永磁交流伺服电机的编码器相位为何要与磁极相位？

永磁交流伺服电机的编码器相位为什么要与转子磁极相位对齐？ 其唯一目的是实现矢量控制的目标，将d轴励磁分量和q轴输出分量解耦，使永磁交流伺服电机定子绕组产生的电磁场始终与转子正交永久磁场，从而获得最佳的输出效果。 ，即“类DC特性”。 这种控制方法也称为磁场定向控制（FOC）。 实现FOC控制目标的外在表现是永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形一致。 保持一致，如下图所示：

图1

因此，由反之可知，只要找到一种方法，使永磁交流伺服电机的“相电流”波形与“相反电势”波形保持一致，就可以达到FOC控制的目的，使永磁交流伺服电机的初级电磁场与磁极永磁场正交，即波形相差90度电角，如下图所示：

图2

如何想办法让永磁交流伺服电机的“相电流”波形与“反电位”波形保持一致？ 从图1可以看出，只要能够随时检测到正弦反电势波形的电角相位，那么基于电角相位就比较容易产生与反电势波形一致的正弦相电流波形。角相位。

这里需要明确的是，永磁交流伺服电机所谓的电角度是a相（U相）相反电动势波形的正弦（Sin）相位，因此相位对准可以换算成编码器相位和反电动势波形相位的对准。 关系; 另一方面，电角度也是转子坐标系的d轴（直轴）与定子坐标系的a轴（U轴）或α轴之间的角度，这有助于图形分析。

在实际操作中，欧美厂商习惯于通过在电机绕组中通入小于额定电流的直流电流来对准编码器和转子磁极的相位，从而对电机转子进行定向。 当小于额定电流的直流电流通过电机绕组时，在无外力的情况下，初级电磁场与磁极的永久磁场相互作用，它们会相互吸引并自行定位处于相位差为0度的平衡位置，如下图所示：

图3

对比上图3和图2可以看出，虽然a相（U相）绕组（红色）的位置位于电磁场波形的峰值中心（特定角度），但在FOC控制下， a相（U相）中心与永磁体q轴对齐； 在空载方向时，a相（U相）的中心与d轴对齐。 也就是说，空载定向时，相对于初级（定子）绕组，次级（转子）磁体坐标系的d轴将向左移动90度电角度，与原始位置重合FOC 控制下的 q 轴。 这样，就实现了转子空载定向时a轴(U轴)或α轴与d轴之间的对准关系。

此时，相位对准电角0度。 施加在电机绕组上的转子定向电流的方向为bc相（VW相）in和a相（U相）out。 由于b相（V相）和c相（W相）是并联关系，流过b相（V相）和c相（W相）的电流可能不平衡，从而影响转子定向的准确性。

实用的转子定向电流应用方法是b相（V相）进，a相（U相）出，即a相（U相）和b相（V相）串联，a相可以获得完全一致的幅度。 （U相）和b相（V相）电流有利于定向的准确性。 此时a相（U相）绕组（红色）的位置与d轴相差30度电角度，即a轴（U轴）或对准α轴距d轴（负）30度的电角位置，如图：

图4

上述两种转子定向方式对应的绕组相反电位波形、线反电动势、电角度的关系如下图所示。 棕色线是a轴（U轴）或与d轴对齐的α轴，即直接与电角对齐。 0分； 紫色线是a轴（U轴）或α轴对齐到与d轴相差（负）30度的电角位置，即对齐到-30度电角点:

图5

上述两种转子定向方法在dq转子坐标系和abc(UVW)或αβ定子坐标系下的矢量关系如图6所示：

图6

图中棕色线所示的d轴与a轴（U轴）或α轴对齐，即与电角0点对齐。 对准方法是向电机绕组施加固定电角相位为-90度的电流矢量。 在空载情况下，电机转子的d轴在FOC控制下会移动到电角相位为-90度的电流矢量q轴分量的位置。 ，即与图中a轴或α轴重合的位置，最终定向到该位置，即电角度为0度。

紫色线所示的d轴与a轴（U轴）或α轴相差30度，即与-30度电角点对齐。 对准方法是向电机绕组施加固定电角相位为-60度的电流矢量。 在空载情况下，电机转子的 d 轴将移动到 FOC 下电角相位为 -60 度的电流矢量 q 轴分量的位置。 ，即图中顺时针方向距a轴或α轴30度的位置，最终定向到这个位置，即-30度的电角。

说明一点：文中关于U、V、W相与a、b、c相的描述，U、V、W轴与a、b、c轴是一一对应的。

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