永磁交流伺服電機(jī)的編碼器相位為何要與轉(zhuǎn)子磁極相位對齊
其目的就是要達(dá)成矢量控制的目標(biāo),使d軸勵磁分量和q軸出力分量解耦,令永磁交流伺服電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的電磁場始終正交于轉(zhuǎn)子永磁場,從而獲得的出力效果,即“類直流特性”,這種控制方法也被稱為磁場定向控制(FOC),達(dá)成FOC控制目標(biāo)的外在表現(xiàn)就是永磁交流伺服電機(jī)的“相電流”波形始終與“相反電勢”波形保持一致如何想辦法使永磁交流伺服電機(jī)的“相電流”波形始終與“相反電勢”波形保持一致呢?只要能夠隨時檢測到正弦型反電勢波形的電角度相位,然后就可以相對容易地根據(jù)此相位生成與反電勢波形一致的正弦型相電流波形了,因此相位對齊就可以轉(zhuǎn)化為編碼器相位與反電勢波形相位的對齊關(guān)系。
在實(shí)際操作中,歐美廠商習(xí)慣于采用給電機(jī)的繞組通以小于額定電流的直流電流使電機(jī)轉(zhuǎn)子定向的方法來對齊編碼器和轉(zhuǎn)子磁極的相位。當(dāng)電機(jī)的繞組通入小于額定電流的直流電流時,在無外力條件下,初級電磁場與磁極永磁場相互作用,會相互吸引并定位至互差0度相位的平衡位置上
上述兩種轉(zhuǎn)子定向方法對應(yīng)的繞組相反電勢波形和線反電勢,以及電角度的關(guān)系如下圖所示,棕色線為a軸或α軸與d軸對齊,即直接對齊到電角度0點(diǎn),紫色線為a軸或α軸對齊到與d差(負(fù))30度的電角度位置,即對齊到-30度電角度點(diǎn):
d、q軸矢量與a、b、c軸或α、β軸之間的角度的關(guān)系如下圖所示,棕色線d軸與a軸或α軸對齊,即直接對齊到電角度0點(diǎn),紫色線為d‘軸與a軸或α軸相差30度,即對齊到-30度電角度點(diǎn):
主流的伺服電機(jī)位置反饋元件包括增量式編碼器,式編碼器,正余弦編碼器,旋轉(zhuǎn)變壓器等。
增量式編碼器的相位對齊方式
在此討論中,增量式編碼器的輸出信號為方波信號,又可以分為帶換相信號的增量式編碼器和普通的增量式編碼器,普通的增量式編碼器具備兩相正交方波脈沖輸出信號A和B,以及零位信號Z;帶換相信號的增量式編碼器除具備ABZ輸出信號外,還具備互差120度的電子換相信號UVW,UVW各自的每轉(zhuǎn)周期數(shù)與電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)一致。帶換相信號的增量式編碼器的UVW電子換相信號的相位與轉(zhuǎn)子磁極相位,或曰電角度相位之間的對齊方法如下:
1.用一個直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電,U入,V出,將電機(jī)軸定向至一個平衡位置;
2.用示波器觀察編碼器的U相信號和Z信號; 3.調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對位置;
4.一邊調(diào)整,一邊觀察編碼器U相信號跳變沿,和Z信號,直到Z信號穩(wěn)定在高電平上(在此默認(rèn)Z信號的常態(tài)為低電平),鎖定編碼器與電機(jī)的相對位置關(guān)系;
5.來回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸,撒手后,若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時,Z信號都能穩(wěn)定在高電平上,則對齊有效。
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