《用于永磁同步电机( pmsm)的 磁场定向控制( foc)的设计实践》由会员分享，可在线阅读，更多相关《用于永磁同步电机( pmsm)的 磁场定向控制( foc)的设计实践（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片1 C17L16 MCB 用于永磁同步电机（用于永磁同步电机（PMSM）的）的 磁场定向控制（磁场定向控制（FOC）的设计实践）的设计实践 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片2 课程目标课程目标 当你走出课堂你将学会当你走出课堂你将学会： 阅读和分析永磁同步电机阅读和分析永磁同步电机（PMSM）的数据手册的数据手册 计算三相开关驱动的关键运行参数计算三相开关驱动的关键运行参数 评估导致项目计划风险的因
2、素评估导致项目计划风险的因素 获得更好的视角获得更好的视角 提高你的信心等级提高你的信心等级 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片3 课程安排课程安排 磁场定向控制（磁场定向控制（FOC）复习）复习 规划项目风险规划项目风险 工作点分析工作点分析 测试和诊断技巧测试和诊断技巧 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片4 磁场定向控制（磁场定向控制（FOC） （复习复习） Image: excerpt from Carta Marina, Ola
3、us Magnus, 1539 From the James Ford Bell Library, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota Reprinted with permission 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片5 磁场定向控制（磁场定向控制（FOC）复习）复习 目标目标：在高带宽范围内控制瞬间转矩在高带宽范围内控制瞬间转矩 设定： 3相IM或PMSM 磁通量 电流 轴矢量 极对数 （3维） （2维参考坐标系） （2维参考坐标系） 零转矩：磁通和
4、电流对齐 最大转矩：磁通和电流成90度 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片6 电流矢量？！电流矢量？！ 3相定子有3组绕组，相互间隔120度 电流矢量I是由虚拟线圈产生的磁场分量（B和B）的线性组 合量 磁通矢量：磁场耦合到虚拟线圈中 Clarke变换：实际绕组虚拟线圈 设定： 3-相IM或者PMSM 磁场定向控制（磁场定向控制（FOC）复习）复习 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片7 参考坐标系参考坐标系 静止坐标系静止坐标系 磁通和
5、电流矢量都在旋转 旋转坐标系旋转坐标系dq PMSM和IM：d轴与转子磁场 对齐（磁场定向参考坐标系） IM：d轴与转子位置相同（与转子磁场的关系取决于滑差率） 磁场定向坐标系普遍用于磁场定向坐标系普遍用于： 我们可以使用直流量来控制稳定的转矩输出 （PI调节器控制到零稳态误差） 设定： 3-相IM或者PMSM 磁场定向控制（磁场定向控制（FOC）复习）复习 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片8 转矩控制转矩控制 感应电机感应电机： Q轴磁通量 = 0 （通过选择参考坐标系） 控制d轴转子磁通（使用转子磁通量方程）
6、 控制q轴电流 永磁同步电机永磁同步电机： 标贴式PMSM：Lq = Ld，控制Id 0，Iq 转矩 内嵌式PMSM（Lq Ld）： 控制方法类似，不过可以通过Id 10米，非常恶劣） 直流母线电压变化直流母线电压变化 稳压输出Vdc Vdc一直变化（宽范围，高频抖动） 弱磁弱磁 不需要弱磁 高弱磁利用率（50%速度增加范围） 感抗感抗 中等感抗 低感抗，高感抗 电气频率电气频率 低 高 死区时间死区时间 低（与PWM周期相关） 高（对电流波形产生了较大畸变） 共存性共存性 电机控制器是独立的 低延迟系统（软件TCP/IP） 2016 Microchip Technology Incorpor
7、ated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片22 技术风险技术风险 再生发电再生发电 功率级问题功率级问题 栅级驱动 功率管 直流母线电容 电流管理电流管理 采样 限制 故障监测 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片23 再生发电再生发电 为什么比你想象的更复杂为什么比你想象的更复杂 Image: excerpt from Carta Marina, Olaus Magnus, 1539 From the James Ford Bell Library, University of Minnesota, Minne
