【精品】永磁同步電機(jī)(PMSM)角度測(cè)量

1、本文參照意法半導(dǎo)體文章：STM32F103xx PMSM FOC software library UM.pdf ;內(nèi)容：通過(guò) 霍爾信號(hào) 與相線反電動(dòng)勢(shì) 相位信息獲取準(zhǔn)確轉(zhuǎn)子相位信息；測(cè)試設(shè)備：R&S RTE系列示波器一臺(tái)，無(wú)刷直流電機(jī)一臺(tái)，500W FOC矢量控制器一臺(tái)；具體實(shí)現(xiàn)：首先，使用三電阻確定中性點(diǎn)；然后使控制器與霍爾傳感器相連接，上電，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)；最后，令通道CH1的參考電壓線連接電機(jī)中性點(diǎn)，而探針測(cè)量某一相線 （藍(lán)色），另一探針 CH2先后測(cè)量三相霍爾傳感器輸出信號(hào)，具體電路參照附圖，測(cè)量結(jié)果如 下：1#<圖1>黃色信號(hào)：藍(lán)色相線反電動(dòng)勢(shì)電壓信號(hào)；綠色信號(hào)：

2、黃色霍爾傳感器信號(hào)；霍爾信號(hào)的上升沿與第一個(gè)相反電動(dòng)勢(shì)波峰角度：（13.6ms*360度）/16.4ms=298.5 度;!3MH 12-23D3:3a：J221；木平333.334lo.ooaor40.2500-Edgejc313 mV峙町.門(mén)iiivI“J#<圖2>黃色信號(hào)：藍(lán)色相線反電動(dòng)勢(shì)電壓信號(hào)；綠色信號(hào)：綠色霍爾傳感器信號(hào)；霍爾信號(hào)的上升沿與第一個(gè)相反電動(dòng)勢(shì)波峰角度：（2.7ms*360度）/16.5ms=58.9度（此時(shí)，在<圖3> 黃色信號(hào)：藍(lán)色相線反電動(dòng)勢(shì)電壓信號(hào)；綠色信號(hào)：藍(lán)色霍爾傳感器信號(hào)；霍爾信號(hào)的上升沿與第一個(gè)相反電動(dòng)勢(shì)波峰角度：(7.6ms*3

3、60 度)/15.2ms=180 度;112-23葉二<圖4>藍(lán)色波形：藍(lán)色Hall信號(hào) 黃色波形：綠色相反電動(dòng)勢(shì); 綠色波形：藍(lán)色相反電動(dòng)勢(shì); 橙色波形：黃色相反電動(dòng)勢(shì);ww岡口 辱7麗囹口 ©0凹固3<圖5>藍(lán)色波形：藍(lán)色相反電動(dòng)勢(shì);黃色波形：黃色Hall信號(hào);綠色波形：綠色Hall信號(hào)橙色波形：藍(lán)色Hall信號(hào)<圖6>M Po$; itLQOrrwCH2 7 1.6SV* I i I光標(biāo)2 】lUrns 5£0Vu * 11 、 I It 1 丄吊 ihomF *-加“-巧備5;信源I a 3.2C0ms1 古 312,5Hz占 6

4、Q0rnV 充奈 7.20ms E2叫WlRIThit<圖7>M P&i： 10.00ms1fl.4rris光標(biāo)1I-2O0mV I垃 13.60ms 占 51.02H? V 5.60?CURSOR 類(lèi)型信源BBS紫色波形：A相電機(jī)線對(duì)地反電動(dòng)勢(shì)； 綠色波形：A相電機(jī)線對(duì) 中性點(diǎn)反電動(dòng)勢(shì);4峰峰角差：由以上兩圖可知：(3.2ms/39.2ms)*360度P9.4度結(jié)論：1、關(guān)于霍爾偏移角度，以及它的用處，只想通過(guò)一副簡(jiǎn)圖及一段文字說(shuō)明：如下圖所示，dq為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶枯S Yr (即轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向)與 d軸重合。說(shuō)到此處，產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榛魻杺鞲衅魇情_(kāi)關(guān)信號(hào)，無(wú)法

5、表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱，因此導(dǎo)致其無(wú)法準(zhǔn)確定位 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心軸 的位置，而只能將中心軸封鎖在一定角度內(nèi)。 針對(duì)此問(wèn)題， 我們發(fā)現(xiàn)，還有一頭物理量可以準(zhǔn)確獲悉轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心軸線的位置，那就是相線反電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)是模擬信號(hào)，通過(guò)它的強(qiáng)弱(幅值)，可以間接推出轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)弱，并且反電 動(dòng)勢(shì)最強(qiáng)的那個(gè)點(diǎn)，肯定就是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的中心軸線位置，由此，配合霍爾信號(hào)，我們就可以 獲知磁場(chǎng)中心軸線 與開(kāi)關(guān)霍爾信號(hào)上升沿 之間的固定角度差，然后，由此推出轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中 心軸線的準(zhǔn)確空間相位，然后，沒(méi)了！2、至于轉(zhuǎn)子相位角的確定，推到如下：轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康扔谟来艅?lì)磁磁場(chǎng)鏈過(guò)A , B , C繞組產(chǎn)生5#的磁鏈之和。YfA =：mf*

6、iA,J3Lmf *i B ,YfC =Lmf *i C,其中,Lmf為等效勵(lì)磁電感,iA,#iB, ic為三相靜子電流。在正弦穩(wěn)態(tài)下，正弦三相電流瞬時(shí)值可表示為:iA(t)=2 lsicos( si +Oi);iB(t)= . 2 I s1cos( st + 1 - 120°);ic(t)= 2 I s1cos( st + 1 - 240°);令 Is = iA(t) + iB(t)ej120+ ic(t)e-j120 = l*e( s s*t+1)j，- 2 Is1=l;根據(jù)上式，我們發(fā)現(xiàn)，Is的相位與iA(t)的相位是一樣的，同理可得，對(duì)于申的相位同樣可以用YfA的相

7、位代之。由此，問(wèn)題就好解決了，我們根據(jù)<圖2>,可以獲悉 < 圖2>中某相線反電動(dòng)勢(shì)的相位，倒推可知三相合成反電動(dòng)勢(shì)的相位，而此反電動(dòng)勢(shì)又反應(yīng)了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的變化規(guī)律，即可以提取出磁場(chǎng)的相位信息，即轉(zhuǎn)子的相位信息，根據(jù)現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 介紹，YgA與BgAmax間存在固定倍比關(guān)系，且磁鏈?zhǔn)噶枯S線與磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)軸線一致，所以由 此可以知道磁鏈?zhǔn)噶?Yf的相位信息。#<圖8><圖9>6#PMSM電機(jī)模附圖：霍爾信號(hào)，反電動(dòng)勢(shì)的測(cè)試原理圖：原理圖中包含通道隔離示波器, 型，霍爾濾波電路， STM32F103芯片。#PMSM電機(jī)vcc3.3VVW-1.OKQ-WA1.0kQ-AAA1.0kQifiig隔離示波器7 -jTTeBExt T呷r±ww3.3knwv：3.3kQ33kQ=±4+7nF2,2kf2.2kivcc.- FnaARn- PUSl-ftDL- PDBADZFOEUAg t?DtjACi!h- L DEL-G PQ.s 7AD7- EftVPP-100