Pendahuluan: Zhaoyi Innovation adalah perusahaan raksasa produk seri MCU dalam negeri. Dalam rangkaian solusi desain MCU, mereka memiliki kerja sama yang luas dengan SKLOR.

Menggunakan MCU seri GD32F130 untuk merancang skema papan inverter kompresor kulkas

Ikhtisar skema inverter kompresor kulkas

Papan konversi frekuensi yang diperkenalkan dalam artikel ini dapat digunakan untuk kontrol konversi frekuensi kompresor kulkas, dan juga dapat digunakan untuk kontrol konversi frekuensi kap kompor dan AC. Skema ini didasarkan pada desain MCU seri GD32F130 GigaDevice. MCU ini dilengkapi dengan inti Cortex-M3, yang dapat mewujudkan kontrol PI, generator SVPWM, dan pengamat status motor melalui perangkat lunak; pengatur waktu canggih dapat langsung menghasilkan 6 kanal PWM zona mati yang dapat disesuaikan secara komplementer. Chip ini memenuhi standar suhu operasi, ESD, dan EMI tingkat industri, dan sangat cocok untuk kontrol kecepatan frekuensi variabel PMSM dan BLDC.

Spesifikasi utama MCU seri GD32F130

Cortex-M3@48Mhz, kinerja pemrosesan 50 MIPS;

Kilatan: 64KB/32KB/16KB;

SRAM: 8KB/4KB/4KB;

ADC presisi tinggi berkecepatan tinggi, ADC 12Bits x 1@2.6Msps, 10 saluran;

Pengatur waktu lanjutan x1, yang dapat menghasilkan 6 keluaran PWM komplementer dengan waktu mati yang dapat disesuaikan. pengatur waktu umum x6;

Flash dengan perlindungan enkripsi perangkat keras;

Berbagai metode komunikasi serial: I2C x2, SPI x2, UART x2;

Jenis paket kaya: TSSOP20/ QFN28/ QFN32/ LQFP32/ LQFP48/LQFP64

Kisaran suhu pengoperasian tingkat industri: -40℃~+85℃;

Karakteristik ESD tingkat industri: 6000 Volt;

Spesifikasi utama dan parameter papan inverter

Daya keluaran terukur 200W, tegangan bus 310V, arus kerja maksimum 2A;

Metode berorientasi medan magnet, arus gelombang sinus, start dan kontrol tanpa sensor;

3 pengambilan sampel arus resistor;

Rangkaian inverter dibangun oleh 6 Power MOSFET;

Diagram blok kendali sistem kendali motor adalah sebagai berikut:

Implementasi MTPA

Seperti yang ditunjukkan pada diagram blok sistem, keseluruhan sistem merupakan kontrol loop tertutup ganda, loop dalam adalah loop kontrol arus, dan loop luar adalah loop kontrol kecepatan. Atur arah fluks magnet rotor sebagai sumbu d, sumbu q adalah sumbu ortogonal dari sumbu d, tujuan kontrol loop arus adalah untuk memisahkan arus stator dan fluks magnet, dan mengontrol arus stator ke sumbu q.

Untuk motor SPM, kita atur nilai kendali target id sumbu d menjadi 0, dan kendalikan semua arus pada stator ke sumbu q sehingga diperoleh Torsi Maksimum Per Ampere (MTPA). Saat ini torsi dan kecepatan motor PMSM hanya berhubungan dengan komponen arus sumbu q. Kami kemudian mengontrol arus pada sumbu d melalui loop kontrol kecepatan untuk mencapai kontrol loop tertutup ganda.

Dalam pekerjaan sebenarnya, karena struktur motor SPM tidak ideal, arus aktual pada sumbu d bukanlah 0; pada saat yang sama, kami juga akan dengan sengaja mengontrol arus pada sumbu d, sehingga motor dapat melebihi kecepatan operasi Dasar; saat ini, kita perlu menambahkan pengontrol pelemahan lapangan ke sumbu d untuk memastikan realisasi MTPA. Diagram vektor saat motor SPM berjalan adalah sebagai berikut:

Penerapan FOC

Ada arus tiga fasa a, b, c pada kabel sebenarnya motor PMSM. Sekarang kita perlu menghubungkan arus tiga fasa a, b, dan c dengan arus sumbu D dan arus sumbu Q. Kita perlu menggunakan dua transformasi matematika Clark dan Park:

Transformasi Clark: (a, b, c) → (α, β), α, β adalah sistem koordinat stasioner ortogonal dua fase;

?Transformasi taman: (α, β)→(D, Q), D, Q adalah sistem koordinat putar ortogonal dua fase, di mana θ adalah posisi fluks magnetik rotor;

Melalui dua perubahan matematis Clark dan Park, kita dapat menguraikan arus tiga fasa a, b, dan c motor PMSM menjadi sumbu D dan sumbu Q, sehingga mewujudkan Field Oriented Control (FOC). Kita juga dapat menemukan bahwa poin kunci dari keseluruhan kontrol FOC adalah mencari posisi fluks magnet θ dari rotor.

