परिचय: झाओयी इनोवेशन घरेलू एमसीयू श्रृंखला उत्पादों की एक विशाल कंपनी है। MCU डिज़ाइन समाधानों की अपनी श्रृंखला में, उन्होंने SKLOR के साथ व्यापक सहयोग किया है।

रेफ्रिजरेटर कंप्रेसर इन्वर्टर बोर्ड योजना को डिजाइन करने के लिए GD32F130 श्रृंखला MCU का उपयोग करना

रेफ्रिजरेटर कंप्रेसर इन्वर्टर योजना अवलोकन

इस लेख में प्रस्तुत आवृत्ति रूपांतरण बोर्ड का उपयोग रेफ्रिजरेटर कम्प्रेसर के आवृत्ति रूपांतरण नियंत्रण के लिए किया जा सकता है, और इसका उपयोग रेंज हुड और एयर कंडीशनर के आवृत्ति रूपांतरण नियंत्रण के लिए भी किया जा सकता है। यह योजना गीगाडिवाइस के GD32F130 श्रृंखला MCU डिज़ाइन पर आधारित है। MCU कॉर्टेक्स-M3 कोर से सुसज्जित है, जो सॉफ्टवेयर द्वारा PI नियंत्रण, SVPWM जनरेटर और मोटर स्टेट ऑब्जर्वर को साकार कर सकता है; एक उन्नत टाइमर सीधे पूरक डेड-ज़ोन समायोज्य PWM के 6 चैनल उत्पन्न कर सकता है। यह चिप औद्योगिक-ग्रेड ऑपरेटिंग तापमान और ESD, EMI मानकों को पूरा करती है, और PMSM, BLDC चर आवृत्ति गति नियंत्रण के लिए बहुत उपयुक्त है।

GD32F130 श्रृंखला MCU मुख्य विशिष्टताएँ

Cortex-M3@48Mhz, 50 MIPS प्रोसेसिंग प्रदर्शन;

फ़्लैश: 64KB/32KB/16KB;

एसआरएएम: 8 केबी/4 केबी/4 केबी;

उच्च गति उच्च परिशुद्धता एडीसी, 12 बिट्स एडीसी x 1@2.6 एमएसपीएस, 10 चैनल;

उन्नत टाइमर X1, जो समायोज्य मृत समय के साथ 6 पूरक PWM आउटपुट उत्पन्न कर सकता है। सामान्य टाइमर x6;

हार्डवेयर एन्क्रिप्शन सुरक्षा के साथ फ़्लैश;

विभिन्न धारावाहिक संचार विधियाँ: I2C x2, SPI x2, UART x2;

रिच पैकेज प्रकार: TSSOP20/ QFN28/ QFN32/ LQFP32/ LQFP48/LQFP64

औद्योगिक-ग्रेड ऑपरेटिंग तापमान रेंज: -40℃~+85℃;

औद्योगिक ग्रेड ESD विशेषताएँ: 6000 वोल्ट;

इन्वर्टर बोर्ड की मुख्य विशिष्टताएँ और पैरामीटर

रेटेड आउटपुट पावर 200W, 310V बस वोल्टेज, अधिकतम कार्यशील करंट 2A;

चुंबकीय क्षेत्र उन्मुख विधि, साइन तरंग धारा, सेंसर रहित प्रारंभ और नियंत्रण;

3 प्रतिरोधी वर्तमान नमूनाकरण;

इन्वर्टर सर्किट 6 पावर MOSFETs द्वारा निर्मित है;

मोटर नियंत्रण प्रणाली का नियंत्रण ब्लॉक आरेख इस प्रकार है:

एमटीपीए का कार्यान्वयन

जैसा कि सिस्टम ब्लॉक आरेख में दिखाया गया है, संपूर्ण सिस्टम एक डबल बंद-लूप नियंत्रण है, आंतरिक लूप एक वर्तमान नियंत्रण लूप है, और बाहरी लूप एक गति नियंत्रण लूप है। रोटर चुंबकीय प्रवाह दिशा को डी-अक्ष के रूप में सेट करें, क्यू-अक्ष डी-अक्ष का ऑर्थोगोनल अक्ष है, वर्तमान लूप का नियंत्रण उद्देश्य स्टेटर वर्तमान और चुंबकीय प्रवाह को अलग करना है, और स्टेटर वर्तमान को क्यू-अक्ष पर नियंत्रित करना है।

