المقدمة: Zhaoyi Innovation هي شركة عملاقة لمنتجات سلسلة MCU المحلية. في سلسلة حلول تصميم MCU الخاصة بهم، لديهم تعاون واسع النطاق مع SKLOR.

استخدام سلسلة MCU GD32F130 لتصميم مخطط لوحة العاكس لضاغط الثلاجة

نظرة عامة على مخطط العاكس لضاغط الثلاجة

يمكن استخدام لوحة تحويل التردد المذكورة في هذه المقالة للتحكم في تحويل تردد ضواغط الثلاجات، وكذلك في أغطية المدخنة ومكيفات الهواء. يعتمد هذا النظام على تصميم وحدة التحكم الدقيقة (MCU) من سلسلة GigaDevice GD32F130. هذه الوحدة مزودة بنواة Cortex-M3، التي تُمكّن من تحقيق التحكم في PI، ومولد SVPWM، ومراقب حالة المحرك من خلال البرنامج؛ كما يُمكن لمؤقت متقدم توليد 6 قنوات من PWM قابلة للتعديل في المنطقة الميتة مباشرةً. تتوافق الشريحة مع معايير درجة حرارة التشغيل الصناعية ومعايير ESD وEMI، وهي مناسبة جدًا للتحكم في سرعة التردد المتغير PMSM وBLDC.

المواصفات الرئيسية لسلسلة MCU GD32F130

Cortex-M3@48Mhz، أداء معالجة 50 MIPS؛

الفلاش: 64 كيلو بايت/32 كيلو بايت/16 كيلو بايت؛

ذاكرة الوصول العشوائي: 8 كيلو بايت/4 كيلو بايت/4 كيلو بايت؛

ADC عالي السرعة وعالي الدقة، 12 بت ADC x 1@2.6Msps، 10 قنوات؛

مؤقت متقدم ×1، يمكنه توليد 6 مخرجات PWM تكميلية مع وقت ميت قابل للتعديل. الموقت العام X6؛

فلاش مع حماية تشفير الأجهزة؛

طرق الاتصال التسلسلي المختلفة: I2C x2، SPI x2، UART x2؛

أنواع العبوات الغنية: TSSOP20/ QFN28/ QFN32/ LQFP32/ LQFP48/LQFP64

نطاق درجة حرارة التشغيل من الدرجة الصناعية: -40 درجة مئوية ~+85 درجة مئوية؛

خصائص ESD الصناعية: 6000 فولت؛

المواصفات والمعلمات الرئيسية للوحة العاكس

طاقة الإخراج المقدرة 200 وات، جهد الحافلة 310 فولت، الحد الأقصى لتيار العمل 2 أمبير؛

الطريقة الموجهة نحو المجال المغناطيسي، تيار الموجة الجيبية، التشغيل والتحكم بدون مستشعر؛

3 أخذ العينات الحالية المقاوم.

تتكون دائرة العاكس من 6 MOSFETs للطاقة؛

مخطط كتلة التحكم لنظام التحكم في المحركات هو كما يلي:

تنفيذ MTPA

كما هو موضح في مخطط كتلة النظام، فإن النظام بأكمله عبارة عن حلقة تحكم مزدوجة مغلقة، والحلقة الداخلية عبارة عن حلقة تحكم حالية، والحلقة الخارجية عبارة عن حلقة تحكم في السرعة. اضبط اتجاه التدفق المغناطيسي للدوار كمحور d، والمحور q هو المحور المتعامد للمحور d، والغرض من التحكم في الحلقة الحالية هو فصل تيار الجزء الثابت والتدفق المغناطيسي، والتحكم في تيار الجزء الثابت إلى المحور q.

