交流永磁同步伺服电机及其驱动技术2013.ppt

IPM---外形 4.4 PMSM的驱动技术 电流测量及采样 矢量变换要求知道电机定子三相电流，实际检测时只要检测其中两相即可，另外一相可以由计算得出。 电流检测可采用霍耳传感器实现。 霍耳传感器检测的电流经放大电路处理后，送到DSP内部的A/D转换器变换为数字量。 4.4 PMSM的驱动技术 霍尔效应 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。 4.4 PMSM的驱动技术 霍尔电流传感器 电流Ip流过导体时产生磁场，该磁场通过聚磁环聚集感应到霍尔器件上，使之有一电压信号输出。 控制电流Ic由信号处理电路提供。差动放大器的输出比例于电流Ip. 输出与输入是隔离的。 4.4 PMSM的驱动技术 驱动器的三种工作模式 交流伺服电机驱动器中一般都包含有位置回路，速度回路和力矩回路，但使用时可将驱动器、电机和运动控制器结合起来组合成不同的工作模式，以满足不同的应用要求。 常见的工作模式有如下三类： 　位置方式，速度方式，力矩方式 4.4 PMSM的驱动技术 位置方式 这种模式下，位置回路、速度回路和力矩回路都在驱动器中执行。 驱动器接受运动控制器送来的位置指令信号。 以脉冲及方向指令信号形式为例： 　　脉冲个数决定了电机的运动位置； 　　脉冲的频率决定了电机的运动速度； 　　而方向信号电平的高低决定了电机的运动方向 这与步进电机的控制有相似之外，但脉冲的频率要高一些，以适应伺服电机的高转速。 4.4 PMSM的驱动技术 速度方式 驱动器内仅执行速度回路和力矩回路，由外部的运动控制器执行位置回路的所有功能。 这时运动控制器输出±１０Ｖ范围内的直流电压作为速度回路的指令信号。 正电压使电机正向旋转，负电压使电机反向旋转，零伏对应零转速。 这个信号在驱动器中经“速度标定”后由A/D转换器接入DSP，由DSP中的软件实现回路的控制。 4.4 PMSM的驱动技术 力矩方式 驱动器仅实现力矩回路，由外部的运动控制器实现位置回路的功能。这时系统中往往没有速度回路。 力矩回路的指令信号是由运动控制器输出±１０Ｖ范围内的直流电压信号。 正电压对应正转矩，负电压对应负转矩，零伏对应零力矩输出。 这个信号经力矩标定后送入DSP，由DSP中的软件实现回路的控制。 力矩回路一般也采用PI控制规律，但大多数制造商已在出厂时调整好控制参数，用户无法修改这些参数 4.4 PMSM的驱动技术 其它功能 电机运行中速度和力矩的监视。 参数设置及运行状态显示 。 通讯接口 限位开关处理 4.4 PMSM的驱动技术 由软件实现控制有如下特点： 参数不会受到器件老化、温度漂移的影响； 降低干扰； 可实现一些更复杂的控制算法； 控制参数的改变灵活、方便； 回路中引入时间延迟，从而降低系统的稳定性。 4.4 PMSM的驱动技术 永磁同步交流伺服电机与永磁直流伺服电机的比较 电枢在定子上，散热性能好； 没有电刷及换向机构，不需经常维护； 产生的对外部的电磁干扰小； 它的转子上没有电枢且转子磁体多采用磁性很强的稀土材料制成，体积小，转子的转动惯量小，从提高了电机的响应速度； 控制比直流伺服电机要复杂的多。 思考题 交流感应伺服电动机和交流同步伺服电动机在结构和原理上有何相同及不同之处？ 永磁交流同步伺服电机和永磁直流伺服电机在结构和原理上有何相同及不同之处？ 与永磁式直流伺服电机相比，永磁交流同步伺服电机在力矩控制上遇到了什么困难？ 说明磁场定向控制技术的基本原理及实现方法。 交流伺服电机驱动器一般有哪几种工作模式？每种模式有什么特点？在每种模式下驱动器如何与运动控制器配合以实现电机位置、速度及力矩的控制？ IGBT （Insulated-gate Bipolar Transistor ）绝缘栅双极型晶体管 由MOSFET (绝缘栅型场效应管)和BJT (双极型三极管)复合而成，结合二者的优点。 BJT的特点——电流驱动，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。但集电极和发射极间导通压降低。 MOSFET的优点——电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单，但耐压越高源极和漏极间的电阻越大。 4.3 交流永磁同步电机的PWM控制 交流电机系统也普遍采用PWM的控制技术产生绕组电压和电流。 据统计，已见著文献的交流电机PWM控制方法有数十种之多， 研究主要集中在如何实现高效率、低谐波、易实现等方面。 常用的方法有三种： 正弦波脉宽调制（SPWM） 空间矢量脉宽调制（SVPWM） 电流跟踪控制。 4.3 交流永磁同步电机的PWM控制 SPWM技术（Sinusodal Pu