什么是锁相
故事从电机厂开始说起,此刻我左手拿着电机,右手拿着旋变要往上装。先装旋变的转子,往电机转子轴上套,接着安装旋变定子,螺丝一打,通电!动作行云流水,读取位置传感器角度,哈,怎么是49度。电机出厂的时候位置要卡在零度,不是零度可怎么办?那再装一次,这次装的时候手没抓稳,装定子的时候换了个方向,通电!这次是153度。
这时候老师傅过来了,骂道,谁的运气那么好能直接对上零位!要锁相的!
故事讲完了,进入正题。安装旋变的时候,位置传感器显示出的位置是非零的,为了解决这个问题,这里有需要办两个事情:首先,得先定义电机哪个位置是零位,电机一圈360度,零度的刻度画在哪里?第二,旋变的零位怎么样才能和电机的零位一一对应。
接下来讲方法:
怎么做的呢?给电机定子通直流电,此时电机会产生一个方向恒定的磁场,恒定磁场和永磁体磁极相互吸引,电机转子转动,最终电机转子会停在一个位置不动,(这些位置也是有规律的,下面会介绍怎么回事)把这个位置定位成零位,这里解决了第一个问题。
到这一步为止,还不能装完旋变,需要调整旋变定子的位置,旋转定子让传感器读数显示到零位,到零了以后再把定位旋变定子的螺丝打紧,这个时候电机真实停到的位置是零位,位置传感器上显示的数值也是零,第二个问题解决了。
电机标零的思路就是上面讲的这些,但是如果要把理论完全落实到实际,还要再细化一下锁相的过程,看两个案例:
案例1:
给电机定子供直流电。U相接直流电源负极,V相和W相接直流电源正极,则定子产生的磁场方向沿着U方向。假设转子起始位置如左下图所示(磁铁代表转子),电机定子通直流电后,异性磁极相吸,转子实际位置如右下图所示,当然最终的情况也有可能是转子NS极对调(会差个180度)。
案例2:
给电机定子供直流电。W相接直流电源负极,U相和V相接直流电源正极,则定子产生的磁场方向沿着W方向。转子起始位置如左下图所示,电机定子通直流电后,转子实际位置如右下图所示,同样的,最终的情况也有可能是转子NS极对调(会差个180度)。
转子静止不动后,再通过调整旋变的定子位置,将此刻转子所在的位置标为零度。至此,电机就完成标零的所有工作了。
好了,分享完了上面两个案例,有什么想法?
这里我狡猾地安排了两个案例,有没有发现什么问题?同样的初始转子位置,因为直流电接线的差异,最终转子会吸引在不同的位置(记住这个现象,很重要)。那么也就是说,不同的接线方式,会导致不同的零位定义,这还得了!标准多,容易乱套。
锁相差异带来的问题
来看下这会导致什么问题,先把所有可能的锁相位置画出来:
以上转子的位置是锁相后转子可能停留的位置,当然也还有其他三种可能,N极和S极对调的情况。
倘若电机此刻恰好停留在q轴的位置,那么按照以上绘制的三种零位定义方式,则位置传感器分别的读数是0度,60度,120度。也有可能实际上是0+180度,60+180度,120+180度。(对应上图中NS级对调的情况)
如果你不清楚电机是采用何种方式去锁相的,而恰巧你的控制器定义零位的方式与电机厂的有差异,那么就会出现一个问题,在做三环控制的时候,会一直拿一个错误的位置信号(与真实的位置差一个偏置角度)去控制。例如,你的控制器定义零位的方式如上图左一,而你拿到的电机在出厂标定的时候,厂家是按照中间去定义的零位,那么就会一直出现一个60度的角度偏置,这样控制起来肯定会不稳定,甚至会震荡。
如何测量零位offset角度
问题描述清楚了,实际上,厂家与厂家之间标零的方式一不留神就有差异来,是太常见的现象。那么能否用一种测试方法,即使不知道厂家的标零方式,也能直接测量出因为零位定义差异带来的角度偏置呢?答案当然是有的,感兴趣的朋友可以评论讨论。