بالنسبة لمحرك SPM، قمنا بتعيين معرف قيمة التحكم المستهدف للمحور d على 0، والتحكم في كل التيار الموجود على الجزء الثابت إلى المحور q للحصول على الحد الأقصى لعزم الدوران لكل أمبير (MTPA). في هذا الوقت، يرتبط عزم الدوران وسرعة محرك PMSM فقط بالمكون الحالي للمحور q. نقوم بعد ذلك بالتحكم في التيار على المحور d من خلال حلقة التحكم في السرعة لتحقيق تحكم مزدوج في الحلقة المغلقة.

في العمل الفعلي، نظرًا لأن هيكل محرك SPM ليس مثاليًا، فإن التيار الفعلي على المحور d ليس 0؛ في الوقت نفسه، سنقوم أيضًا بالتحكم بشكل هادف في التيار على المحور d، وذلك لتحقيق المحرك الذي يتجاوز سرعة التشغيل الأساسية؛ في هذا الوقت، نحتاج إلى إضافة وحدة تحكم إضعاف المجال إلى المحور d لضمان تحقيق MTPA. يكون الرسم التخطيطي المتجه عند تشغيل محرك SPM كما يلي:

تنفيذ FOC

توجد تيارات a، b، c ثلاثية الطور في الأسلاك الفعلية لمحرك PMSM. نحتاج الآن إلى توصيل التيارات ثلاثية الطور a وb وc بتيار المحور D وتيار المحور Q. نحتاج إلى استخدام التحويلين الرياضيين لكلارك وبارك:

تحويل كلارك: (أ، ب، ج) → (α، β)، α، β هي أنظمة إحداثيات ثابتة متعامدة ثنائية الطور؛

تحويل بارك: (α، β)→(D، Q)، D، Q هو نظام إحداثيات دوارة متعامدة ثنائية الطور، حيث θ هو موضع التدفق المغناطيسي للدوار؛

من خلال التغييرين الرياضيين لكلارك وبارك، يمكننا تحليل التيارات ثلاثية الطور a وb وc لمحرك PMSM إلى المحور D والمحور Q، وبالتالي تحقيق التحكم الموجه ميدانيًا (FOC). يمكننا أيضًا أن نجد أن النقطة الأساسية للتحكم الكامل في FOC هي العثور على موضع التدفق المغناطيسي θ للدوار.

تنفيذ SVPWM

يمكننا أيضًا استخدام تحويل Park العكسي لتحويل تيار الجزء الثابت من مساحة D وQ إلى مساحة α وβ. بعد الانتهاء من توجيه المجال المغناطيسي، فإن الخطوة الأخيرة للتحكم في محرك PMSM هي توليد جهد PWM يعمل على أطراف المحرك ثلاثية الطور. وفقًا لحالات التبديل الثمانية للعاكس ثلاثي الطور، يمكننا إدراج جدول حالة عاكس تعديل ناقل الفضاء:

من بينها، عندما تكون المراحل الثلاث A وB وC جميعها 0 و1، فهي حالة غير صالحة. نضع متجهي الحالة هذين في أصل الفضاء، وحالات المتجهات الستة المتبقية U6 → U0 ترسم فقط مسدسًا منتظمًا في الفضاء. تتمثل الطريقة التقليدية المكونة من 300 خطوات للتحكم في المحرك في إضافة نواقل الجهد الستة هذه إلى الطرف الثابت للمحرك بدوره.

الغرض من تعديل ناقل الفضاء (SVPWM) هو تكوين ناقل جهد دوار متساوي السعة بزاوية 360 درجة في فضاء المتجه، وبالتالي تقليل خرج المكونات التوافقية الحالية بواسطة العاكس وتقليل تموج عزم الدوران. تتمثل طريقة تنفيذ SVPWM في استخدام متجهي جهد أساسيين متجاورين لتجميع ناقل الجهد الدوار Uout في مساحة المتجه، والحد الأقصى لقيمة Uout هو حوالي 0.886*VDC. لنأخذ الربع الأول كمثال

من بينها، T1 هو وقت عمل ناقل الجهد U0 في دورة PWM واحدة، T2 هو وقت عمل ناقل الجهد U60 في دورة PWM واحدة، وT0 هو وقت عمل مكون التسلسل الصفري.

