电机控制中载波频率是非常重要的因素,其值不能设定太高,同样也不能设定太低,通常载波频率设定与五个因素有关:基波频率、硬件限制、谐波电流、内部软件的实现、功率模块温升,这期主要讲讲与这几个因素有关的原因。
1载波频率与什么有关?
载波频率的选择与基波频率、硬件限制、谐波电流、内部软件的实现、功率模块温升有关:
1.1、基波频率:
由电机转速公式可以计算基波频率为:
其中f表示电机频率,P表示极对数,n表示电机转速。 假设4对极电机运转在3000rpm时,其基波频率f为:
在实际控制中要取载波频率为基波频率的10倍以上,也就是200Hz,载波频率要为2KHz以上。
1.2、硬件限制:
功率模块有推荐的最大载波频率限制,如三棱的IPM最大的PWM控制输入信号频率为20KHz,如图1-1所示:
图1-1 IPM最大PWM输入频率
1.3、谐波电流:
谐波电流过大时,会造成转矩输出脉动,同时电流采样不准确,甚至造成电流环环路控制不稳,产生异常。 谐波电流的大小与载波密切相关,载波频率越大谐波越少,提高载波频率有利于降低谐波电流,谐波电流的计算公式为:
当载波频率设定在16KHz时,电机的电感为56mH,母线电压时310Vdc驱动的电机,使用SVPWM空间矢量调制,谐波电流的大小可以通过计算得出19mA到38mA之间,其计算如图1-2所示:
图1-2 谐波电流计算值图
1.4、内部软件的实现:
从上分析来看提高载波频率是有利于电机控制效果的,但是也是不能无限制提高,从软件角度触发受到:MCU晶振频率、FOC程序执行时间、电流环带宽。
MCU使用DSP的运行频率为200MHz,FOC要在PWM周期内运行结束,载波频率越高,其要求MCU性能就越高,同时,载波频率越高能够实现电流环的控制带宽越高,相反,越低,能够实现电流环的控制带宽越低。
1.5、功率模块温升:
功率模块运行过程中的损耗包括开关损耗和导通损耗,损耗越大,则发热量越大; 而开关损耗就与载波频率密切相关,载波频率越小,开关损耗就越小,发热量就越小; 载波频率越大,开关损耗就越大,发热量就越大。