高成本效益的AC感應電機轉(zhuǎn)差控制優(yōu)化方案

　　AC感應電機控制算法

　　目前有兩種基本的AC電機控制算法：速度控制和轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)差控制算法用于轉(zhuǎn)矩控制，通過控制相電流和轉(zhuǎn)差頻率兩個方面(圖2)來實現(xiàn)。這種算法利用PWM對電壓進行調(diào)節(jié)，以維持所需的轉(zhuǎn)差頻率。為了提供最佳的轉(zhuǎn)差控制性能，電機的電流和速度反饋提示軟件對變化的條件進行補償。而檢測采樣速度和計算瓶頸會減弱對速度及電流變化的響應，因此限制系統(tǒng)的響應能力和效率。

　　我們把所需轉(zhuǎn)矩值饋入到所示的實例系統(tǒng)中。當轉(zhuǎn)差頻率固定時，可通過增大電流來提高轉(zhuǎn)矩。同樣地，當電流恒定時，增加轉(zhuǎn)差頻率便可提高轉(zhuǎn)矩。為了基于所需轉(zhuǎn)矩提供適當?shù)碾妷喉憫?，系統(tǒng)會執(zhí)行電流和轉(zhuǎn)差 LUT，向每一電流或轉(zhuǎn)差檢測值提供固定數(shù)值響應。

　　轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)差曲線由電機本身決定。因此，需要針對電機定制轉(zhuǎn)差 LUT。轉(zhuǎn)差控制算法不難實現(xiàn)，但生成轉(zhuǎn)差表就不那么簡單了，而其困難在于確定給定電流的轉(zhuǎn)差值。由于電機并非在轉(zhuǎn)矩最大時效率最高，因而它會試圖選擇低轉(zhuǎn)差頻率以獲得最大電機效率。然而，鑒于控制器的功耗與電流相關，故偏向每安培最大轉(zhuǎn)矩可能更有益。無論哪種情況下，轉(zhuǎn)矩曲線都應該針對應用量身定做。

　　在LUT表中，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)差曲線各參數(shù)的用戶專用程度和電機依賴程度都相當高。該表通常在用于微控制器存取的閃存中執(zhí)行。本地總線帶寬、閃存查找時間和微控制器的速度確定了系統(tǒng)的性能。

　　轉(zhuǎn)差優(yōu)化

　　通過直接控制轉(zhuǎn)差值或轉(zhuǎn)差頻率可以實現(xiàn)感應電機的最優(yōu)化控制。每個感應電機都有一個類似于圖1示例的特性曲線。對于最大轉(zhuǎn)矩 (擊穿點)、最大功率因數(shù)和最大電機效率，其轉(zhuǎn)差值都截然不同。一般而言，電機的額定轉(zhuǎn)差 (額定轉(zhuǎn)矩) 落在最大功率因數(shù)和最大效率之間的某個地方。轉(zhuǎn)差頻率 (電源頻率必需能夠滿足所需轉(zhuǎn)差要求) 的控制方法有多種。這樣的系統(tǒng)會采用一個速度傳感器來測量轉(zhuǎn)子頻率，并根據(jù)所需轉(zhuǎn)差值來確定電源頻率。其所需轉(zhuǎn)差值將取決于應用或系統(tǒng)的要求，例如，若應用關注重點為系統(tǒng)效率，則必需保持轉(zhuǎn)差頻率以獲得最大效率。

　　基于處理器的系統(tǒng)

　　AC感應電機可以采用基于處理器的實現(xiàn)方案，比如Microchip 公司的PIC微控制器、或者是飛思卡爾半導體公司的MC68H微控制器。這些處理器包含了用于LUT、ADC和PWM輸出的板載閃存。如上所述，這類系統(tǒng)的瓶頸源于控制算法的處理時間、LUT速度和總線速度。

　　混合信號FPGA系統(tǒng)

　　圖3所示系統(tǒng)采用了Actel公司的混合信號Fusion FPGA。該器件加入了非易失性存儲器 (閃存)和集成式模擬電路，包括眾多模擬單元和帶有多個模擬I/O的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，而在某些情況下，還有嵌入式CPU。