एसपीएम मोटर के लिए, हम डी-अक्ष की लक्ष्य नियंत्रण मान आईडी को 0 पर सेट करते हैं, और अधिकतम टॉर्क प्रति एम्पीयर (एमटीपीए) प्राप्त करने के लिए स्टेटर पर सभी वर्तमान को क्यू-अक्ष पर नियंत्रित करते हैं। इस समय, पीएमएसएम मोटर का टॉर्क और गति केवल क्यू-अक्ष के वर्तमान घटक से संबंधित है। फिर हम डबल बंद-लूप नियंत्रण प्राप्त करने के लिए गति नियंत्रण लूप के माध्यम से डी-अक्ष पर वर्तमान को नियंत्रित करते हैं।

वास्तविक कार्य में, चूंकि एसपीएम मोटर की संरचना आदर्श नहीं है, इसलिए डी-अक्ष पर वास्तविक धारा 0 नहीं है; साथ ही, हम डी-अक्ष पर करंट को जानबूझकर नियंत्रित भी करेंगे, ताकि मोटर बेस स्पीड ऑपरेशन से अधिक प्राप्त कर सके; इस समय, हमें एमटीपीए की प्राप्ति सुनिश्चित करने के लिए डी-अक्ष में एक फ़ील्ड कमजोर करने वाला नियंत्रक जोड़ने की आवश्यकता है। जब एसपीएम मोटर चल रही हो तो वेक्टर आरेख इस प्रकार है:

एफओसी का कार्यान्वयन

पीएमएसएम मोटर की वास्तविक वायरिंग में ए, बी, सी तीन-चरण धाराएं हैं। अब हमें ए, बी और सी तीन-चरण धाराओं को डी अक्ष वर्तमान और क्यू अक्ष वर्तमान के साथ जोड़ने की आवश्यकता है। हमें क्लार्क और पार्क के दो गणितीय परिवर्तनों का उपयोग करने की आवश्यकता है:

क्लार्क परिवर्तन: (a, b, c) → (α, β), α, β दो-चरण ऑर्थोगोनल स्थिर समन्वय प्रणाली हैं;

पार्क परिवर्तन: (α, β)→(D, Q), D, Q एक दो-चरण ऑर्थोगोनल घूर्णन समन्वय प्रणाली है, जहां θ रोटर चुंबकीय प्रवाह स्थिति है;

क्लार्क और पार्क के दो गणितीय परिवर्तनों के माध्यम से, हम पीएमएसएम मोटर के ए, बी और सी तीन-चरण धाराओं को डी अक्ष और क्यू अक्ष में विघटित कर सकते हैं, जिससे फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल (एफओसी) का एहसास हो सकता है। हम यह भी पा सकते हैं कि संपूर्ण FOC नियंत्रण का मुख्य बिंदु रोटर की चुंबकीय प्रवाह स्थिति θ का पता लगाना है।

एसवीपीडब्लूएम का कार्यान्वयन

हम स्टेटर करंट को डी, क्यू स्पेस से α, β स्पेस में बदलने के लिए व्युत्क्रम पार्क परिवर्तन का भी उपयोग कर सकते हैं। चुंबकीय क्षेत्र अभिविन्यास पूरा करने के बाद, पीएमएसएम मोटर नियंत्रण का अंतिम चरण मोटर के तीन-चरण टर्मिनलों पर अभिनय करने वाले पीडब्लूएम वोल्टेज उत्पन्न करना है। तीन चरण इन्वर्टर के 8 स्विचिंग राज्यों के अनुसार, हम स्पेस वेक्टर मॉड्यूलेशन इन्वर्टर स्टेट टेबल सूचीबद्ध कर सकते हैं:

उनमें से, जब ए, बी और सी के तीन चरण सभी 0 और 1 हैं, तो यह एक अमान्य स्थिति है। हम इन दो अवस्था सदिशों को अंतरिक्ष के मूल में रखते हैं, और शेष 6 सदिश अवस्थाएं U0→U300 बस अंतरिक्ष में एक नियमित षट्भुज बनाते हैं। मोटर को नियंत्रित करने की पारंपरिक 6-चरणीय विधि इन 6 वोल्टेज वैक्टरों को मोटर के स्टेटर सिरे पर बारी-बारी से जोड़ना है।

स्पेस वेक्टर मॉड्यूलेशन (एसवीपीडब्लूएम) का उद्देश्य वेक्टर स्पेस में 360-डिग्री समान-आयाम घूर्णन वोल्टेज वेक्टर बनाना है, जिससे इन्वर्टर द्वारा वर्तमान हार्मोनिक घटकों के आउटपुट को कम किया जा सके और टॉर्क रिपल को कम किया जा सके। एसवीपीडब्ल्यूएम की कार्यान्वयन विधि वेक्टर स्पेस में घूर्णन वोल्टेज वेक्टर यूआउट को संश्लेषित करने के लिए दो आसन्न बुनियादी वोल्टेज वैक्टर का उपयोग करना है, और यूआउट का अधिकतम मूल्य लगभग 0.886 * वीडीसी है। उदाहरण के तौर पर पहले चतुर्थांश को लेते हुए,

