电机效率高有什么好处（什么是电机效率）

工程师苗小兵

高级FAE工程师

电力电子与电力传动专业硕士研究生。他是一名从事电力控制工作20多年的工程兵。拥有多年电机驱动和电力控制经验，专注于电力电子控制方向。

概述

随着我国经济的不断发展，工业、交通、建筑等各个领域对电力的需求不断增加，而这些领域的电气设备主要是各种电机。在我国目前的电力系统中，电机总装机容量已超过6亿千瓦。为促进节能减排目标的实现，2006年制定了国家标准GB18613-2006，将中小型电机能效等级分为一级（超高效电机）和二级（高效电机）、3级（标准电机）、3级能耗标准。国家能源标准的实施进一步促进高效产品的发展。响应国家节能要求，对电机驱动也提出了更高的要求。驱动效率低不仅会增加系统能耗，还会增加散热成本，甚至会增加体积和重量，导致产品质量下降。

当前带宽

电机控制器损耗主要包括功率开关器件的导通损耗和开关（开通和关断）损耗。导通损耗与电机功率和开关器件选择有关。要降低导通损耗，就只能采用性能更高的功率开关管，这必然会大幅增加成本。限制开关频率是在不增加系统成本的情况下提高效率的最佳方法。计划。

降低开关频率将不可避免地影响电机驱动器动态性能的另一个关键指标：带宽。伺服控制系统的带宽表示系统对输入命令（位置、速度或扭矩）变化的响应速度。

系统中的每个控制环路都有自己的带宽，在级联的控制环路中，最里面的环路（电流控制）应该具有最高的带宽。下一个环路（速度控制）将具有较低的带宽，并且在某些应用中，速度环路带宽可能比当前环路带宽低一个数量级。最外层环路（位置控制）的带宽可以比速度环路低一个数量级。

最优策略

目前常见的220V电压舵机的开关频率约为8-16kHz，大部分工作在8kHz。从算法上来说，我们希望在不增加开关频率的情况下尽可能增加电流带宽。根据奈奎斯特定理，理论电流带宽可达开关频率的1/2。

增加当前带宽和优化效率会产生冲突。

目前最好的办法是采用中心对齐PWM分别校正前半波和后半波的占空比，使单个载波可以两次调整占空比，以增加电流带宽。通过hpm6200的高计算能力，整个电流环计算可以在1us内完成。 PWM比较器寄存器可以在电流采样完成后立即更新，达到计算和更新的高效控制效果。

如何实现

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多电机同步

HPM6280拥有丰富的外设资源，最多可支持同时驱动4个电机的控制。下图显示了4个电机通过SYNT定时器的同步。各电机的PWM异相90，功率管开关力矩均匀分布在一个周期内。

SYNT定时器有四个同步比较器，输出的四个同步信号通过四个电机单元的互连管理器发送到各自的PWM模块的同步输入端。

脉宽调制中心对齐

PWM控制器支持28（24+4）位分辨率计数器，并支持向上计数模式。最多可使用24个比较器作为输出比较，并可灵活为每个输出通道分配不同数量的比较器，灵活控制输出信号，产生边沿对齐PWM、左右不对称中心对齐PWM以及更复杂的输出信号。

下图是在通道0 (CH0REF) 和通道1 (CH1REF) 输出上生成中心对齐相移PWM 的示例。

下图显示了中心对称函数和相应的配置。

PWM双更新触发

影子寄存器控制是当CPU访问一个寄存器时，本质上改变的是它的影子寄存器，新的值并不立即生效。仅在指定时刻，影子寄存器的值才会更新到寄存器影子寄存器中。这样可以保证时序控制时PWM 动作的一致性，并防止异常情况下的数据更新，从而导致输出毛刺和波形异常。

更新比较器影子寄存器有四种选择：软件设置SHCR[SHLK]位为1生效，实时生效，定时器的某个CMP匹配时生效，影子寄存器重载触发输入SHRLDSYNCI生效。

PWM 双更新使用两个配置为中心对齐模式的比较器。一组PWM输出占用两个比较器，分别工作在PWM周期的前半波和后半波。其中，前半波阴影比较器的更新条件为重载触发输入SHRLDSYNCI，后半波阴影比较器的更新条件为CMP匹配发生后生效。

验证匹配的比较器，并将所选比较器的值设置为cycle/2，以达到半个PWM周期后更新影子寄存器的目的。在中心对齐模式下，两个比较器分别在cycle/2和cycle中更新。

ADC双更新

ADC16支持的转换模式包括：支持读转换模式、支持周期转换模式、支持顺序转换模式、支持抢占式转换模式。其中，抢占转换模式支持12组抢占转换序列。触发信号来自芯片的片内互连模块，共有12个抢占触发源，适合多电机同步触发。

通道8 的PWM 参考输出通道15 的参考可用于触发ADC 转换。电源切换期间，ADC 转换会受到开关噪声的干扰。建议在ADC 转换期间使用PWM 中心对齐周期和period/2。

当多台电机同步触发ADC时，需要避免多台电机同时触发同一个AD转换，导致转换失败。

概括

综上所述，我们可以得出以下结论：

HPM6200有4个PWM模块，可实现1对4电机控制。

HPM6200具有高速计算能力。通过PWM双闭环控制，电流环带宽可以达到载波频率/2。通过在不增加开关频率的情况下增加带宽，可以实现1us电流环控制，达到计算和更新的高效控制效果。

ADC双采样结合PWM双更新，可以让仙机HPM6200系列产品在伺服系统高效节能应用中更明显地发挥优势。