基于STM32的大扭矩永磁同步電機驅動系統

　　圖8 IPM 出錯信號處理電路

　　由于IPM 的開關頻率較高，而在功率回路中存在寄生電感，在IPM 開關過程中會產生很高的浪涌電壓，造成對器件的沖擊，影響器件的性能及使用壽命。為此設計了如圖9 所示的IPM 緩沖電路，以降低IPM 開通和關斷過程的電壓和電流尖峰，從而降低器件開關損耗，保護器件安全運行。其中，選擇超快恢復二極管RM25HG-24S 作為緩沖二極管，其耐壓1200 V,最大反向恢復時間300 ns; 綜合考慮本系統驅動電流頻率及IPM 本身性能，將IPM 工作頻率選為8 KHz,取直流母線寄生電感50 nH,根據計算及試驗，最終選擇緩沖電容Cs = 3 μF,緩沖電阻Rs = 12 Ω。

　　圖9 IPM 緩沖電路

　　2. 2 系統軟件設計

　　系統軟件主要由主程序和中斷服務程序構成，其中主程序完成各種軟硬件的初始化、電機初始位置檢測和電機啟動等，中斷服務程序包括PWM 中斷子程序和外部中斷保護子程序等。其中PWM 中斷子程序是控制系統核心，主要完成對轉子電流和速度的采集與處理、PID 調節、電壓矢量的計算與選擇、PWM 發生等。外部中斷子程序主要包括母線電壓過、欠壓保護、啟動保護和溫度保護等。當IPM 有出錯信號時，STM32 控制高級控制定時器的TIM1_BKIN 信號禁止PWM 輸出，保證系統的安全，圖10為PWM 中斷服務程序流程圖。

　　圖10 PWM 中斷服務程序

　　3 實驗結果

　　如圖11 所示，為本文所設計永磁同步電機控制系統的STM32 控制板及IPM 驅動板實物。對一臺額定功率132 kW、額定電流232 A、輸入電壓380 V的大扭矩永磁同步電機進行了單元及系統實驗。圖12 所示為W 相上下橋臂的PWM 波形，測試PWM頻率為8 KHz （ 周期125 μs） ; 圖13 所示為電機空載運行時W 相的電流波形，表明控制系統的軟硬件模塊均可有效運行。

　　圖11 控制電路

　　4 結語

　　本文提出了一種基于STM32 的大扭矩永磁同步電機的控制系統，設計了STM32 處理器模塊、增益可調的電流檢測電路、旋轉變壓器接口電路、IPM驅動保護電路等，采用矢量控制方法，實現了永磁同步電機速度和轉矩控制，并進行了試驗驗證，為大扭矩永磁同步電機驅動控制提供了一種穩定可靠、高性價比的方案。