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  • 发布时间: 2018 - 07 - 12
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  • 发布时间: 2018 - 07 - 11
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  • 发布时间: 2018 - 09 - 27
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大功率驱动器驱动小功率伺服电机存在的4大问题

日期: 2019-07-29
浏览次数: 473

大功率驱动器驱动小功率伺服电机存在的4大问题

今天小编给大家简单讲述一下,使用大功率驱动器驱动小功率伺服电机存在的4大问题。读完后您就会发现,原来这样使用的话对于电机的影响还是很大的。


大功率驱动器驱动小功率伺服电机存在的4大问题



01
电流传感器的直流残余电压



加在电流调节器输入端的电流反馈,来自电流传感器。电流传感器的输出比例于电动机电流,但与电动机的动力回路电位隔离。电流传感器通经常存在1%到2%的直流残余电压E0。电流传感器的最大输出电压对应于驱动器的峰值电流,因此直流残余电压在电流环中引起相当于1%到2%峰值直流残余电流I0。


02
直流残余电流对直流有刷电机运行影响


(1)对电流环的影响:对电流指令ICMD产生偏置,实际电流指令为ICMD- I0。当ICMD=0时,电机将产生转矩T0=Kt·(-I0),使电机旋转。


(2)对速度环的影响:对速度环的运行没有影响,只是使速度调节器的输出偏置了I0。当VCMD=0时,速度调节器的输出为I0,电流调节器的输入为I0-I0=0,电动机速度为0(电机不转)。


三相定子电流流入三相对称绕组,产生定子合成磁场。合成磁场和与该磁场垂直的转子磁场相互作用,产生使电机连续旋转的转矩。转子主磁场呈正弦分布,三相绕组在主磁场内对称分布。


其中,φPeak为转子正弦磁场的峰值。


相绕组的转矩常数为:

KTPhase=kt·φPhase


每相绕组的转矩常数:

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相绕组产生的转矩:

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相绕组产生的转矩:

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相绕组产生的转矩:

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)


电动机产生的总的转矩:

等于三相绕组产生的转矩之和

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:


考虑到电流传感器的直流残余电流I0,电动机产生的转矩除了使电机连续旋转的转矩KTRMS·IRMS外,还有由电流传感器的直流残余电流引起的转矩的正弦脉动:

KTPhase·√2I0·Sin(θ-120)


转矩脉动的频率与电机的转速及极对数成正比:

f = p·N/60

其中p为电机的极对数,N为电机的转速(rpm)。


电流指令为0时,电机将产生频率为f = p·N/60的正弦振动。



03
“大马拉小车”引起较大转矩、转速波动



相位控制的直流无刷电机的运行存在转矩波动,引起转矩波动的因素很多,其中一个因素是电流传感器的直流残余电压引起的转矩波动。


转矩波动的频率与电机的转速及极对数成正比。例如,一个6极电机的转速为600 rpm,则由电流传感器的直流残余电压引起的转矩波电流传感器通常有1%到2%的直流残余电压,相对于驱动器峰值电流的1%到2%。对20 A驱动器来说,峰值电流为40 A,电流传感器2%的直流残余电压相对于400 mA。如果用20 A驱动器驱动一个连续电流只有1 A的直流无刷电机,400 mA引起的转矩波动将是电动机连续转矩的40%,这是绝对不能允许的。


电流传感器的直流残余电压随着驱动器额定电流的增大而增大,因此选择大功率驱动器驱动小功率伺服电机(大马拉小车),将产生不必要的转矩波动,引起转速的波动。


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