大功率驅(qū)動器驅(qū)動小功率伺服電機(jī)有什么問題？

小編給大家簡單講述一下，使用大功率驅(qū)動器驅(qū)動小功率伺服電機(jī)存在的4大問題。讀完后您就會發(fā)現(xiàn)，原來這樣使用的話對于電機(jī)的影響還是蠻大的。

加在電流調(diào)節(jié)器輸入端的電流反饋，來自電流傳感器。電流傳感器的輸出比例于電動機(jī)電流，但與電動機(jī)的動力回路電位隔離。電流傳感器通常存在1％到2％的直流殘余電壓E0。電流傳感器的 輸出電壓對應(yīng)于驅(qū)動器的峰值電流，因此直流殘余電壓在電流環(huán)中引起相當(dāng)于1％到2％峰值直流殘余電流I0。

（1）對電流環(huán)的影響：對電流指令I(lǐng)CMD產(chǎn)生偏置，實(shí)際電流指令為ICMD- I0。當(dāng)ICMD=0時(shí)，電機(jī)將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T0=Kt·(-I0)，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

（2）對速度環(huán)的影響：對速度環(huán)的運(yùn)行沒有影響，只是使速度調(diào)節(jié)器的輸出偏置了I0。當(dāng)VCMD=0時(shí)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為I0，電流調(diào)節(jié)器的輸入為I0－I0＝0，電動機(jī)速度為0（電機(jī)不轉(zhuǎn)）。

（1）對電流環(huán)的影響：

三相電流反饋通常用兩個(gè)電流傳感器。A相和C相電流反饋用兩個(gè)電流傳感器實(shí)現(xiàn)，B相電流反饋通過計(jì)算產(chǎn)生：IB=－(IA+IC)。

考慮到電流傳感器的直流殘余電流I0的影響，實(shí)際三相電流為：

IA=√2·(ICMD- I0)·Sinθ=√2·ICMD·Sinθ-I0

IA=IPeak·Sinθ-I0

IC=√2·ICMD·Sin(θ-240)- I0

IC=IPeak·Sin(θ-240)- I0

IB=－(IA+IC)

IB=-(IPeak·Sinθ-I0 +IPeak·Sin(θ-240)- I0)

IB=IPeak·Sin(θ-120)+2I0

三相定子電流流入三相對稱繞組，產(chǎn)生定子合成磁場。合成磁場和與該磁場垂直的轉(zhuǎn)子磁場相互作用，產(chǎn)生使電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子主磁場呈正弦分布，三相繞組在主磁場內(nèi)對稱分布。

分布在每相繞組的轉(zhuǎn)子磁場為：

φA=φPeak·Sin(θ)

φB=φPeak·Sin(θ-120)

φC=φPeak·Sin(θ-240)

其中，φPeak為轉(zhuǎn)子正弦磁場的峰值。相繞組的轉(zhuǎn)矩常數(shù)為：

KTPhase=kt·φPhase

每相繞組的轉(zhuǎn)矩常數(shù)：

KTA= kt·φA

＝kt·φPeak·Sin(θ)＝KTPhase·Sin(θ)

KTB= kt·φB

＝kt·φPeak·Sin(θ-120)=KTPhase·Sin(θ-120)

KTC= kt·φC

＝kt·φPeak·Sin(θ-240)=KTPhase·Sin(θ-240)

A相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：

TA=KTA·IA=KTPhase·[IPeak·Sin2(θ)- I0·Sinθ]

= KTPhase·[IPeak·1/2·(1-Cos(2θ))- I0·Sinθ]

=1/2 ·KTPhas·eIPeak -1/2· KTPhase·IPeak· Cos(2θ)- KTPhase·I0·Sinθ

B相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：

TB=KTB·IB=KTPhase·[IPeak·Sin2(θ-120) +2I0·Sin(θ-120)]

=KTPhase·[IPeak·1/2·(1-Cos(2θ-120))+ 2I0·Sin(θ-120)]

=1/2·KTPhase·IPeak -1/2·KTPhase·IPeak·Cos(2θ-120)+ KTPhase·2I0·Sin(θ-120)

C相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：

TC=KTC·IC=KTPhase·[IPeak·Sin2(θ-240)-I0·Sin(θ-240)]

=KTPhase·[IPeak·1/2·(1-Cos(2θ-120))-I0·Sin(θ-240)]

TC=1/2·KTPhase·IPeak-1/2·KTPhase·IPeak·Cos(2θ-240)-KTPhase·I0·Sin(θ-240)

電動機(jī)產(chǎn)生的總的轉(zhuǎn)矩：

等于三相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和

Tm= TA + TB + TC 

Tm=3/2· KTPhase·IPeak-1/2·KTPhase·IPeak· [Cos(2θ)+ Cos(2θ-120)+ Cos(2θ-240)]

+ KTPhase·(2I0·Sin(θ-120)－I0·Sinθ－I0·Sin(θ-240))

Tm=3/2·KTPhase·IPeak＋3·KTPhase·I0·Sin(θ-120)

Tm=3/2·KTPhase·√2·IRMS＋3·KTPhase·I0·Sin(θ-120)

Tm=KTRMS·IRMS＋KTPhase·√2I0·Sin(θ-120)

可以看出：

考慮到電流傳感器的直流殘余電流I0，電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩除了使電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩KTRMS·IRMS外，還有由電流傳感器的直流殘余電流引起的轉(zhuǎn)矩的正弦脈動：

KTPhase·√2I0·Sin(θ-120)

轉(zhuǎn)矩脈動的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速及極對數(shù)成正比：

f = p·N/60

其中p為電機(jī)的極對數(shù)，N為電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm）。

電流指令為0時(shí)，電機(jī)將產(chǎn)生頻率為f = p·N/60的正弦振動。

（2）對速度環(huán)的影響：

電流環(huán)的輸入除了速度調(diào)節(jié)器的輸出外，還疊加了一個(gè)定子電流頻率相同的正弦轉(zhuǎn)矩?cái)_動，引起轉(zhuǎn)速的波動。

當(dāng)速度指令為0時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動頻率為0，轉(zhuǎn)子將鎖定在θ＝120°電角度，120/p機(jī)械角度的位置。

相位控制的直流無刷電機(jī)的運(yùn)行存在轉(zhuǎn)矩波動，引起轉(zhuǎn)矩波動的因素很多，其中一個(gè)因素是電流傳感器的直流殘余電壓引起的轉(zhuǎn)矩波動。轉(zhuǎn)矩波動的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速及極對數(shù)成正比。例如，一個(gè)6極電機(jī)的轉(zhuǎn)速為600 rpm，則由電流傳感器的直流殘余電壓引起的轉(zhuǎn)矩波電流傳感器通常有1％到2％的直流殘余電壓，相對于驅(qū)動器峰值電流的1％到2％。對20 A驅(qū)動器來說，峰值電流為40 A，電流傳感器2％的直流殘余電壓相對于400 mA。如果用20 A驅(qū)動器驅(qū)動一個(gè)連續(xù)電流只有1 A的直流無刷電機(jī)，400 mA引起的轉(zhuǎn)矩波動將是電動機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)矩的40％，這是 不能允許的。

電流傳感器的直流殘余電壓隨著驅(qū)動器額定電流的增大而增大，因此選擇大功率驅(qū)動器驅(qū)動小功率伺服電機(jī)（大馬拉小車），將產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)矩波動，引起轉(zhuǎn)速的波動。