उनमें से, T1 एक PWM चक्र में वोल्टेज वेक्टर U0 का क्रिया समय है, T2 एक PWM चक्र में वोल्टेज वेक्टर U60 का क्रिया समय है, और T0 शून्य अनुक्रम घटक का क्रिया समय है।

हम पहले सेक्टर सेक्टर को निर्धारित करने के लिए V_α और V_β के मानों का उपयोग करते हैं, और फिर त्रिकोणमितीय फ़ंक्शन और Vdc के मान के अनुसार T1, T2 और T0 के मानों की गणना करते हैं।

ए= वी_β;

बी= 1.7320508*V_α-V_β;

सी= -1.7320508*V_α-V_β;

यदि(ए>= 0) {ए= 1;} अन्यथा ए= 0;

यदि(बी>= 0) {बी= 1;} अन्यथा बी= 0;

यदि(सी>= 0) {सी= 1;} अन्यथा सी= 0;

एन=ए+2*बी+4*सी;

स्विच(एन)

{

केस 1: सेक्टर = 2; तोड़ना;

केस 2: सेक्टर = 6; तोड़ना;

केस 3: सेक्टर = 1; तोड़ना;

केस 4: सेक्टर = 4; तोड़ना;

केस 5: सेक्टर = 3; तोड़ना;

केस 6: सेक्टर = 5; तोड़ना;

डिफ़ॉल्ट: टूटना;

}

इन्वर्टर सर्किट में MOSFETs के स्विचिंग समय को कम करने के लिए, 7-खंड स्पेस वेक्टर संश्लेषण विधि का उपयोग किया जा सकता है, जिसमें प्रत्येक वेक्टर सेक्टर में शून्य वेक्टर (000) से शुरू और समाप्त होता है, बीच में शून्य वेक्टर (111) और शेष समय वैध वेक्टर के साथ होता है। जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

एसवीपीडब्ल्यूएम वोल्टेज को पीएमएसएम मोटर के तीन-चरण टर्मिनलों पर लागू करने के बाद, काठी के आकार के चरण वोल्टेज तरंग को देखा जा सकता है, जैसा कि निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है:

रोटर एंगल ऑब्जर्वर का कार्यान्वयन

रोटर चुंबकीय प्रवाह की स्थिति θ का पता लगाना FOC एल्गोरिदम की कुंजी है, लेकिन मोटर की उच्च गति रोटेशन की प्रक्रिया में, हॉल सेंसर की सटीकता रोटर चुंबकीय प्रवाह की स्थिति θ का सटीक रूप से पता लगाने के लिए पर्याप्त नहीं है। . इस मामले में, एक रोटर कोण पर्यवेक्षक की आवश्यकता होती है। रोटर चुंबकीय प्रवाह के कोण की जानकारी बैक ईएमएफ से प्राप्त की जा सकती है। हम सीधे मोटर के बैक ईएमएफ को नहीं माप सकते हैं, लेकिन बैक ईएमएफ के मूल्य की गणना पर्यवेक्षक विधि द्वारा की जा सकती है।

प्रेक्षक धारा और वास्तविक धारा के बीच त्रुटि मान को स्लाइडिंग मोड नियंत्रण सतह एस के रूप में चुना जाता है,

यदि स्लाइडिंग मोड लाभ K काफी बड़ा है, तो हम एक स्लाइडिंग मोड नियंत्रण सतह S पा सकते हैं

स्लाइडिंग मोड ऑब्जर्वर का सिस्टम ब्लॉक आरेख इस प्रकार है:

यदि हम स्लाइडिंग मोड नियंत्रण सतह एस की स्थिरता सुनिश्चित करना चाहते हैं, तो हमें यह सुनिश्चित करने के लिए प्रभावी K और l मानों का चयन करना होगा

और l मान -1 से अधिक होना चाहिए। अंत में, रोटर के कोण θ की गणना आर्कटेंजेंट फ़ंक्शन द्वारा की जा सकती है।

GD32F130 श्रृंखला MCU उपर्युक्त SVPWM जनरेटर, पार्क/क्लार्क परिवर्तन, PI नियंत्रक और रोटर स्थिति पर्यवेक्षक को आसानी से कार्यान्वित कर सकता है। एमसीयू की अंतर्निहित उच्च गति और उच्च परिशुद्धता एसएआर एडीसी और बहु-स्तरीय इंटरप्ट प्रणाली बंद-लूप नियंत्रण के वास्तविक समय के प्रदर्शन को सुनिश्चित कर सकती है।

GD32F130 रेफ्रिजरेटर इन्वर्टर बोर्ड

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