實時自控 精準調(diào)速 | 極海G32R501 2.2kW高性能矢量變頻器參考方案

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等創(chuàng)新技術(shù)的快速發(fā)展，推動變頻器行業(yè)加速向智能化、數(shù)字化方向邁進。變頻器不僅具備調(diào)速和節(jié)能功能，還能融合遠程監(jiān)控、故障預測和自適應(yīng)控制等技術(shù)，顯著提升設(shè)備的運行效率和穩(wěn)定性，同時降低能耗和排放。這些特性使其更符合國際節(jié)能減排目標要求。

極海2.2kW高性能矢量變頻器參考方案介紹

極海G32R501 2.2kW高性能通用矢量變頻器參考方案，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流同步電機的速度和轉(zhuǎn)矩。采用高性能的矢量控制技術(shù)，低速高轉(zhuǎn)矩輸出，具有良好的動態(tài)特性、超強的過載能力、增加了用戶可編程功能及后臺監(jiān)控軟件，通訊總線功能，支持多種PG卡等，組合功能豐富強大，性能穩(wěn)定。

可用于紡織、造紙、拉絲、機床、包裝、食品、 風機、水泵及各種自動化生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動。

方案部分參數(shù)

變頻器原理圖

軟硬件介紹

G32R501 2kW變頻器參考方案，由功率板、控制板、按鍵顯示板組成。

變頻器實物圖

本方案搭載無感觀測器，實現(xiàn)高性能無感FOC控制，可實現(xiàn)調(diào)速范圍：1:200；轉(zhuǎn)速精度：±0.5%；轉(zhuǎn)矩精度：5Hz以上±0.5%

變頻器無感控制圖

方案優(yōu)勢

■  基于G32R501實時控制MCU的單芯片方案

■  支持零速度切換，瞬停不停，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性、安全性和連續(xù)性

■  支持電機參數(shù)靜態(tài)辨識（電阻/電感/磁鏈）

■  同步電機驅(qū)動超強過載能力（可調(diào)可設(shè)），提供更高靈活性和可靠性

■  載波頻率：0.8kHz~16kHz，可根據(jù)負載特性自動運行，在控制精度、噪聲、效率和適應(yīng)性等方面具有顯著優(yōu)勢

■  PI自整定：模型參考自適應(yīng)，自動優(yōu)化控制參數(shù)，提高控制精度、動態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)穩(wěn)定性

采用G32R501芯片在240MHz主頻下，單核FLASH中運行時（路徑：ITCM → FACC → Flash），控制環(huán)路周期：62.5μs，優(yōu)化等級為O2狀態(tài)下，環(huán)路執(zhí)行時間：＜19.8μs（同類產(chǎn)品執(zhí)行時間為24μs）。

正反轉(zhuǎn)零速切換

支持正反轉(zhuǎn)運行，實現(xiàn)零速度自由切換。通過優(yōu)化控制策略在正反轉(zhuǎn)切換時設(shè)置合理的過渡區(qū)和切換邏輯，實現(xiàn)電機在零速時的平滑切換，并采用狀態(tài)機的滯環(huán)切換方案，確保電機在正反轉(zhuǎn)切換時不會出現(xiàn)機械特性反轉(zhuǎn)。

IPD初始位置檢測

采用脈沖注入法：假定轉(zhuǎn)子處于某一位置建立 dq 坐標系，將 0-360 電區(qū)間劃分成 N 份，在每個區(qū)間打出等幅值脈沖并采集AB相電流。由于轉(zhuǎn)子磁效應(yīng)會影響電流變化率，和 S 極方向相同方向的電流變化率越大，和 N 極相同方向電流的變化率越小，找出電流變化率最大的脈沖對應(yīng)的電角度，再疊加上代碼假定的初始角度，即為轉(zhuǎn)子的初始位置，在此基礎(chǔ)上還可利用增量式光電編碼器數(shù)值做抖動補償。

參數(shù)辨識

支持電機參數(shù)靜態(tài)辨識（電阻/電感/反電動勢(磁鏈)）,PI參數(shù)自整定，無需人工調(diào)試，一鍵運行。

■  電阻識別技術(shù)：采用直流注入法，給電機繞組施加直流電壓，測量繞組中的直流電流，根據(jù)歐姆定律計算電阻，并對電流和電壓進行低通濾波。

■  電感識別技術(shù)：采用脈沖電壓法，在準確的兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的 d、q 軸上注入正反向的高頻脈沖電壓，依據(jù)電壓方程計算出 d、q 軸電感。

■  反電動勢識別技術(shù)：采用狀態(tài)觀測器，通過對電機轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等狀態(tài)的估計，實現(xiàn)對反電動勢的觀測和估計。

■  PI參數(shù)自整定：通過建立閉環(huán)電機模型，引入臨界增益和臨界周期來確定最佳的Kp和Ki值。

通過以上技術(shù)，可實現(xiàn)無傳感器高精度控制。

G32R501芯片特性

■  內(nèi)核與存儲：基于Cortex-M52雙核架構(gòu)，主頻250MHz，配備緊耦合內(nèi)存（ITCM、DTCM）、I/D-Cache，F(xiàn)lash預取，實時性能高；

■  擴展指令：極海自研紫電數(shù)學指令擴展單元，支持CRC運算、Viterbi、三角函數(shù)、除法、開方等數(shù)學運算；

■  增強型控制外設(shè)：

· 16個PWM通道，多通道同步性能高，助力低速精準電機控制；

· 靈活的IP聯(lián)動功能，PWM模塊具有額外兩個比較子模塊（CMPC、CMPD）專門用于產(chǎn)生同步事件，可在計數(shù)器任意時刻產(chǎn)生事件，同步事件可傳遞至任一PWM模塊同步PWM相位，并觸發(fā)ADC開始采樣；

■  高精度模擬外設(shè)：

· 3個3.45MSPS的12-bit高速ADC，快速準確采集模擬信號，減小信號延遲；

· ADC支持3.3V/2.5V內(nèi)部參考源，2.5V參考源時，電壓分辨率可提升32%，提高反饋信號采樣精度；

■ 豐富通信接口：CAN×2、I2C×1、UART×2、SPI×2、QSPI×1、LIN、PMBus×1。

極海G32R501 2kW高性能矢量變頻器量產(chǎn)級參考方案，涵蓋完整的軟硬件設(shè)計，可提供全功能軟件固件和變頻器控制上位機PC調(diào)試工具，支持參數(shù)設(shè)置、JOG調(diào)試、故障排查、波形分析等功能；方案配有詳細使用指南，方便工程師快速進行上手使用、性能評估以及二次開發(fā)。