환경 보호는 항상 관심의 주제 되었습니다. 낮은 탄소 인생을 달성 하기 위하여 선진국에서 정부 이용 세 고 수수료 탄소 배출량을 줄이고 에너지를 사용 합니다. 전기의 절반 이상이 디자이너 더 효율적인 모터 제어 디자인을 사용 하 여 필요가 없습니다 그래서, 모터를 운전 하는 데 사용 됩니다.
이 문서는 자기장 방향 제어 (FOC) 알고리즘 및 펄스 주파수 변조 (PFM) 밀접 하 게 높은 정밀도 달성 하기 위해 모터를 제어 하 고 고효율의 사용을 소개 합니다.
필드 지향 제어 (FOC) 알고리즘
스칼라 제어 (또는 일반적으로 전압/주파수 제어 라고도) 고정자에 전원 공급 장치 (전압)와 공급 주파수를 변경 하 여 토크와 모터의 속도 변경 하는 간단한 제어 방법 이다. 이 메서드는 매우 간단 하며 8/16 비트 마이크로프로세서도 수행할 수 있습니다. 그러나, 간단한 디자인은 가장 큰 단점은-강력 하 고 안정적인 제어의 부족을 동반 된다. 이 제어 방법은 부하는 일정 하 게 유지 높은 속도로 경우에 충분 하다. 하지만 일단 부하 변경, 시스템 수 없습니다 신속 하 게 대응, 에너지 손실의 결과로.
반면, FOC 꽉 모터 컨트롤을 제공합니다. 이 메서드는 최대 토크를 달성 하기 위해 고정자 전류와 자기장 (즉, 90도 각도로) 직교 상태를 유지 하기 위해 설계 되었습니다. 이후 자기장 관련 시스템에서 얻은 정보는 일정 (여부 인코더에서 얻은 또는 센서 작동에), 그것은 정확 하 게 고정자 전류 달성 최대 기계적인 토크를 제어할 수 있습니다.
일반적으로, FOC 더 복잡 하 고 32 비트 프로세서 및 하드웨어 가속이 필요 합니다. 이유는이 방법에서는 여러 컴퓨터로 집중적인 모듈, 클락 변환, 파커 변환, 등, 관계 추출 3 차원 또는 2 차원 좌표계 간에 상호 변환을 수행 하는 전류 자 속 사이.
그림 1에서 보듯이, 모터 제어에 대 한 고려 입력 대상 토크 명령, 소비 전류, 및로 터 각도 포함 됩니다. 변환 및 계산에 이러한 매개 변수를 기반으로 할 수 있습니다 그리고 전력 전자의 새로운 드라이브 값이 계산 됩니다. FOC의 주기를 완료 하는 데 필요한 시간을 루프 시간 이라고 합니다. 예상 했던 대로, 짧은 루프 시간, 더 빠른 시스템 응답 합니다. 빠른 응답 시스템 모터 수 있습니다 신속 하 게 부하를 조정 하 고 부드럽게 모터 작동 및 높은 효율에 대 한 시간의 짧은 기간에 오류에 대 한 보상을 의미 합니다.
FOC 알고리즘은 일반적으로 루프 시간 50us 사이의 100us, 모델 및 사용 가능한 하드웨어에 따라 임베디드 프로세서를 사용 하 여 구현 됩니다. 또한, 소프트웨어는 FOC, 구현에 사용할 수 있습니다 하지만 그 확실성을 보장할 수 없습니다. 따라서, 디자인의 많은 수는과 결정성의 활용이이 기술의 고속 처리를 FPGA 하드웨어 가속에 의존 합니다. 가장 진보 된 28nm FPGA 기술을 사용 하 여, 일반적인 FOC 현재 루프 시간이입니다 1.6us1, 소프트웨어 방식 보다 상당히 짧은.