Implementasi SVPWM

Kita juga dapat menggunakan transformasi Park terbalik untuk mengubah arus stator dari ruang D, Q menjadi ruang α, β. Setelah orientasi medan magnet selesai, langkah terakhir pengendalian motor PMSM adalah membangkitkan tegangan PWM yang bekerja pada terminal tiga fasa motor. Menurut 8 status peralihan inverter tiga fase, kita dapat membuat daftar tabel status inverter modulasi vektor ruang:

Diantaranya, jika ketiga fase A, B, dan C semuanya 0 dan 1, maka keadaan tersebut tidak valid. Kita tempatkan kedua vektor keadaan ini di titik asal ruang, dan 6 keadaan vektor sisanya U0→U300 gambarlah segi enam beraturan di dalam ruang. Metode 6 langkah tradisional untuk mengendalikan motor adalah dengan menambahkan 6 vektor tegangan ini ke ujung stator motor secara bergantian.

Tujuan dari modulasi vektor ruang (SVPWM) adalah untuk membentuk vektor tegangan berputar dengan amplitudo sama 360 derajat dalam ruang vektor, sehingga mengurangi keluaran komponen harmonik arus oleh inverter dan mengurangi riak torsi. Metode implementasi SVPWM adalah dengan menggunakan dua vektor tegangan dasar yang berdekatan untuk mensintesis vektor tegangan putar Uout dalam ruang vektor, dan nilai maksimum Uout adalah sekitar 0.886*VDC. Mengambil kuadran pertama sebagai contoh,

Diantaranya, T1 adalah waktu kerja vektor tegangan U0 dalam satu siklus PWM, T2 adalah waktu kerja vektor tegangan U60 dalam satu siklus PWM, dan T0 adalah waktu kerja komponen urutan nol.

Pertama-tama kita menggunakan nilai V_α dan V_β untuk menentukan sektor sektor, kemudian menghitung nilai T1, T2 dan T0 sesuai dengan fungsi trigonometri dan nilai Vdc.

SEBUAH= V_β;

B= 1.7320508*V_α-V_β;

C= -1.7320508*V_α-V_β;

jika(A>= 0) {a= 1;} lain a= 0;

jika(B>= 0) {b= 1;} lain b= 0;

jika(C>= 0) {c= 1;} lain c= 0;

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

beralih (N)

{

kasus 1: sektor = 2; merusak;

kasus 2: sektor = 6; merusak;

kasus 3: sektor = 1; merusak;

kasus 4: sektor = 4; merusak;

kasus 5: sektor = 3; merusak;

kasus 6: sektor = 5; merusak;

bawaan: rusak;

}

Untuk mengurangi waktu peralihan MOSFET pada rangkaian inverter dapat digunakan metode sintesis vektor ruang 7 segmen yang dimulai dan diakhiri dengan vektor nol (000) pada setiap sektor vektor, dengan vektor nol (111) pada sektor vektor. tengah, dan sisanya dengan vektor yang valid. Seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Setelah tegangan SVPWM dialirkan pada terminal tiga fasa motor PMSM, maka dapat dilihat bentuk gelombang tegangan fasa berbentuk sadel, seperti terlihat pada gambar berikut:

Implementasi Pengamat Sudut Rotor

Menemukan posisi fluks magnet rotor merupakan kunci dari algoritma FOC, namun dalam proses putaran motor berkecepatan tinggi, keakuratan sensor Hall tidak cukup untuk menemukan posisi fluks magnet rotor secara akurat. . Dalam hal ini diperlukan pengamat sudut rotor. Informasi sudut fluks magnet rotor dapat diperoleh dari EMF belakang. EMF belakang motor tidak dapat diukur secara langsung, namun nilai EMF belakang dapat dihitung dengan metode pengamat.

Nilai kesalahan antara arus pengamat dan arus nyata dipilih sebagai permukaan kendali mode geser S,

Jika penguatan mode geser K cukup besar, kita dapat menemukan permukaan kendali mode geser S sedemikian rupa

Diagram blok sistem pengamat mode geser adalah sebagai berikut:

Jika kita ingin memastikan stabilitas permukaan kontrol mode geser S, kita perlu memilih nilai K dan l yang efektif untuk memastikannya

Dan nilai l harus lebih besar dari -1. Akhirnya, sudut θ dari rotor dapat dihitung dengan fungsi arctangent.

MCU seri GD32F130 dapat dengan mudah mengimplementasikan generator SVPWM yang disebutkan di atas, transformasi Park/Clark, pengontrol PI, dan pengamat posisi rotor. ADC SAR berkecepatan tinggi dan presisi tinggi serta sistem interupsi multi-level MCU dapat memastikan kinerja kontrol loop tertutup secara real-time.

Papan inverter kulkas GD32F130

gambar depan

gambar terbalik