電機(jī)控制中載波頻率設(shè)定的五個因素

電機(jī)控制中載波頻率是非常重要的因素，其值不能設(shè)定太高，同樣也不能設(shè)定太低，通常載波頻率設(shè)定與五個因素有關(guān)：基波頻率、硬件限制、諧波電流、內(nèi)部軟件的實現(xiàn)、功率模塊溫升，這期主要講講與這幾個因素有關(guān)的原因。

關(guān)鍵詞：載波頻率;

1載波頻率與什么有關(guān)?

載波頻率的選擇與基波頻率、硬件限制、諧波電流、內(nèi)部軟件的實現(xiàn)、功率模塊溫升有關(guān)：

1.1、基波頻率：

由電機(jī)轉(zhuǎn)速公式可以計算基波頻率為：

其中f表示電機(jī)頻率，P表示極對數(shù)，n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速。 假設(shè)4對極電機(jī)運轉(zhuǎn)在3000rpm時，其基波頻率f為：

在實際控制中要取載波頻率為基波頻率的10倍以上，也就是200Hz，載波頻率要為2KHz以上。

1.2、硬件限制：

功率模塊有推薦的最大載波頻率限制，如三棱的IPM最大的PWM控制輸入信號頻率為20KHz，如圖1-1所示：

圖1-1 IPM最大PWM輸入頻率

1.3、諧波電流：

諧波電流過大時，會造成轉(zhuǎn)矩輸出脈動，同時電流采樣不準(zhǔn)確，甚至造成電流環(huán)環(huán)路控制不穩(wěn)，產(chǎn)生異常。 諧波電流的大小與載波密切相關(guān)，載波頻率越大諧波越少，提高載波頻率有利于降低諧波電流，諧波電流的計算公式為：

當(dāng)載波頻率設(shè)定在16KHz時，電機(jī)的電感為56mH，母線電壓時310Vdc驅(qū)動的電機(jī)，使用SVPWM空間矢量調(diào)制，諧波電流的大小可以通過計算得出19mA到38mA之間，其計算如圖1-2所示：

圖1-2 諧波電流計算值圖

1.4、內(nèi)部軟件的實現(xiàn)：

從上分析來看提高載波頻率是有利于電機(jī)控制效果的，但是也是不能無限制提高，從軟件角度觸發(fā)受到：MCU晶振頻率、FOC程序執(zhí)行時間、電流環(huán)帶寬。

MCU使用DSP的運行頻率為200MHz，F(xiàn)OC要在PWM周期內(nèi)運行結(jié)束，載波頻率越高，其要求MCU性能就越高，同時，載波頻率越高能夠?qū)崿F(xiàn)電流環(huán)的控制帶寬越高，相反，越低，能夠?qū)崿F(xiàn)電流環(huán)的控制帶寬越低。

1.5、功率模塊溫升：

功率模塊運行過程中的損耗包括開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，損耗越大，則發(fā)熱量越大; 而開關(guān)損耗就與載波頻率密切相關(guān)，載波頻率越小，開關(guān)損耗就越小，發(fā)熱量就越小; 載波頻率越大，開關(guān)損耗就越大，發(fā)熱量就越大。