直流永磁同步无刷电机培训课件.ppt
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1、直流永磁同步无刷直流永磁同步无刷电机机FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景六步换向法控制永磁同步电机六步换向法控制永磁同步电机具有结构、控制相对简单等特点,具有结构、控制相对简单等特点,但缺点是转矩脉动比较大,效率较但缺点是转矩脉动比较大,效率较低,磁场定向控制(低,磁场定向控制(FieldOrientedControl,FOC)给电机)给电机控制提出了一个新概念,可以有效控制提出了一个新概念,可以有效减小转矩脉动、显著提高系统效率。减小转矩脉动、显著提高系统效率。FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景在在六六步步换换向向法法中中,定定子子磁磁场场扭扭矩矩只只有有六六个个方方向向
2、FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景转子在转子在60范围内受力方向始终不变,造成定子磁场形成的扭力与转子力臂轴的夹角不范围内受力方向始终不变,造成定子磁场形成的扭力与转子力臂轴的夹角不能维持在能维持在90度,而且转矩力度也没有精确控制,这样的控制方法不利于提高电机效率度,而且转矩力度也没有精确控制,这样的控制方法不利于提高电机效率及动态响应。及动态响应。FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景FOC的概念就是,让定子磁场形成的扭力始终与转子力臂轴相垂直,也就是说,站的概念就是,让定子磁场形成的扭力始终与转子力臂轴相垂直,也就是说,站在转子的角度,有个力量在力臂垂直的角度始终朝一个方
3、向推动它。在转子的角度,有个力量在力臂垂直的角度始终朝一个方向推动它。FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景Q:1.FOC(FieldOrientedControl,磁场定,磁场定向控制)向控制)与与SVPWM(空间矢量脉宽调制,(空间矢量脉宽调制,SpaceVectorPulseWidthModulation)的相同点与不同点是什么?)的相同点与不同点是什么?2.FOC怎样保证驱动力与转子力臂轴垂直怎样保证驱动力与转子力臂轴垂直?该测量什么信号作为参考?该测量什么信号作为参考?FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景FOC(FieldOrientedControl,磁场定向控制)磁
4、场定向控制)与与SVPWM(空(空间矢量脉宽调制,间矢量脉宽调制,SpaceVectorPulseWidthModulation)的相同点与不同点)的相同点与不同点FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景相同点:相同点:在负载、电压、电流等条件稳在负载、电压、电流等条件稳定的情况下,两者输出均为三定的情况下,两者输出均为三相正弦波电压,相电流也同样相正弦波电压,相电流也同样是正弦波。是正弦波。FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景不同点:不同点:FOC以磁场定向为控制依据,通过以磁场定向为控制依据,通过PID运算,使运算,使磁场作用力方向始终跟踪转子位置,三相输出电磁场作用力方向始终
5、跟踪转子位置,三相输出电压的相位、角度在负载突变情况下不一定和转子压的相位、角度在负载突变情况下不一定和转子位置同步;而位置同步;而SVPWM只是根据转子位置设定三只是根据转子位置设定三相正弦波的输出电压,电压的相位、角度始终与相正弦波的输出电压,电压的相位、角度始终与转子同步。转子同步。PS:三相电机的正弦波,是指电机相线间的波:三相电机的正弦波,是指电机相线间的波形,而不是相线对地的波形。形,而不是相线对地的波形。FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景FOC怎样保证磁场驱怎样保证磁场驱动力与转子力臂轴的动力与转子力臂轴的相对?该测量什么信相对?该测量什么信号作为参考?号作为参考?FO
6、CFOC电机控制技术背景电机控制技术背景该测量什么信号作为参考?该测量什么信号作为参考?在定子设计的正常工作范围内(定子在定子设计的正常工作范围内(定子工作在非饱和区间的类线性范围),工作在非饱和区间的类线性范围),定子电流在定子铁心上产生的磁感应定子电流在定子铁心上产生的磁感应强度与定子电流成正比,所以测量定强度与定子电流成正比,所以测量定子电流即可按比例得到磁感应强度的子电流即可按比例得到磁感应强度的大小等等信息。大小等等信息。FOCFOC电机控制技术背景电机控制技术背景使用两个数学变换:使用两个数学变换:Clarke变变换和换和Park变换,根据变换,根据A、B两两相电流计算出相对转子的
7、相电流计算出相对转子的q、d轴的作用电流,也即相当于得轴的作用电流,也即相当于得到相对于转子力臂垂直方向和到相对于转子力臂垂直方向和轴向的作用力。轴向的作用力。FOC电机控制技术介绍FOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介2FOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介2.1 CLARKE 变换FOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介Clarke变换变换就是将三相就是将三相磁场力矢量磁场力矢量转换成转换成X、Y轴上的分量。轴上的分量。也即将三轴也即将三轴系统变换成系统变换成两轴系统。两轴系统。ABCFOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介为了计算方为了计算方
8、便,我们以便,我们以A相电流正相电流正方向为方向为X轴轴正方向,其正方向,其余两相分别余两相分别与与A相相差相相差120BACFOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介去掉电机模去掉电机模型,三相电型,三相电流方向大小流方向大小如图,注意如图,注意电机任意时电机任意时刻,三相线刻,三相线圈电流的矢圈电流的矢量和等于零。量和等于零。ABCFOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介将三相电流矢量将三相电流矢量投影在投影在X轴和轴和Y轴轴上求得上求得X方向和方向和Y轴方向上的合成轴方向上的合成矢量之后,就完矢量之后,就完成了成了Clarke变变换,也即两轴系换,也即两轴系统。我们
9、得到两统。我们得到两个分量:个分量:和和分量。分量。ABCFOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介2.2 PARK 变换FOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介PARK变换就变换就是将相对于定是将相对于定子的坐标系统子的坐标系统转换成相对于转换成相对于转子的坐标系转子的坐标系统,这是根据统,这是根据当时转子的实当时转子的实际位置转换的。际位置转换的。ABCFOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介根据转子实际根据转子实际位置建立坐标,位置建立坐标,以转子力臂方以转子力臂方向为向为Y轴,垂轴,垂直方向为直方向为X轴,轴,A/B/C三个分三个分量使用完毕不量使用完
10、毕不再需要。再需要。FOCFOC电机控制坐标变换简介电机控制坐标变换简介将坐标轴转至容将坐标轴转至容易观察的位置,易观察的位置,alpha及及beta在在两轴上的投影就两轴上的投影就是是q分量及分量及d分分量,量,q分量是推分量是推动转子运转的力动转子运转的力量,而量,而d分量对分量对转子产生励磁效转子产生励磁效应。应。qdFOC电机控制技术介绍FOC无位置传感器运行简介无位置传感器运行简介3FOCFOC无位置传感器运行简介无位置传感器运行简介由于电机反电动势与转子位置一一对由于电机反电动势与转子位置一一对应,这给电机的无传感器运行带来可应,这给电机的无传感器运行带来可能,但由于每个相线在整个
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