Esta nota de aplicación describe la modulación del vector espacial de un motor BLDC trifásico utilizando el microcontrolador Z32F128. Muestra cómo un microcontrolador puede implementar una modulación vectorial eficiente y económica de un motor BLDC.
Un motor BLDC trifásico se puede controlar creando un vector de referencia de voltaje giratorio dentro de un hexágono. La velocidad de rotación de este vector de referencia de voltaje determina la frecuencia de rotación del motor. La aplicación de modulación de vector espacial descrita en esta nota de aplicación utiliza un motor tipo BLDC con tres sensores Hall para la retroalimentación de posición angular.
discusión
Un motor eléctrico consta de un estator y un marco fijo con un componente giratorio o rotor montado en un eje con cojinetes. En un motor BLDC trifásico, el estator se ensambla con tres conjuntos de bobinados de inductor energizados por tres entradas de voltaje de CA que están desfasadas 120 grados entre sí, lo que produce un campo giratorio de flujo magnético. Este campo de flujo del estator ejerce una fuerza magnética en el campo de flujo del imán permanente del rotor, produciendo un par en el eje de salida.
En una aplicación de control de motores trifásicos, el voltaje de entrada al motor es generado por un puente inversor trifásico. El puente contiene tres pares de transistores de fuente/drenaje complementarios que conectan CC de voltaje de tierra o bus a cada una de las tres salidas en respuesta a las señales de control digital del microcontrolador. El MCU ARM Z32F128 utiliza PWM en las señales de control del puente para generar tres formas de onda de CA casi sinusoidales en la salida del puente con el desplazamiento de fase requerido de 120 grados.
Varíe el ciclo de trabajo de la salida PWM de cada microcontrolador para controlar el período y la amplitud de la señal de CA generada. Esto determina la velocidad y el par del motor.
Principio de operación
Similar al PWM sinusoidal de inyección de tercer armónico, el esquema de modulación de vector espacial utiliza alrededor de un 15% más del voltaje de bus disponible, lo que resulta en una operación de motor más eficiente.
A diferencia de PWM sinusoidal con inyección de tercer armónico, el punto neutro de los voltajes de fase está limitado a la mitad del voltaje del bus, como se muestra en la Figura 1.
La modulación del vector espacial no se limita a los límites de voltaje central y VBUS y puede flotar en el espacio como se muestra en la Figura 2.
A diferencia de PWM sinusoidal, que genera corrientes sinusoidales por separado para cada etapa push/pull del inversor, la modulación de vector espacial opera todo el inversor como una sola unidad que genera corrientes sinusoidales. Al hacerlo, el inversor opera en ocho estados diferentes dentro del hexágono. Dos de ellos se llaman vectores cero porque no producen voltaje, y los seis estados que producen voltajes distintos de cero se llaman.