TI高效率（97%）AC感应电机（ACIM）控制方案

AC 感应电机 (ACIM)原理简介

该电机没有刷式直流电机那样的刷子/换向器结构，不会产生火花相关的问题，如电噪声、刷子磨损、摩擦高和可靠性差等。转子和定子结构中磁性的消失进一步增强了可靠性，也降低了制造成本。在高功率应用中（如 500 HP 和更高应用），AC 感应电机是现有最高效的电机，可以达到 97% 或更高的效率额定值。但在轻载条件下，产生转子磁通所需的正交磁流占定子电流的很大部分，导致效率降低、功率因数操作较差。

ACIM 使用正弦电压和电流驱动时表现最佳。ACIM 的优点之一是能通过低扭矩纹波实现难以置信的顺畅操作。为了实现此目的，多数 ACIM 包含开槽定子结构，其中绕线按正弦绕线分布置于槽中，从而在气隙中呈现正弦磁通分布。此磁通也连接转子绕组，转子绕组的两端短接铜棒或铝棒，并安装在软铁或其它铁基材料组成的堆栈式层压结构上。在大多数情况下，降低转子棒的电阻可以提高电机效率。随着这些导体中的磁通减少，转子棒中将施加 d-flux/dt 电压，从而在转子中产生电流。换言之，电流从定子电路感应到转子电路，与从标准变压器的初级线圈感应二次电流差不多。此转子电流会产生自己的磁通，并与定子 mmF 交互产生扭矩。但是，为了在转子棒上实现 d-flux/dt 效应，转子不能以定子磁场相同的旋转速度旋转。因此，感应电机归类为异步电机。定子磁通矢量与转子之间的转速差异称为转差。随着电机轴所需扭矩增加，转差率也会增加。总之，电机速度是定子极数、电机扭矩（最终为电机转差）和 AC 输入电压频率的函数关系。

3 相拓扑是变速应用的理想选择，只需改变所应用波形的电压和频率（开环 V/Hz 或标量控制），即可控制电机速度。在扭矩环路周围回绕速度环路来采用场定向控制 (FOC)，也可控制速度。前者可以通过经济的器件（如 MSP430）轻松实现，但 FOC 更适合强大的 32 位处理器（如 TI C2000 处理器）。

AC 感应电机也有单相版本。多数单相版本实际上具有双相，其中一个相位用于帮助启动电机。一旦电机达到一定速度，该相位断开，这样电机就只在一个相位上运行。

TI解决方案

设计要点

AC 感应电机 (ACIM) 是消费电子类应用和工业应用中最受欢迎的电机。此电机高度可靠，设计简单，其没有刷子，因此不存在磨损，并且制造成本极低。另一重要特性是转子不会产生任何移动接触，因此不会产生火花。但是，ACIM 与其它电机类型相比，效率较低。

ACIM 速度取决于 AC 输入电压的频率和定子绕线中的极数。AC 感应电机提供单相和三相版本；三相是变速应用的理想选择。

1、微处理器

可选择TI 的 Stellaris C2000 以及 Hercules 微处理器 (MCU) 系列非常适合于控制 AC 感应电机。所有这些 MCU 系列均可用于实施标量或矢量控制技术。C2000 MCU 适用于实时操作并具有高分辨率脉宽调制器 (PWM)，可对闸极驱动器进行精确控制。双采样保持、12 位、高速模数转换器 (ADC) 可对任何传感器输入进行高精度采样。

高性能 PWM 和 ADC 相结合可确保低扭矩纹波和高效电机控制。功能强大的 C2000 MCU 内核架构可快速执行数学算法，并通过矢量控制控制电机。

Stellaris MCU 基于广泛使用的 ARM Cortex M3 内核并具有所有与电机控制相关的集成板载外设。Stellaris MCU 具有 10 位 ADC 和电机控制特定的 PWM，可为电机提供高效控制。板载通信外设（例如 USB 和以太网）启用 MCU 用作联网控制器，也可执行电机控制。

Hercules 安全 MCU 是基于广泛使用的 ARM Cortex R4 内核，设计为简化开发和认证的安全关键型系统。Hercules MCU 具有多达 2 个 12 位 ADC。灵活的 HET 协处理器具有特定于电机控制的 PWM，可为电机提供高效控制。板载通信外设（例如，启用 MCU 用作可同时执行安全电机控制的安全联网控制器的 USB、以太网和 CAN）。

2、隔离

TI 数字隔离器具有逻辑输入和输出缓冲器，这些缓冲器由 TI 的二氧化硅 (SiO2) 隔离势垒进行隔离，可提供 4kV 隔离。当与隔离电源配合使用时，这些器件可阻止高电压、隔离接地以及防止噪声电流进入本地接地并干扰或损害敏感电路。

3、接口/连接

传统模拟 RS-232/RS-485 接口一直是电机控制应用的常见选择。展望未来，设计人员将在其产品中集成主流接口，如以太网、USB 和 CAN。推荐TI全世界首款隔离式CAN 收发器 ISO1050。

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