永磁交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電機(jī)電角度增加方向之間的關(guān)系波恩

1、永磁交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與電機(jī)電角度增加方向之間的關(guān)系首先定義流經(jīng)電機(jī)繞組的相電流的正方向、相電流矢量的正方向、以及電機(jī)電角度的增加方向：1,1,流經(jīng)電機(jī)繞組的相電流的正方向是以電流流入電機(jī)為正，例如： Ia0Ia0 , ,表示該時(shí)刻的電流 IaIa 流向是從 驅(qū)動(dòng)器 a a 或U U 相端子流入電機(jī) a a 相，在電機(jī)內(nèi)部是由 a a 相接線端流入中線，Ib,Ic0Ib,Ic Qon QKonu* CO n)2汨將編碼器 Z Z 信號(hào)對齊在轉(zhuǎn)子定向電流經(jīng) V V 入 U U 出的電機(jī)的定向點(diǎn)處，即將 Z Z 信號(hào)對齊于電機(jī)的-30-30 度電角 度，對齊后旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸，可見UVUV 線反電勢

2、波形在 Z Z 信號(hào)處由低到高過零，如圖 3 3 中-30-30 度電角度處和圖 4 4 中 Z Z 點(diǎn)處所示。將將編碼器 Z Z 信號(hào)對齊在轉(zhuǎn)子定向電流經(jīng) U U 入 V V 出的電機(jī)的定向點(diǎn)處，即將 Z Z 信號(hào) 對齊于電機(jī)的 150150 度電角度處，對齊后旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸，可見UVUV 線反電勢波形在 Z Z 信號(hào)處由高到低過零，如圖 3 3 中 150150 度電角度處和圖 4 4 中乙點(diǎn)處所示。 可見相位對齊后，兩臺(tái)電機(jī)的電角度相位剛好互錯(cuò)180180度。以圖 2 2 中電角度 0 0 點(diǎn)對應(yīng)的相電流施加于對齊方式如圖 5 5 所示的對齊到-30-30 度電角度（V V 入 U U 出定

3、向）的 電機(jī)的定子繞組，經(jīng)矢量變換得到的 IqIq 電流矢量的方向處于 q q 軸的負(fù)方向，如圖 7 7 所示，這一點(diǎn)必須引起 注意！210由于此時(shí)定子繞組產(chǎn)生的電場矢量方向在逆時(shí)針方向正交于轉(zhuǎn)子永場矢量方向，因而會(huì)吸引轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由此可見，當(dāng)電機(jī)的電角度增加方向如圖2 2 和圖 1 1 約定的那樣逆時(shí)針增長，則給對齊方式如圖5 5 所示對齊到-30-30 度電角度（V V 入 U U 出定向）的電機(jī)施加相序關(guān)系如圖2 2 所示的三相電流波形時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 方向?qū)㈨樦娊嵌鹊脑隽糠较蚰鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。同樣，以圖 2 2 中電角度 0 0 點(diǎn)對應(yīng)的三相電流施加于施加于對齊方式如圖6 6 所示的對

4、齊到 150150 度電角度（U U入 V V 出定向）的電機(jī)的定子繞組，雖然經(jīng)矢量變換得到的 IqIq 電流矢量的方向仍舊處于 q q 軸的負(fù)方向，但此 時(shí)轉(zhuǎn)子的真實(shí) q q 軸卻位于矢量變換計(jì)算所用的 q q 軸的反方向上，如圖 8 8 所示，位于 180180 度電角度方向上， 即圖中所示的 D,D,方向。此時(shí)定子繞組產(chǎn)生的電場矢量方向在順時(shí)針方向正交于轉(zhuǎn)子永場矢量方向，因而會(huì)吸引轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由此可見，當(dāng)電機(jī)的電角度增加方向逆時(shí)針增長，以圖2 2 所示的三相電流波形施加于對齊方式如圖6 6 所示的對齊到 150150 度電角度（U U 入 V V 出定向）的電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不是

5、沿著電角度的增量方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而是會(huì)和電角度的增加方向相反，即順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.2.給定電流相序錯(cuò)位 180180 度電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向互反如果將圖 2 2 所示的三相電流在幅值上直接取反，則可以得到如圖可知，兩圖中的三相電流相序的領(lǐng)先滯后關(guān)系完全一致，但在三相電流波形的幅值上，圖9 9 與圖 2 2 恰好互反，而在相位上圖 9 9 中的波形相序等價(jià)于圖 2 2 中以 180180 度電角度為起點(diǎn)的相序循環(huán)，也就是說圖9 9 和圖 2 2中的三相電流波形恰好在相位上互差了180180 度。以圖 9 9 所示的三相電流相序中電角度 0 0 點(diǎn)對應(yīng)的三相電流施加于對齊方式如圖5 5 所示的對齊到-30-

