基于MC68HC908MR24的低成本三相交流電機(jī)控制系統(tǒng)
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這是一個(gè)建立于摩托羅拉的專門(mén)應(yīng)用于電機(jī)控制的MC68HC908MR24單機(jī)基礎(chǔ)上的低成本三相交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)例。可適用于風(fēng)扇、壓縮機(jī)、泵、空調(diào)或其它類型的應(yīng)用中。在此類應(yīng)用時(shí),系統(tǒng)的總成本是基本的要求而并不強(qiáng)求電機(jī)具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性。
系統(tǒng)概念
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于在速度閉環(huán)回路下驅(qū)動(dòng)三相交流電機(jī)。根據(jù)所期望的應(yīng)用環(huán)境,壓/頻（V/F）控制算法是*選擇。這是因?yàn)槠渌目刂品椒ú贿m合于低成本交流驅(qū)動(dòng)。速度傳感器的應(yīng)用使得系統(tǒng)具有更好的速度驅(qū)動(dòng)精度。
圖2所示為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括如下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制板;三相轉(zhuǎn)換器;反饋傳感器,包括電機(jī)速度、直流總線電壓、總線電流和過(guò)流狀態(tài)測(cè)量;光電隔離器,用于功率驅(qū)動(dòng)模塊與單片機(jī)之間;電源。
硬件設(shè)計(jì)
單片機(jī)控制板
摩托羅拉單片機(jī)MC68 HC908MR24通過(guò)讀取速度指令和反饋信號(hào)控制整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的算法,產(chǎn)生功率器件的PWM信號(hào),以及用戶界面的各種狀態(tài)信號(hào)等。這種單片機(jī)僅需很少數(shù)量的外圍器件即可。
三相轉(zhuǎn)換器
三相轉(zhuǎn)換器組成了系統(tǒng)的功率推動(dòng)部分,其功能是用于將單片機(jī)產(chǎn)生的5VPMW信號(hào)轉(zhuǎn)換為能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高電壓控制脈沖。在本設(shè)計(jì)方案中,選用了帶有續(xù)流二極管的IGBT（隔離門(mén)雙極晶體管）,它具有良好的電流和高頻特性,可使設(shè)計(jì)者利用高于人耳音頻范圍之上的16-20KHz的PWM脈沖來(lái)有效地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
反饋傳感器
為使系統(tǒng)正常工作,必須具備能正確反應(yīng)出直流總線電壓,直流總線電流和電機(jī)速度的反饋信號(hào)。
直流總線電壓用于提供過(guò)壓保護(hù)信號(hào),可用電阻分壓實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的電壓傳感器。直流總線電流用于提供過(guò)流保護(hù)信號(hào),而且在控制算法中也需用到直流總線電流值。電流的測(cè)量方法可在直流總線的電線回路上串入電流感應(yīng)電阻。對(duì)于過(guò)流保護(hù),可用一個(gè)比較器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)出錯(cuò)信號(hào),可用一個(gè)比較器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)出錯(cuò)信號(hào),并將其連到單片機(jī)PWM單元的出錯(cuò)輸入腳。
對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),速度傳感器是必須的。交流測(cè)速儀可感測(cè)電機(jī)的實(shí)際速度。交流測(cè)速儀提供的是一種交流正弦波,其頻率與電機(jī)速率成正比,且正弦信號(hào)可用一方波電路進(jìn)行濾波,將其轉(zhuǎn)換成具有邏輯電平的方波,然后將方波信號(hào)輸入到單片機(jī)的定時(shí)器輸入捕捉單元中。
光電隔離為系統(tǒng)中控制部分和功率部分提供了電流隔離。六個(gè)光耦合器用以隔離電機(jī)控制PWM信號(hào)。而且,為保證可靠性,安全性和避免電線噪聲,所有的反饋信號(hào)（包括電壓,電流）都必須采用光電耦合器或光電隔離放大器進(jìn)行隔離。
軟件設(shè)計(jì)
電機(jī)控制任務(wù)按以下方式完成：根據(jù)所要求的速度要求計(jì)算出加速和減速斜率,電機(jī)實(shí)際速度同時(shí)由轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得。速度控制器根據(jù)速度誤差信號(hào)（實(shí)際速度與要求的速度之差）產(chǎn)生電機(jī)頻率,使電機(jī)速度接近要求。這樣,在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),電機(jī)實(shí)際速度就等于要求的速度,壓頻算式按照頻率產(chǎn)生相應(yīng)的電壓值,然后由PWM模塊產(chǎn)生六個(gè)輸出信號(hào)并傳送給功率驅(qū)動(dòng)部分。
在電機(jī)減速階段需要檢測(cè)直流總線電壓以防止過(guò)壓,在必要時(shí)要進(jìn)行保護(hù)功能。
整個(gè)驅(qū)動(dòng)要對(duì)電機(jī)控制錯(cuò)誤進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)內(nèi)要測(cè)量以下錯(cuò)誤信號(hào)：直流總線過(guò)壓;直流總線欠壓;電機(jī)過(guò)流。
如果以上任何一種錯(cuò)誤出現(xiàn),就必須關(guān)斷PWM輸出信號(hào)以保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的功率驅(qū)動(dòng)器件。
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