电机控制中载波频率设定的五个因素

电机控制中载波频率是非常重要的因素，其值不能设定太高，同样也不能设定太低，通常载波频率设定与五个因素有关：基波频率、硬件限制、谐波电流、内部软件的实现、功率模块温升，这期主要讲讲与这几个因素有关的原因。

关键词：载波频率;

1载波频率与什么有关?

载波频率的选择与基波频率、硬件限制、谐波电流、内部软件的实现、功率模块温升有关：

1.1、基波频率：

由电机转速公式可以计算基波频率为：

其中f表示电机频率，P表示极对数，n表示电机转速。 假设4对极电机运转在3000rpm时，其基波频率f为：

在实际控制中要取载波频率为基波频率的10倍以上，也就是200Hz，载波频率要为2KHz以上。

1.2、硬件限制：

功率模块有推荐的最大载波频率限制，如三棱的IPM最大的PWM控制输入信号频率为20KHz，如图1-1所示：

图1-1 IPM最大PWM输入频率

1.3、谐波电流：

谐波电流过大时，会造成转矩输出脉动，同时电流采样不准确，甚至造成电流环环路控制不稳，产生异常。 谐波电流的大小与载波密切相关，载波频率越大谐波越少，提高载波频率有利于降低谐波电流，谐波电流的计算公式为：

当载波频率设定在16KHz时，电机的电感为56mH，母线电压时310Vdc驱动的电机，使用SVPWM空间矢量调制，谐波电流的大小可以通过计算得出19mA到38mA之间，其计算如图1-2所示：

图1-2 谐波电流计算值图

1.4、内部软件的实现：

从上分析来看提高载波频率是有利于电机控制效果的，但是也是不能无限制提高，从软件角度触发受到：MCU晶振频率、FOC程序执行时间、电流环带宽。

MCU使用DSP的运行频率为200MHz，FOC要在PWM周期内运行结束，载波频率越高，其要求MCU性能就越高，同时，载波频率越高能够实现电流环的控制带宽越高，相反，越低，能够实现电流环的控制带宽越低。

1.5、功率模块温升：

功率模块运行过程中的损耗包括开关损耗和导通损耗，损耗越大，则发热量越大; 而开关损耗就与载波频率密切相关，载波频率越小，开关损耗就越小，发热量就越小; 载波频率越大，开关损耗就越大，发热量就越大。