直流電機維修
電動車無刷電機超靜音控制器設計
時間：2011-9-6 11:15:26 來源：西安西瑪電機廠 作者： 點擊：
3．電流補償法減小電機的轉矩脈動
由于在低速大負載運行時，電機的旋轉反電勢很小，西安電機廠為了使電機的相電流不超過允許的最大值，PWM 占空比通常比較小，這使得換相后新的相繞組電流上升緩慢。圖3 中是電機換相時的電流仿真波形。電機兩相之間的電感為Lm=0.4mH,內阻Rm=0.28 歐姆（實際電機的參數）。采用AOS（萬代半導體）生產的AOT460 MOSFET 進行仿真。MOSFET 的PSPICE模型采用level3 等級。由圖3 中可以看出，如果PWM 占空比為30%，則電流由零上升到30A 需要約1.3ms。這與圖2a 中實測的波形相仿。為了使換相后電流迅速上升，我們可以使換相后PWM 占空比為100%來對電流進行補償，直到電流上升到換相前的電流值，這樣可以使換相電流的波動盡可能的小，時間盡可能地短。由仿真波形中I2 可以看出，電流上升到30A 的時間小于300us。
4．控制系統的設計
如何精準控制換相后的補償電流，即如何精確控制PWM100%占空比的時間是超靜音控制器設計的關鍵！這就要求控制系統的MCU 具有以下的特點：
1) 有很快的A/D 轉換速度，能夠在換相后連續快速采樣；
2) 能夠在PWM 的開通期間特定時刻觸發A/D 采樣；因為在PWM 逆變器帶感性負載的控制系統中，由于系統的一些寄生參數導致PWM 在開通和關斷期間電機的相線上出現振鈴（如圖4 所示），這些振鈴會耦合到A/D 采樣的回路中，因此我們應避開在PWM 開關過程中進行A/D 采樣。如果我們在PWM 開通期間的中點觸發電流采樣，我們將會得到電流的平均值，這將有利于我們對電流補償的控制。
事實上，找到這樣的MCU 并不難，譬如英飛凌的馬達專用控制芯片XC866，CYPRESS 的片上可編程控制芯片CY8C24533 等。XC866 的A/D 轉換速度可以達到2us 以內，加上程序的執行時間，一次A/D 轉換需要的總時間在8us 以內，以這樣的時間間隔來判斷電流補償是否完成已經足夠。CY8C24533 是CYPRESS 專為電機控制開發的帶高速A/D 的芯片，其SAR8 轉換速度可以達到3us 以內，加上其自動對齊觸發A/D 模式，可以在PWM 的任意時刻觸發電流A/D 采樣，我們也很容易實現對電流的精準控制。
圖2b 是采用XC866 控制芯片的系統在經過上述方法優化后測得的換相電流波形，由圖2b 可以看出，換相時的電流脈動基本消除，直流電機的相電流基本接近方波。用了這套控制系統的電動車，起步加速以及運行時的電機震動已基本消除，實現了超靜音控制器的設計。
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