نستخدم أولاً قيم V_α وV_β لتحديد قطاع القطاع، ومن ثم نحسب قيم T1 وT2 وT0 وفقاً للدالة المثلثية وقيمة Vdc.

أ= V_β;

ب= 1.7320508*V_α-V_β;

ج= -1.7320508*V_α-V_β;

إذا (أ> = 0) {أ = 1؛} آخر أ = 0؛

إذا (ب> = 0) {ب = 1؛} وإلا ب = 0؛

إذا (C> = 0) {ج = 1؛} آخر ج = 0؛

ن=أ+2*ب+4*ج;

التبديل (ن)

{

الحالة 1: القطاع = 2؛ استراحة؛

الحالة 2: القطاع = 6؛ استراحة؛

الحالة 3: القطاع = 1؛ استراحة؛

الحالة 4: القطاع = 4؛ استراحة؛

الحالة 5: القطاع = 3؛ استراحة؛

الحالة 6: القطاع = 5؛ استراحة؛

الافتراضي: استراحة؛

}

لتقليل أزمنة تبديل ترانزستورات MOSFET في دائرة العاكس، يمكن استخدام طريقة تركيب متجه فضائي من سبعة أجزاء، تبدأ وتنتهي بمتجه صفري (7) في كل قطاع متجه، مع متجه صفري (000) في المنتصف، وبقية الوقت بمتجه صالح. كما هو موضح أدناه:

بعد تطبيق جهد SVPWM على الأطراف ثلاثية الطور لمحرك PMSM، يمكن رؤية شكل موجة جهد الطور على شكل سرج، كما هو موضح في الشكل التالي:

تنفيذ مراقب زاوية الدوار

يعد العثور على موضع θ للتدفق المغناطيسي للدوار هو مفتاح خوارزمية FOC، ولكن في عملية الدوران عالي السرعة للمحرك، فإن دقة مستشعر Hall ليست كافية للعثور بدقة على موضع θ للتدفق المغناطيسي للدوار . في هذه الحالة، مطلوب مراقب زاوية الدوار. يمكن الحصول على معلومات زاوية التدفق المغناطيسي للدوار من EMF الخلفي. لا يمكننا قياس المجال الكهرومغناطيسي الخلفي للمحرك بشكل مباشر، ولكن يمكن حساب قيمة المجال الكهرومغناطيسي الخلفي بطريقة المراقب.

يتم اختيار قيمة الخطأ بين تيار المراقب والتيار الحقيقي كسطح التحكم في الوضع المنزلق S،

إذا كان كسب الوضع المنزلق K كبيرًا بدرجة كافية، فيمكننا العثور على سطح التحكم في الوضع المنزلق S مثل ذلك

مخطط كتلة النظام لمراقب الوضع المنزلق هو كما يلي:

إذا أردنا التأكد من استقرار سطح التحكم في الوضع المنزلق S، فنحن بحاجة إلى تحديد قيم K و l الفعالة لضمان ذلك

ويجب أن تكون قيمة l أكبر من -1. وأخيرًا، يمكن حساب الزاوية θ للجزء المتحرك بواسطة دالة الظل العكسي.

يمكن لسلسلة MCU من سلسلة GD32F130 بسهولة تنفيذ مولد SVPWM المذكور أعلاه، وتحويل Park/Clark، ووحدة التحكم PI، ومراقب موضع الدوار. يمكن لنظام SAR ADC المدمج عالي السرعة والدقة ونظام المقاطعة متعدد المستويات لوحدة MCU ضمان الأداء في الوقت الحقيقي للتحكم في الحلقة المغلقة.

GD32F130 لوحة عاكس الثلاجة

الصورة الأمامية

صورة عكسية