향상 된 모터 제어 뿐만 아니라 소음 감소 하지만 효율성과 정확성 향상, 최신 루프 현재 하드웨어에서 구현 되 고 속도 루프를 루프 하드웨어 구현으로 위치 하는 경향이 있다. 디지털 전자 회로 기술의 발전, 단일 장치는 충분 한 컴퓨팅 파워 때문에이 접근 가능 하다. 속도 제어 루프 시간과 위치 제어 루프 시간 FPGA에서 구현 된은 3.6us1와 18us1, 각각입니다. 이 전통적인 위치 루프 시간 밀리초 범위에 일반적으로 있기 때문에 전통적인 소프트웨어 접근에 상당한 성능 향상입니다.
변조
변조는 또한 에너지 효율 개량을 위한 주요 모듈. 다른 변조 구조는 부하, 성능 요구 사항 및 응용 프로그램 요구 사항에 따라 사용할 수 있습니다 그리고 이러한 변조 구조 모터 제어 시스템의 운영에 상당한 영향을 미칠. 변조를 도식 (그림 2) 우리는이 기사에서 검토 하려고 여러 가지 변조 구조를 분석 합니다.
가장 기본적인 변조 체계 (를 제외 하 고는 모든 스위치 해제 됩니다 111 및 000 null 상태) 3 상 전원 교량의 6 개의 가능한 조합을 대표 하는 6 단계 변조 방식을 사용 합니다. 이 스위칭 메서드는 육각형의 6 블루 정점으로 표시 됩니다. 모터에 최대 힘을 적용 하는 6 단계 변조 방식, 즉, 인버터 출력 전압 Vdc와 같은.
비록 출력 전원이 큰와 디자인 구현이 간단 하 고, 모터 높은 정밀도 높은 견고성, 필요한 경우 6 단계 변조 방식 사용 하지 해야. 이 모터 비 선형 상태에서 실행 하기 때문에 "점프" (정점) 한 상태에서 다른 상태로 필요가 있고 원활 하 게 실행할 수 없습니다.
모터의 작동을 부드럽게, 정현파 변조를 사용할 수 있습니다. 만들 수 있는 정현파 변조 방식 모터 실행 원활 하 게? 이 방법은 6 단계 변조 방식 보다 약간 더 복잡 하 고 장점은 없습니다 효율성, 인버터 출력은 Vdc, 기본적으로 Vdc의 절반 밖에 있기 때문에 / 2 = 0.5 Vdc. 도식 변조에이 빨간색 동그라미의 이너 써 클으로 표시 됩니다.
정현파 변조에 의해 발생 하는 손실에 대 한 보상, 공간 벡터 PWM (SVPWM) 변조 파생 됩니다. SVPWM 1/√3Vdc의 전압을 제공할 수 있습니다 0.5773Vdc =. 정현파 변조와 마찬가지로 SVPWM은 또한 원활 하 게 실행 모터가 있습니다. 도식 변조에이 빨간색 동그라미의 외부 원형으로 표시 됩니다. 그림 3은 정현파 변조 방식 및 SVPWM 변조 방법의 파형 비교 이다.
정현파 변조 및 공간 벡터 변조 펄스 폭 변조 (PWM), 가장 일반적인 산업 변조 기법 중 하나를 사용합니다. 그러나, 펄스 폭 변조 사용 고정된 변조 주파수 고조파의 발생 한 문제 이므로 펄스 폭을 변경 하 여 전원 전압의 제어를 조정 합니다. 고조파는 EMI, 진동 모터, 및 에너지 손실의 원인이 됩니다.
고조파를 다른 변조 방법을 사용할 수 있습니다, 즉 펄스 주파수 변조 (PFM)를 사용 하 여. 펄스 주파수 변조 고정된 폭에서 개최를 원하는 값에 따라 서로 다른 기간 (주파수)에 변조 펄스의 작은 수가 있습니다. 이 변조 방법 감소 고조파 고조파 모든 주파수에 분산 되어 있기 때문에.
이것은 PWM 및 PFM의 FFT (고속 푸리에 변환) 주파수 분석의 비교입니다. 그것은 PFM 제 3 고조파 왜곡을 제거할 수 있습니다 명확 하 게 볼 수 있습니다.
