Giriş: Zhaoyi Innovation, yerli MCU serisi ürünlerin dev bir şirketidir. MCU tasarım çözümleri serisinde SKLOR ile kapsamlı bir işbirliği içerisindeler.

Buzdolabı kompresörü invertör panosu şemasını tasarlamak için GD32F130 serisi MCU'yu kullanma

Buzdolabı kompresörü invertör şemasına genel bakış

Bu makalede tanıtılan frekans dönüşüm kartı, buzdolabı kompresörlerinin frekans dönüşüm kontrolü için kullanılabileceği gibi, davlumbaz ve klimaların frekans dönüşüm kontrolü için de kullanılabilir. Şema, GigaDevice'ın GD32F130 serisi MCU tasarımına dayanmaktadır. MCU, yazılım aracılığıyla PI kontrolü, SVPWM jeneratörü ve motor durum gözlemcisi gerçekleştirebilen Cortex-M3 çekirdek ile donatılmıştır; gelişmiş bir zamanlayıcı, 6 kanallı tamamlayıcı ölü bölge ayarlanabilir PWM'yi doğrudan üretebilir. Çip, endüstriyel sınıf çalışma sıcaklığı, ESD ve EMI standartlarını karşılar ve PMSM, BLDC değişken frekanslı hız kontrolü için oldukça uygundur.

GD32F130 serisi MCU ana özellikleri

Cortex-M3@48Mhz, 50 MIPS işlem performansı;

Flaş: 64KB/32KB/16KB;

SRAM: 8KB/4KB/4KB;

Yüksek hızlı, yüksek hassasiyetli ADC, 12Bits ADC x 1@2.6Msps, 10 kanal;

Ayarlanabilir ölü zamanlı 1 tamamlayıcı PWM çıkışı üretebilen gelişmiş zamanlayıcı x6. genel zamanlayıcı x6;

Donanım şifreleme korumasına sahip Flash;

Çeşitli seri iletişim yöntemleri: I2C x2, SPI x2, UART x2;

Zengin paket türleri: TSSOP20/ QFN28/ QFN32/ LQFP32/ LQFP48/LQFP64

Endüstriyel sınıf çalışma sıcaklığı aralığı: -40°C~+85°C;

Endüstriyel sınıf ESD özellikleri: 6000 Volt;

İnvertör panosunun ana özellikleri ve parametreleri

Nominal çıkış gücü 200W, 310V veri yolu voltajı, maksimum çalışma akımı 2A;

Manyetik alan odaklı yöntem, sinüs dalgası akımı, sensörsüz başlatma ve kontrol;

3 Direnç akımı örneklemesi;

İnvertör devresi 6 Güç MOSFET'inden oluşur;

Motor kontrol sisteminin kontrol blok şeması aşağıdaki gibidir:

MTPA'nın uygulanması

Sistem blok şemasında gösterildiği gibi, sistemin tamamı çift kapalı döngü kontrolüdür, iç döngü bir akım kontrol döngüsüdür ve dış döngü bir hız kontrol döngüsüdür. Rotor manyetik akı yönünü d ekseni olarak ayarlayın; q ekseni, d ekseninin dik eksenidir; akım döngüsünün kontrol amacı, stator akımı ile manyetik akıyı ayırmak ve stator akımını q eksenine göre kontrol etmektir.

SPM motoru için, d ekseninin hedef kontrol değeri kimliğini 0'a ayarladık ve Amper Başına Maksimum Torku (MTPA) elde etmek için statordaki q eksenine giden tüm akımı kontrol ettik. Şu anda PMSM motorunun torku ve hızı yalnızca q ekseninin mevcut bileşeniyle ilgilidir. Daha sonra çift kapalı döngü kontrolü elde etmek için hız kontrol döngüsü aracılığıyla d eksenindeki akımı kontrol ediyoruz.

Gerçek çalışmada SPM motorunun yapısı ideal olmadığından d eksenindeki gerçek akım 0 değildir; Aynı zamanda, motorun Temel hız çalışmasını aşmasını sağlamak için d eksenindeki akımı da bilinçli olarak kontrol edeceğiz; şu anda MTPA'nın gerçekleştirilmesini sağlamak için d eksenine alan zayıflatma kontrolörü eklememiz gerekiyor. SPM motoru çalışırken vektör diyagramı aşağıdaki gibidir:

FOC'un uygulanması

PMSM motorunun gerçek kablolamasında a, b, c üç fazlı akımlar vardır. Şimdi a, b ve c üç fazlı akımlarını D ekseni akımı ve Q ekseni akımına bağlamamız gerekiyor. Clark ve Park'ın iki matematiksel dönüşümünü kullanmamız gerekiyor:

? Clark dönüşümü: (a, b, c) → (α, β), α, β iki fazlı ortogonal sabit koordinat sistemleridir;

?Park dönüşümü: (α, β)→(D, Q), D, Q iki fazlı ortogonal dönen bir koordinat sistemidir, burada θ rotor manyetik akı konumudur;

Clark ve Park'ın iki matematiksel değişikliği aracılığıyla, PMSM motorunun a, b ve c üç fazlı akımlarını D ekseni ve Q eksenine ayrıştırabilir ve böylece Alan Odaklı Kontrolü (FOC) gerçekleştirebiliriz. Ayrıca tüm FOC kontrolünün kilit noktasının rotorun manyetik akı konumunu θ bulmak olduğunu da bulabiliriz.

