精选直流无刷马达精选直流无刷马达风机控制系统风机控制系统设计设计 1919 个问题与解答个问题与解答风机作为一种辅助生产器械, 广泛应用于家庭、船舶、矿井、隧道等场所的排风、除尘与 冷却; 空调设备和家用电器的冷却与通风; 锅炉的通风和引风. 近年来, 高性能、高效率以 及智能化控制的风机越来越受到各行业的重视, 其途径之一为采用高性能的电机以及相应 控制系统. 本文精选英飞凌技术社区英飞凌技术社区里关于风机应用直流无刷马达风机控制讨论贴精化， 希望对工程师有用。 问：什么是所谓的“风力旋转保护” 答：所谓的“风力旋转保护”，是存在的一个电机反电压吗？ 如果风机在工作的时候，风力致使风机堵转或者过流保护了，(整个系统应该是断电了吧）,那 么怎么实现的风力保护呢？ 新手，不要见笑“风力旋转保护”是在电机停止运行时，由于外部的风力使得电机旋转， 从而电机产生反电动势电压，此反电动势电压会通过逆变电路反馈到直流母 线上，当电压高于一定电压值时，主控电路会获得供电而工作，通过MCU 的ADC采样电机反 电动势电压，以达到“风力旋转保护”目的 问：什么是磁场定向控制（FOC）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术。 答：1.磁场定向控制是一种可使电机在任何速度下平稳、高效地运行的技术。它能够确 保电机在任何时候都可以最佳的扭矩高效地运行；出色的动态响应可以实现精准的速度变 化控制（对洗涤程序周期的各个阶段进行控制）；低扭矩波动可使电机在运行、起动和停 止操作时，保持平稳运转。通过在8位XC886和XC888（详见：XC800系列技术论坛）产品家 族实现该技术，英飞凌将FOC 电机控制解决方案应用到成本敏感型的家电设备上，一般情 况下，需要16 位或32 位微控制器或数字信号处理器（DSP）来处理复杂的三角运算。与这 些解决方案相比，英飞凌的8 位XC886/8 家族只需大约50%的电子材料成本，即可提供所有 磁场定向控制优势。XC886 通过采用执行旋转和定标运算的16 位矢量计算机，大大提升了 计算性能。加上脉宽调制单元CapCom6E和快速8通道10位数模转换器，可解决在8051兼容微 控制器上采用磁场定向控制技术所面临的挑战。2.空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation) 是已被应用于变频器、UPS、无功补偿器等领域的_新技术。电 力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，为变频器技术日趋成熟准备了条件，先进的 SVPWM 技术在此环境下应运而生。变频器的SVPWM 算法与其拓扑结构有着密切的联系，因 此必须根据变频器拓扑结构的不同，选取相应的控制算法。SVPWM 将逆变器和电动机看成 一个整体，建立逆变器开关模式和电机电压空间矢量的内在联系，通过控制逆变器的开关 模式，使电机的定子电压空间矢量沿圆形轨迹运动，从而明显降低转矩脉动，与传统的 SPWM 相比，其开关器件的开关次数可以减少1/3，直流电压的利用率可提高百分之15，能 获得较好的谐波抑制效果，且易于实现数字化控制。常用的三相电压源逆变主电路结构下 图所示SVPWM 的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆 为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM 波，以所形成的实 际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频 调压的正弦波电源，而SVPWM 方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较 简单，也便于微处理器的实时控制。