8、apolis, Minnesota Image reprinted with permission 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片24 再生发电再生发电 能量管理能量管理 稳定性稳定性 （转矩） （转速） 哪种类型？哪种类型？ 没有再生发电没有再生发电 “轻微的轻微的” 再生发电再生发电（只 是由惯性造成） 持续的再生持续的再生 发电发电 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片25 再生发电再生发电： 能量管理能量管理 来源来源： 电气
9、 （良态） 机械 （非良态） 存储存储： CV2 vs. Jm2 电气：电池协助 过载能力过载能力： 晶体管和线圈 损耗损耗： 机械载荷, 分路调节器 （“制动斩波器” ） 安全安全/监管监管 是否允许逆流？ 电气源头 电容 CV2 机械负载 惯量Jm2 晶体管 定子绕组 发热 发热 制动斩波 发热 粘滞 阻力 发热 驱动器电子部分 电机定子端 电机转子和负载 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片26 举例举例：MCLV2 + Hurst 3” 电机电机 C = 470F, V = 24V CV2 = 0.135J
10、J = 17.7Nms2， m 3600 RPM = 377 rad/s Jm2 = 1.26J 10x存储的能量在惯量中存储的能量在惯量中 电气源头 电容 CV2 机械负载 惯量Jm2 晶体管 定子绕组 发热 发热 制动斩波 发热 粘滞 阻力 发热 驱动器电子部分 电机定子端 电机转子和负载 再生发电再生发电： 能量管理能量管理 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片27 再生发电再生发电：稳定性稳定性 “故障保险故障保险” 稳定性稳定性 （受晶体管的不同关闭动作影响） 没有再生发电发生：直接降到0 轻微的再生发电：
11、缓慢降到0 持续的再生发电：加速 控制稳定性控制稳定性 观察记录： 电流环稳定性受到再生发电的影响 已知的对一些工况的影响： 无传感器FOC，低速 感应电机，低速 对有传感器的PMSM系统的不知原因的影响 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片28 功率级问题功率级问题 Images: excerpts from Carta Marina, Olaus Magnus, 1539 From the James Ford Bell Library, University of Minnesota, Minneapolis,
12、 Minnesota Reprinted with permission 和电流管理和电流管理 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片29 功率级问题功率级问题 栅极驱动栅极驱动 传输数字逻辑信号 来让晶体管快速的开通和关断 门级驱动电压与晶体管的源级/栅极相关 上桥臂晶体管： 栅极驱动电压参考地为相线输出栅极驱动电压参考地为相线输出 在DC+和相电压之间快速变化 （对于N沟道晶体管） 需要浮动的栅极需要浮动的栅极 驱动电压驱动电压 下桥臂晶体管： 栅极驱动电压参考地为栅极驱动电压参考地为DC- 寄生R和L削弱turn
13、on/turnoff 使用表贴的分流电阻，而不是直插的！ 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片30 功率级问题功率级问题 自举栅极驱动自举栅极驱动 降低晶体管的自举电容 （最小占空比） 电容Cb电压 = Vc VD1 VX 对于IGBT： VX 2至3V，IX 0， -1 to -2V，IX 持续的限制持续的限制 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片40 电流管理电流管理 电流限制与故障监测电流限制与故障监测 比你想像的更复杂比你想像的更复
14、杂 硬件过流监测：硬件过流监测： 直流母线分流电阻 比较器 栅极驱动的关断输入 没有那么精确但很快! 独立于软件的保护 只在电机运行时作用 保证晶体管在安全工作区： 大部分可以承受 穿过最大的Vd电压的短路击穿 5-10 s左右（从数据手册上得到！） 噪声滤波器： 1-2 s常用 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片41 电流管理电流管理 电流限制与故障监测电流限制与故障监测 软件过流监测软件过流监测： 热量建模是需要的热量建模是需要的： 保护电机避免过热保护电机避免过热（秒和分级） 保护桥臂晶体管避免过热保护桥臂晶
15、体管避免过热（毫秒级） 依赖环境温度依赖环境温度! 在电流限制处平滑的进入饱和在电流限制处平滑的进入饱和： 这是这是FOC保持的一个部分保持的一个部分 电流控制器失效电流控制器失效： 不能简单的探测到不能简单的探测到 测量相电流！测量相电流！ （直流母线分流电阻不能测量晶 体管中流通的电流） 2016 Microchip Technology Incorporated版权所有 C17L16 MCB 幻灯片42 电流管理电流管理 电流限制与故障监测电流限制与故障监测 最大的持续电流指令最大的持续电流指令 最大峰值电流指令最大峰值电流指令 （控制器的控制器的“稳态稳态”电流电流） 最大瞬时电流最大瞬时电流 软件过流软件过流： 最大瞬时电流最大瞬时电流+抖动、噪声和公差抖动、噪声和公差 硬件电
