载波频率是电机控制中非常重要的因素。它的值不能设置得太高,也不能设置得太低。通常,载波频率的设置与五个因素有关:基波频率、硬件限制、谐波电流、内部软件实现和电源模块温升。本期主要讲一下与这些因素相关的原因。
关键词:载波频率;
1载波频率与什么有关?
载波频率的选择与基频、硬件限制、谐波电流、内部软件实现、功率模块温升有关:
1.1.基频:
基频可由电机速度公式计算得出:
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极电机以3000rpm运行,则其基频f为:
实际控制时,载波频率应大于基频的10倍,即200Hz,载波频率应大于2KHz。
1.2.硬件限制:
电源模块有建议的最大载波频率限制。例如,三棱IPM的最大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:
当谐波电流过大时,会引起转矩输出脉动,同时电流采样不准确,甚至导致电流环控制不稳定而产生异常。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减少谐波电流。谐波电流的计算公式为:
当载波频率设置为16KHz时,电机电感为56mH,母线电压为310Vdc,采用SVPWM空间矢量调制驱动电机。经计算,谐波电流的大小在19mA至38mA之间。计算结果如图1-2所示:
图1-2 谐波电流计算值图
1.4.内部软件的实现:
由以上分析可知,提高载波频率有利于电机控制效果,但不能无限制地提高。从软件角度来看,触发受以下因素影响:MCU晶振频率、FOC程序执行时间和电流环路带宽。
使用DSP的MCU的工作频率为200MHz。 FOC 必须在PWM 周期内运行。载波频率越高,对MCU性能的要求越高。同时,载波频率越高,可以实现的电流环控制带宽越高。反之,电流环所能达到的控制带宽越高,所能达到的控制带宽就越低。
1.5.电源模块温升:
电源模块工作过程中的损耗包括开关损耗和传导损耗。损耗越大,发热量越大;开关损耗与载波频率密切相关。载波频率越小,开关损耗越小,发热量也越大。小的;载波频率越大,开关损耗越大,发热量也越大。