电机理想的供电电压为三相对称正弦波。 问：请问如何计算开关器件驱动的峰值电流？如何来选定驱动器件呢？ 答：功率开关驱动器件的峰值电流，通常选取平均电流值的11.5 倍。如平均电流为 5A，则选取峰值电流为10A 左右。 问：请问“风力旋转”保护功能电路，是使用运算检测电路吗？有MCU 算法支持吗 答：没有用OP 电路，是用MCU 的ADC采样反电动势电压判断的，是需要MCU 算法支持。问：在家电应用中，选用的BLDC 多为低价的带齿槽效应的电机。带齿槽效应的BLDC 的 纹波转矩较大，会造成电机低速运转的转速波动较大。 请问贵司有没有好的解决办法？ 答： 在正弦波方式驱动的控制方式下，电机速度在10rpm 会有抖动，请问有什么好的控制算法， 可以使电机在低速（比如：5rpm）仍能平稳运 行。 电机参数如下： 这是您需要的电机参数， 电机相间电感（L）：0.574mH 电机相间电阻（R）：0.21ohm 电机额定电流（I）：16A 电机额定转矩（T1）：5N.m 电机转动惯量（J）：1.01 X 10-3 Kg.m 电机扭矩常数（Kt）：0.321 Nm/A 电机电压常数（Ke）：33.6V/Krpm 电机机械时间常数：0.9 ms 电机堵转电流（I）：30 A 电机堵转扭矩（T）：10.0Nm 电机额定转速（n）：5200rpm 电机最大转速（n_max）:6000rpm 电机极数（poles）：8 级（极对数4） 电机码盘线数：2500PPR 问：请问对于在BLDC 控制时，需要注意那些方面？ 答：相电感很低的BLDC，因其电感较小，其磁链也较小，在低速时纹波转矩会较大，表 现为低速不平稳，还会造成电机发热较大。经试验通过提高PWM 频率有一定的改善，但效 果不太大。换相时进行相电流补偿，可改善。 问：在SVPWM 控制算法中，开关管都有个电压零矢量状态，即要么上桥臂都开通，要么 就是下桥臂都开通，这个电压零矢量的作用是什么？电压零矢量状态时相当于电机三相短 接，相当于短接制动，难道不会对运动控制产生影响么？ 答：电压零矢量状态时是三路断开状态. 问：能详细讲一下方案中的“相位超前功能”吗？ 答：就是弱磁控制方式 问:磁场定向控制（FOC）算法和空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法在SAF-XC836M 中资源 占用情况如何？ 答: 资源占用80% 问: 三相不平衡保护是怎么检测的，能详细讲讲吗 答: 三相电机固有的特性相电阻Rw = Ru = Rv ，由于电机在正常旋转时相电流Iu Iv Iw 满足相加的和为零关系，若不为零则软件可以判断成不平衡。也可以用三输入的加法器硬 件实现，三相不平衡c_C_r_e_a_t_e_时加法器就有输出学习了。那这样的话，就只能检出 不平衡，而不能判断出哪相或哪几相有问题。进一步说，如果在异常情况下（相位超前或 滞后，相电压变化），也有可能出现虽然实际三相不平衡，但用上面的方法却判断不出来。 当然，这种情况比较极端。当然，这种检测方法简单，成本低。 另外问个相关问题，用这种检测方法，检测出不平衡后，只能告警停机吧。问: PCB 板中应该有产热元件，我们有什么特殊的散热措施吗？ 答: PCB 板上的发热器件主要是IGBT，散热处理主要是两个方面：一是通过覆铜和过孔 进行散热，二是在IGBT 上加散热片进行散热。 问在降噪方面有什么优良的措施可以大家学习一下吗？ 答:我们的系统采用的是具有正弦型反电动势的永磁同步电机，通过FOC 的矢量控制，使 得输入的正弦相电压和定子相电流可以产生稳定的输出力矩，因而本身就具有低噪声的特 点 问1.请问贵公司所谓【紧急停机保护电路】有什么特点？