6、30 度電角度（V V 入 U U 出定向）的電機(jī)的定子繞組，經(jīng)矢量變換得到的IqIq 電流的方向處于 q q 軸的正方向，如圖 1010 所示：w2709 9 所示的三相電流相序。對比圖 2 2 和圖 9 9相反電勢和相電流波形圖 1010此時(shí)定子電磁矢量方向在順時(shí)針方向正交于轉(zhuǎn)子永磁矢量，會(huì)吸引轉(zhuǎn)子朝著順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。由于圖9 9 所示的電流相序映射到圖 1010 中對應(yīng)的電機(jī)電角度時(shí)，其電角度依然是沿著逆時(shí)針方向增加，在此種情況下， 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向卻是逆著電角度的增加方向，即順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由于圖 2 2 和圖 9 9 兩圖中的三相電流相序的領(lǐng)先滯后關(guān)系完全一致，但是兩者的三相電流波形相位上

7、互差了180180 度，施加于對齊方式相同的電機(jī)或者同一臺(tái)電機(jī)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也恰好互反，正如圖7 7 和圖 1010 所示意的那樣。3.3.電流采樣方向顛倒未必會(huì)引起電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向變化目前在伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中廣泛采用磁平衡式霍爾元件或者毫歐級(jí)大功率精密電阻作為電流傳感器，此類傳感器的電流采樣方向搞反了會(huì)直接影響繞組相電流瞬時(shí)反饋值的正負(fù)方向，正如圖 2 2 和圖 9 9 中標(biāo)識(shí)的相同 電角度處的電流值的正負(fù)互反關(guān)系所表示的那樣， 并進(jìn)而造成三相連續(xù)反饋電流波形在相位上互差 180180 度, 不過并不會(huì)影響三相電流相序間的領(lǐng)先滯后關(guān)系。在矢量變換環(huán)節(jié)，由于相電流反饋值符號(hào)翻轉(zhuǎn)，會(huì)造成 I

8、qIq 和 IdId 電流的符號(hào)反轉(zhuǎn)，為實(shí)現(xiàn) IqIq 和 IdId 電流的負(fù) 反饋閉環(huán)控制，就必須在 IqIq 和 IdId 反饋電流與指令電流的符號(hào)上尋求統(tǒng)一。例如，以圖 2 2 中所示相序的三相電流施加到如圖5 5 所示的對齊到-30-30 度電角度（V V 入 U U 出定向）的電機(jī)上，電機(jī)會(huì)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。如果電流采樣方向與電流流向一致，則經(jīng)過矢量變換后得到的IqIq 反饋電流矢量始終處于 q q 軸的負(fù)方向，如圖 7 7 所示，也就是 IqIq 反饋電流為負(fù)值；如果電流采樣方向與電流流向不一致，則 經(jīng)過矢量變換后得到的 IqIq 反饋電流矢量會(huì)始終處于 q q 軸的正方向，可參看圖

9、 1010 中所示的那樣，即 IqIq 電流 為正值。在上述情況下，為取得指令電流符號(hào)與反饋電流符號(hào)的一致，須將電流采樣方向與電流流向一致情況下的 反饋電流在符號(hào)上取反，而電流采樣方向與電流流向不一致情況下的反饋電流則可以直接使用，無需在符 號(hào)上取反。在這兩種情況下，給定正電流指令，電機(jī)都會(huì)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。因此，電流采樣方向與電流流向顛倒時(shí)，雖然反饋電流波形會(huì)在總體相位上錯(cuò)位180180 度，但實(shí)際施加給電機(jī)的電磁矢量還是一樣的，因此只要在算法上妥善處置IqIq 和 IdId 反饋電流的符號(hào)，保持反饋電流與指令電流的符號(hào)相一致，就不會(huì)影響電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向。總結(jié)影響電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與電機(jī)電角度增加方向間關(guān)系的因素有：1.1. 電機(jī)電角度對齊方式導(dǎo)致的電角度相位反轉(zhuǎn)；2.