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談談永磁同步電機的系統結構


談談永磁同步電機的系統結構

  永磁同步電機伺服系統除電機外,系統主要包括驅動單元、位置控制系統、速度控制器、轉矩和電流控制器、位置反饋單元、電流反饋單元、通訊接口單元等。

  1.永磁式交流同步伺服電機。永磁同步電機永磁式同步電機具有結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高的特點。和直流電機相比,它沒有直流電機的換向器和電刷等需要更多維護給應用帶來不便的缺點。相對異步電動機而言則比較簡單,定子電流和定子電阻損耗減小,且轉子參數可測、控制性能好,但存在最大轉矩受永磁體去磁約束,抗震能力差,高轉速受限制,功率較小,成本高和起動困難等缺點。與普通同步電動機相比,它省去了勵磁裝置,簡化了結構,提高了效率。永磁同步電機矢量控制系統能夠實現高精度、高動態性能、大范圍的調速或定位控制,因此永磁同步電機矢量控制系統引起了國內外學者的廣泛關注。

  2.驅動單元。驅動單元采用三相全橋自控整流,三相正弦PWM電壓型逆變器變頻的AC-DC-AC結構。設有軟啟動電路和能耗泄放電路可避免上電時出現過大的瞬時電流以及電機制動時產生很高的泵升電壓。逆變部分采用集驅動電路,保護電路和功率開關于一體的智能功率模塊(IPM)。

  3.控制單元。控制單元是整個交流伺服系統的核心, 實現系統位置控制、速度控制、轉矩和電流控制器。具有快速的數據處理能力的數字信號處理器(DSP)被廣泛應用于交流伺服系統,集成了豐富的用于電機控制的專用集成電路,如A/D轉換器、PWM發生器、定時計數器電路、異步通訊電路、CAN總線收發器以及高速的可編程靜態RAM和大容量的程序存儲器等。

  4.位置控制系統。對于不同的信號,位置控制系統所表現出的特性是不同的。典型的輸入信號有三種形式:位置輸入(位置階躍輸入)、速度輸入(斜坡輸入)以及加速度輸入(拋物線輸入)。位置傳感器一般采用高分辨率的旋轉變壓器、光電編碼器、磁編碼器等元件。旋轉變壓器輸出兩相正交波形,能輸出轉子的絕對位置,但其解碼電路復雜,價格昂貴。磁編碼器是實現數字反饋控制性價比較高的器件,還可以依靠磁極變化檢測位置,目前正處于研究階段,其分辨率較低。

  5.接口通訊單元。接口包括鍵盤/顯示、控制I/O接口、串行通信等。伺服單元內部及對外的I/O接口電路中,有許多數字信號需要隔離。這些數字信號代表的信息不同,更新速度也不同。

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