2.会增加成本吗？这个【紧急 停机保护电路】是否要有应用大量机械继电器？ 答: 紧急停机保护电路是通过硬件实现的，主要是通过采样直流母线电流控制驱动芯片 进行停机保护，具有可靠性好，响应快（无需CPU 执行），当然后续驱动芯片也会给MCU 指令停止PWM 的输出。对于成本影响很小，不需要应用机械继电器。 问1.贵公司主推变频油烟机对直流无刷电机有什么要求和算法吗？2.直流无刷电机技术 不是一般公司都能制造的。会有推荐参考厂家品牌吗？ 答: 目前我们用的是稀土永磁同步电机（PMSM），对电机的要求比带霍尔的电机要求要 低一些（安装霍尔需要准确的对准和一致性），算法对电机也没什么特殊的要求。关于电 机厂家的品牌涉及到公司的采购供应链，不便告知 问1.单电流采样电阻一般采用精密电阻吗？2.采样电阻一般采用几个毫欧级电阻？3.采 样电阻是怎样计算的获取的 答: 关于采样电阻使用千分之一的就可以了，目前我们用的是0.02 欧姆的，它的取值一 般是通过允许的最大电压除以流过的最大电流来计算的。 问1、无霍尔的简要原理如何解释？2、直流相比交流控制的优点有啥？ 答:1，不使用霍尔传感器，通过检测UVW 三相反电动势，与端电机或中性点电压比较， 获得转子的位置信息，实现正确换相。详细的理论请参考链接 2，直流控制与交流控制比较广义，我想问者的意思可能是：方波控制与正弦波控制的对比 方波控制：理论简单，实现起来容易，方案成本低，但存在转矩脉动，换相噪声 正弦波控制：理论比较复杂，实现起来周期长，成本比较高一些，但是无转矩脉动，噪音 低 以上是自己的一点看法，有不合理的地方，请给与纠正 问: 本方案中无刷直流电机在控制噪声方面有什么优良措施可以大家学习一下吗？ 答: 1，选好BLDC，一是不同厂家的电机，质量参差不一，工艺水平相差很多；二，电机 类型，如极对数等等都影响噪音。选好电机是降低噪音很重要的一步.2，高的开关调制频 率，有助于降低电磁噪音3，补偿修正过0 点，软件刎除错误过0 点.无刷电机方波控制理 论本身就存在着转矩脉动，转矩步进角60 度电角度，就会有一定的电磁噪音，要想进一步 降低噪音，可以使用正弦波控制方法 问: 这款芯片是否可以跑系统？如何处理PWM 死区？ 答: 主要做工业控制方面的应用，系统没有跑t_l_e_ _=_ _过。对于方波控制，上下 桥臂切换相差60度电角度，可以不用考虑死区问题，如果采用180 度正弦波方案， 死区是必须的，英飞凌单片机是通过电机控制单元中的定时器T12 产生死区时间，操作非 常方便。 问: 主推方案有几种电路保护模式，据我所知，一般都是在电源加PPTC 之外，电路短路 有什么保护应用电路？请赐教？有专用复位电路吗？ 答: 一，方案中主要有以下几种保护电路：欠压保护，过压保护，过流保护，电机断线 检测。二，因方案低成本，PPTC 用不起，过流保护主要采用：1，电源加快熔保险丝，2，电阻采 样电机母线电流+XC836（XC800 系列单片机各种功能、例程、使用汇总贴系列单片机各种功能、例程、使用汇总贴）硬件强制关断 +6ED 硬件强制关断 6 路调制信号输出。 三，没有专用的复位电路，英飞凌单片机XC836 内部复位，根据客户反馈和自己的使用经 验，英飞凌单片机的复位系统比较可靠，不需要专用的复位电路 问: 过零检测外围电路是一个什么概念电路？此过零检测是否要控制算法支持 答: 方波无刷电机方案：其很重的一步就是过零检测，它通检测三相的反电动势过0 点， 来获得转子的位置信息，进而实现正确换相。 过 0 检测算法很简单，或者也称不上算法，可以通过硬件实现，也可通过软件实现，本方 案采用的是硬件方法。 若使用 AD 采样，用软件的方法实现时，只要比较非导通相与母线电压的一半，若相等， 即过 0，等待 30 个电角度后，进行换相。