de l'inversor trifàsic, podem enumerar la taula d'estats de l'inversor de modulació vectorial espacial:

Entre elles, quan les tres fases de A, B i C són totes 0 i 1, és un estat no vàlid. Col·loquem aquests dos vectors d'estat a l'origen de l'espai i els 6 estats vectorials restants U0→U300 només dibuixen un hexàgon regular a l'espai. El mètode tradicional de 6 passos per controlar el motor és afegir aquests 6 vectors de tensió a l'extrem de l'estator del motor al seu torn.

El propòsit de la modulació vectorial espacial (SVPWM) és formar un vector de voltatge rotatiu d'amplitud igual de 360 ​​graus a l'espai vectorial, reduint així els components harmònics actuals que emeten l'inversor i reduint la ondulació del parell. El mètode d'implementació de SVPWM és utilitzar dos vectors de tensió bàsics adjacents per sintetitzar el vector de voltatge giratori Uout a l'espai vectorial, i el valor màxim de Uout és d'uns 0.886 * VDC. Prenent com a exemple el primer quadrant,

Entre ells, T1 és el temps d'acció del vector de tensió U0 en un cicle PWM, T2 és el temps d'acció del vector de tensió U60 en un cicle PWM i T0 és el temps d'acció del component de seqüència zero.

Primer utilitzem els valors de V_α i V_β per determinar el sector del sector, i després calculem els valors de T1, T2 i T0 segons la funció trigonomètrica i el valor de Vdc.

A= V_β;

B= 1.7320508*V_α-V_β;

C= -1.7320508*V_α-V_β;

if(A>= 0) {a= 1;} sinó a= 0;

si (B>= 0) {b= 1;} sinó b= 0;

si (C>= 0) {c= 1;} sinó c= 0;

N=a+2*b+4*c;

interruptor (N)

{

cas 1: sector = 2; trencar;

cas 2: sector = 6; trencar;

cas 3: sector = 1; trencar;

cas 4: sector = 4; trencar;

cas 5: sector = 3; trencar;

cas 6: sector = 5; trencar;

per defecte: trencar;

}

Per tal de reduir els temps de commutació de MOSFETs al circuit inversor, es pot utilitzar un mètode de síntesi vectorial espacial de 7 segments, començant i acabant amb un vector zero (000) a cada sector vectorial, amb un vector zero (111) al mig i la resta del temps. amb vector vàlid. Com es mostra a continuació:

Després d'aplicar la tensió SVPWM als terminals trifàsics del motor PMSM, es pot veure la forma d'ona de voltatge de fase en forma de cadira, tal com es mostra a la figura següent:

Implementació del Rotor Angle Observer

Trobar la posició θ del flux magnètic del rotor és la clau de l'algorisme FOC, però en el procés de rotació d'alta velocitat del motor, la precisió del sensor Hall no és suficient per trobar amb precisió la posició θ del flux magnètic del rotor. . En aquest cas, cal un observador d'angle del rotor. La informació de l'angle del flux magnètic del rotor es pot obtenir a partir de l'EMF posterior. No podem mesurar directament l'EMF posterior del motor, però el valor de l'EMF posterior es pot calcular mitjançant el mètode d'observador.

El valor d'error entre el corrent de l'observador i el corrent real es tria com a superfície de control del mode lliscant S,

Si el guany del mode lliscant K és prou gran, podem trobar una superfície de control del mode lliscant S tal que

El diagrama de blocs del sistema de l'observador de mode lliscant és el següent:

Si volem garantir l'estabilitat de la superfície de control del mode lliscant S, hem de seleccionar els valors efectius de K i l per assegurar-nos que

I el valor l ha de ser més gran que -1. Finalment, l'angle θ del rotor es pot calcular mitjançant la funció arctangent.

La MCU de la sèrie GD32F130 pot implementar fàcilment el generador SVPWM esmentat anteriorment, la transformació Park/Clark, el controlador PI i l'observador de posició del rotor. L'ADC SAR integrat d'alta velocitat i alta precisió i el sistema d'interrupció multinivell de l'MCU poden garantir el rendiment en temps real del control de bucle tancat.

GD32F130 Placa inversora per a nevera

imatge frontal

imatge inversa