SVPWM'nin uygulanması

Stator akımını D, Q uzayından α, β uzayına dönüştürmek için ters Park dönüşümünü de kullanabiliriz. Manyetik alan yönlendirmesi tamamlandıktan sonra PMSM motor kontrolünün son adımı, motorun üç fazlı terminallerine etki eden PWM voltajının üretilmesidir. Üç fazlı eviricinin 8 anahtarlama durumuna göre uzay vektör modülasyonlu evirici durum tablosunu şöyle sıralayabiliriz:

Bunlardan A, B ve C'nin üç fazının da 0 ve 1 olması geçersiz bir durumdur. Bu iki durum vektörünü uzayın orijinine yerleştiririz ve geri kalan 6 vektör durumu U0→U300 uzayda düzgün bir altıgen çizer. Motoru kontrol etmenin geleneksel 6 adımlı yöntemi, bu 6 voltaj vektörünü sırasıyla motorun stator ucuna eklemektir.

Uzay vektör modülasyonunun (SVPWM) amacı, vektör uzayında 360 derecelik eşit genlikli dönen bir voltaj vektörü oluşturmak, böylece invertör tarafından çıkan mevcut harmonik bileşenleri azaltmak ve tork dalgalanmasını azaltmaktır. SVPWM'nin uygulama yöntemi, vektör uzayında dönen voltaj vektörü Uout'u sentezlemek için iki bitişik temel voltaj vektörünü kullanmaktır ve Uout'un maksimum değeri yaklaşık 0.886*VDC'dir. Örnek olarak ilk çeyreği alırsak,

Bunlar arasında T1, bir PWM döngüsündeki U0 gerilim vektörünün etki süresidir, T2 bir PWM döngüsündeki U60 gerilim vektörünün etki süresidir ve T0 sıfır dizi bileşeninin etki süresidir.

Sektör sektörünü belirlemek için öncelikle V_α ve V_β değerlerini kullanıyoruz, ardından trigonometrik fonksiyona ve Vdc değerine göre T1, T2 ve T0 değerlerini hesaplıyoruz.

A= V_β;

B= 1.7320508*V_a-V_β;

C= -1.7320508*V_a-V_β;

if(A>= 0) {a= 1;} else a= 0;

if(B>= 0) {b= 1;} else b= 0;

if(C>= 0) {c= 1;} else c= 0;

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

anahtarı(N)

{

durum 1: sektör = 2; kırmak;

durum 2: sektör = 6; kırmak;

durum 3: sektör = 1; kırmak;

durum 4: sektör = 4; kırmak;

durum 5: sektör = 3; kırmak;

durum 6: sektör = 5; kırmak;

varsayılan: ara;

}

İnvertör devresindeki MOSFET'lerin anahtarlama sürelerini azaltmak için, her vektör sektöründe sıfır vektör (7) ile başlayıp biten, vektör sektöründe sıfır vektör (000) ile başlayan ve biten 111 bölümlü uzay vektör sentez yöntemi kullanılabilir. ortada ve geri kalan zamanda geçerli vektörle. Aşağıda gösterildiği gibi:

PMSM motorunun üç fazlı terminallerine SVPWM voltajı uygulandıktan sonra, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi eyer şeklindeki faz voltajı dalga formu görülebilir:

Rotor Açısı Gözlemcisinin Uygulanması

Rotor manyetik akısının θ konumunu bulmak FOC algoritmasının anahtarıdır, ancak motorun yüksek hızlı dönmesi sürecinde Hall sensörünün doğruluğu, rotor manyetik akısının θ konumunu doğru bir şekilde bulmak için yeterli değildir. . Bu durumda bir rotor açısı gözlemcisine ihtiyaç vardır. Rotor manyetik akısının açı bilgisi arka EMF'den elde edilebilir. Motorun arka EMF'sini doğrudan ölçemeyiz ancak arka EMF'nin değeri gözlemci yöntemiyle hesaplanabilir.

Gözlemci akımı ile gerçek akım arasındaki hata değeri kayan kipli kontrol yüzeyi S olarak seçilir,

Eğer kayan kipli kazanç K yeterince büyükse, kayan kipli kontrol yüzeyi S'yi şöyle bulabiliriz:

Kayma kipli gözlemcinin sistem blok şeması aşağıdaki gibidir:

Kayma kipli kontrol yüzeyi S'nin kararlılığını sağlamak istiyorsak, bunu sağlayacak etkin K ve l değerlerini seçmemiz gerekir.

Ve l değerinin -1'den büyük olması gerekir. Son olarak, rotorun açısı θ arktanjant fonksiyonu ile hesaplanabilir.

GD32F130 serisi MCU, yukarıda belirtilen SVPWM jeneratörünü, Park/Clark dönüşümünü, PI kontrol cihazını ve rotor konumu gözlemcisini kolaylıkla uygulayabilir. MCU'nun yerleşik yüksek hızlı ve yüksek hassasiyetli SAR ADC'si ve çok seviyeli kesme sistemi, kapalı döngü kontrolünün gerçek zamanlı performansını sağlayabilir.

GD32F130 Buzdolabı invertör panosu

ön görüntü

görüntüyü ters çevir