永磁同步伺服电机驱动器原理.doc

转载永磁同步伺服电机驱动器原理
2008-11-11 13:35
功率驱动单元
功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
逆变部分(DC-AC)采用采用的功率器件集驱动电路,保护电路和功率开关于一体的智能功率模块(IPM),主要拓扑结构是采用了三相桥式电路原理图见图3,利用了脉宽调制技术即PWM(Pulse Width Modulation)通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率,改变每半周期内晶体管的通断时间比,也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压副值的大小以达到调节功率的目的。
图3   三相逆变电路
图3中~是六个功率开关管,、、分别代表3个桥臂。对各桥臂的开关状态做以下规定:当上桥臂开关管“开”状态时(此时下桥臂开关管必然是“关”状态),开关状态为1;当下桥臂开关管“开”状态时(此时下桥臂开关管必然是“关”状态),开关状态为0。三个桥臂只有“0”和“1”两种状态,因此、、形成000、001、010、011、100、101、111共八种开关管模式,其中000和111开关模式使逆变输出电压为零,所以称这种开关模式为零状态。输出的线电压为、、,相电压为、、,其中为直流电源电压(总线电压),根据以上分析可得到下表的总结。
表三相逆变电路分析
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4 控制单元
伺服驱动器控制交流永磁伺服电机( PMSM)伺服驱动器在控制交流永磁伺服电机时,可分别工作在电流(转矩) 、速度、位置控制方式下。系统的控制结构框图如图4所示由于交流永磁伺服电机(PMSM) 采用的是永久磁铁励磁,其磁场可以视为是恒定;同时交流永磁伺服电机的电机转速就是同步转速,即其转差为零。这些条件使得交流伺服驱动器在驱动交流永磁伺服电机时的数学模型的复杂程度得以大大的降低。从图4可以看出,系统是基于测量电机的两相电流反馈(、) 和电机位置。将测得的相电流(、) 结合位置信息,经坐标变化(从a ,b ,c 坐标系转换到转子d ,q 坐标系) ,得到, 分量,分别进入各自得电流调节器。电流调节器的输出经过反向坐标变化(从d ,q 坐标系转换到a ,b ,c 坐标系) ,得到三相电压指令。控制芯片通过这三相电压指令,经过反向、延时后,得到6 路PWM 波输出到功率器件,控制电机运行。系统在不同指令输入方式下,指令和反馈通过相应的控制调节器,得到下一级的参考指令。在电流环中,d ,q 轴的转矩电流分量()是速度控制调节器的输出或外部给定。而一般情况下,磁通分量为零(= 0) ,但是当速度大于限定值时,可以通过弱磁(< 0) ,得到更高的速度值。
图4 系统控制结构
从a,b,c坐标系转换到d,q坐标系有克拉克(CLARKE)和帕克(PARK)变换来是实现;从d,q坐标系转换到a,b,c坐标系是有克拉克和帕克的逆变换来是实现的。以下是两个变换公式,克拉克变换(CLARKE):
帕克(PARK)变换:
永磁同步伺服电机(PMSM)驱动器原理
2009-03-06 18:03
要: 永磁交流伺服系统以其卓越的性能越来越广泛地应用到机器人、数控等领域,本文对其驱动器的功能实现做了简单的描述,其中包括整流部分的整流过程、逆变部分的脉宽调制(PWM)技术的实现、控制单元相应的算法等三个部分。
关键词: DSP 整流逆变 PWM 矢量控制
1 引言
随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑技术的快速发展,使得永磁交流伺服技术有着长足的发展。永磁交流伺服系统的性能日渐提高,价格趋于合理,使得永磁交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。永磁交流伺服系统具有以下等优点:(1)电动机无电刷和换向器,工作可靠,维护和保养简单;(2)定子绕组散热快;(3)惯量小,易提高系统的快速性;(4)适应于高速大力矩工作状态