高成本效益的AC感应电机转差控制优化方案

AC感应电机控制算法

　　目前有两种基本的AC电机控制算法：速度控制和转矩控制。转差控制算法用于转矩控制，通过控制相电流和转差频率两个方面(图2)来实现。这种算法利用PWM对电压进行调节，以维持所需的转差频率。为了提供最佳的转差控制性能，电机的电流和速度反馈提示软件对变化的条件进行补偿。而检测采样速度和计算瓶颈会减弱对速度及电流变化的响应，因此限制系统的响应能力和效率。

　　我们把所需转矩值馈入到所示的实例系统中。当转差频率固定时，可通过增大电流来提高转矩。同样地，当电流恒定时，增加转差频率便可提高转矩。为了基于所需转矩提供适当的电压响应，系统会执行电流和转差 LUT，向每一电流或转差检测值提供固定数值响应。

　　转矩/转差曲线由电机本身决定。因此，需要针对电机定制转差 LUT。转差控制算法不难实现，但生成转差表就不那么简单了，而其困难在于确定给定电流的转差值。由于电机并非在转矩最大时效率最高，因而它会试图选择低转差频率以获得最大电机效率。然而，鉴于控制器的功耗与电流相关，故偏向每安培最大转矩可能更有益。无论哪种情况下，转矩曲线都应该针对应用量身定做。

　　在LUT表中，转矩/转差曲线各参数的用户专用程度和电机依赖程度都相当高。该表通常在用于微控制器存取的闪存中执行。本地总线带宽、闪存查找时间和微控制器的速度确定了系统的性能。

转差优化

　　通过直接控制转差值或转差频率可以实现感应电机的最优化控制。每个感应电机都有一个类似于图1示例的特性曲线。对于最大转矩 (击穿点)、最大功率因数和最大电机效率，其转差值都截然不同。一般而言，电机的额定转差 (额定转矩) 落在最大功率因数和最大效率之间的某个地方。转差频率 (电源频率必需能够满足所需转差要求) 的控制方法有多种。这样的系统会采用一个速度传感器来测量转子频率，并根据所需转差值来确定电源频率。其所需转差值将取决于应用或系统的要求，例如，若应用关注重点为系统效率，则必需保持转差频率以获得最大效率。

基于处理器的系统

AC感应电机可以采用基于处理器的实现方案，比如Microchip 公司的PIC微控制器、或者是飞思卡尔半导体公司的MC68H微控制器。这些处理器包含了用于LUT、ADC和PWM输出的板载闪存。如上所述，这类系统的瓶颈源于控制算法的处理时间、LUT速度和总线速度。

混合信号FPGA系统

　　图3所示系统采用了Actel公司的混合信号FusionFPGA。该器件加入了非易失性存储器 (闪存)和集成式模拟电路，包括众多模拟单元和带有多个模拟I/O的模数转换器(ADC)，而在某些情况下，还有嵌入式CPU。