工程师说 | RX和矢量控制的进一步进化！全速域无位置传感器矢量控制方案介绍

 

 

电机控制应用于各类家用电器和工业设备，并且使用数量逐年增加。要发挥电机控制的性能，就需要位置信息，因此过去一直使用传感器来检测位置，但考虑到传感器的可维护性、传感器自身的成本、可靠性和环境耐候性，不使用传感器（无位置传感器或无传感器）的控制方法逐渐成为主流。

 

柏崎 直人

Sr Staff Product Marketing Specialist

 

 

 

然而，常规无传感器方法是一种根据电流推算出电机旋转产生的感应电压从而获得位置信息的算法，当电机转速较低时，由于电机的物理特性，感应电压较低，因此无法准确获取位置信息，很难将无传感器矢量控制应用于低速运行的应用。本期介绍的“全速域无位置传感器矢量控制”是一种能够在全速域下使用无传感器矢量控制的解决方案。因此，可以在全速域下进行有效的控制，帮助降低功耗和提高产品性能。本期解决方案使用了适用电机控制的RX系列产品RX66T。

 

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https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/rx-32-bit-performance-efficiency-mcus/rx66t-32-bit-microcontrollers-optimal-motor-control-industrial-home-appliance-and-robotics-applications

 

用于执行全速域无位置传感器

矢量控制的电机

 

为灵活运用本期解决方案，需要了解电机的类型和特性。永磁同步电机（无刷直流电机）包括两大类电机：内嵌式永磁同步电机（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）和表面式永磁同步电机（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）。由于它们的磁铁构成不同，因此电机的特性存在差异。特别是，IPMSM具有磁阻随电机旋转位置变化而变化（具有凸极效应）的特点，利用这种凸极效应，低速时也可以精准获取位置信息。这就是能够在全速域内进行无传感器矢量控制的关键。

 

IPMSM

SPMSM

 

利弊

 

全速域无位置传感器控制有利也有弊，因此不适用于所有应用。这里介绍解决方案的利和弊。在常规无传感器矢量控制过程中，我们假设在低速时用无反馈的开环进行控制，并进行了比较。

 

优点是即使在低速旋转时也可以适用无传感器矢量控制，从而实现低功耗、稳定的扭矩输出和高速启动等功能。在常规无传感器控制过程中，通常需要使用基于强行励磁的磁力来固定位置，因此难点在于启动花费时间，并且当超过一定负载时会发生脱调（失步）。然而，基于IPMSM的全速域无传感器矢量控制可以精确地估算磁铁的起始位置，因此与常规无传感器控制相比，启动更快、更稳定。

主要缺点有CPU运算大幅增加，产生谐波噪音。由于用户能听到电机驱动时的谐波噪音，所以可能不适合需要在安静场所中使用的产品和应用。可应用的电机并不能应用于所有PM电机，需要具有凸极效应的IPM电机。本解决方案要求d轴和q轴之间的电感差异大于20%。

 

总结这些特点，全速域无传感器电机解决方案对于高速旋转为主的应用来说效果较小，对于对噪音要求较高的应用来说，则需要研究相关对策。然而，它非常适合在低速旋转下运行的应用、对耗电要求较高的电池驱动应用，以及在室外或工厂等中受噪声影响较小的应用，从而使无传感器矢量控制能够应用于以往无法实现的速域。

 

目标应用

 

• 泵

• 输送装置（输送机）

• 压缩机

• 家用电器

 

全速域无位置传感器电机解决方案

 

全速域无位置传感器电机解决方案可以通过瑞萨提供的应用指南和样品软件、搭载RX66T的CPU卡，以及我们合作伙伴生产的逆变板和市面上的IPM电机来实现，并可立即建立评测环境。希望能通过本解决方案助您了解和掌握电机的特性，调试参数，并将其运用到实际开发工作中。

 

系统配置

 

有关全速域无位置传感器解决方案的详细信息，请点击文末阅读原文访问查看。

 

总结

 

本期介绍的解决方案使用了RX66T在全速域下进行无位置传感器矢量控制。强烈建议希望在全速域下执行矢量控制，降低功耗和提高效率的客户使用我们的解决方案。对于RX-T系列产品（包括RX66T），除了本期介绍的解决方案之外，我们还提供有其它示例代码和应用指南，如基于SPMSM的无传感器矢量控制和基于编码器的矢量控制，请参考下面的文档资源链接列表，帮助您开始使用瑞萨RX产品完成电机控制。

 

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【RX Family Sensorless Vector Control for IPMSM over the Whole Speed Range Rev.1.00】PDF

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/rx-family-sensorless-vector-control-ipmsm-over-whole-speed-range-rev100

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https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/rx-family-sensorless-vector-control-ipmsm-over-whole-speed-range-rev100

 

【Sensorless Vector Control for Permanent Magnet Synchronous Motor (For Evaluation System for BLDC Motor, structure update version) Rev.1.10】PDF

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/sensorless-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-evaluation-system-bldc-motor-structure

相关文件下载 ZIP

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/sensorless-vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-evaluation-system-bldc-motor-structure

 

【Vector Control for Permanent Magnet Synchronous Motor with Encoder (For Evaluation System for BLDC Motor, Structure update version) Rev.1.00】PDF

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/apn/vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-encoder-evaluation-system-bldc-motor-structure

相关文件下载 ZIP

https://www.renesas.cn/cn/zh/document/scd/vector-control-permanent-magnet-synchronous-motor-encoder-evaluation-system-bldc-motor-structure

 

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