无感FOC风机控制原理
无感FOC控制原理
无感FOC控制原理无感FOC(Field Oriented Control,磁场定向控制)是一种电机控制技术,用于精确控制交流电机的转矩和速度。
它通过将电机的磁场分解为直轴和交轴磁场,并独立控制它们的大小和相位,实现对电机的精确控制。
在无感FOC中,通过估计电机的转子位置和速度,可以将三相交流电机的电流转换为直轴(Id)和交轴(Iq)电流。
直轴电流产生直轴磁场,交轴电流产生交轴磁场。
根据电机的位置和速度,控制器可以调整直轴和交轴电流的大小和相位,以实现所需的转矩和速度控制。
具体来说,无感FOC的控制流程如下:1.位置和速度估计:通过使用传感器(例如编码器)或传感器融合算法,估计电机的转子位置和速度。
2.转矩控制:根据所需的转矩输出,计算直轴电流(Id)的参考值。
3.磁场定向:根据电机的位置和速度,计算交轴电流(Iq)的参考值,以实现所需的磁场方向。
4.电流控制:通过电流控制环路,将直轴和交轴电流的实际值调整为参考值。
5.逆变器控制:将控制后的直轴和交轴电流转换为逆变器的控制信号,以驱动电机。
通过以上控制流程,无感FOC可以实现对电机的精确控制。
它具有高效率、高动态响应和低噪声等优点,适用于需要精确控制的应用,如工业驱动、电动汽车和机器人等。
然而,无感FOC也存在一些挑战和限制。
例如,电机参数的精确测量和模型的准确性对控制性能至关重要。
此外,高频噪声和电机参数变化可能会导致控制器的不稳定性。
因此,在实际应用中,需要结合合适的传感器和控制算法,以提高控制性能和稳定性。
总之,无感FOC是一种先进的电机控制技术,通过磁场定向和电流控制实现对电机的精确控制。
它在工业驱动和电动汽车等领域有广泛应用前景,但也需要克服一些挑战和限制,以实现更高的控制性能和稳定性。
新唐foc方案
新唐FOC方案引言新唐(New Tang)是一家全球领先的半导体解决方案提供商,他们提供了一系列的电机驱动器方案,其中之一是FOC(Field Oriented Control,矢量控制)方案。
本文将介绍新唐FOC方案的原理、特点以及应用领域。
什么是FOC?FOC是一种先进的电机控制技术,通过将电机坐标系变换到特定方向,使得电机的控制更加简单和精确。
通过FOC,可以实现电机的高效率、高性能和高精度控制。
FOC方案基于电流反馈控制,通过感知电机的位置和速度信息,以及外部控制信号,从而实现电机的精确控制。
FOC方案通过将电流分成两个部分:一个部分通过与电机的磁场同相(direct轴)流动,用于控制电机的磁场方向和强度;另一个部分通过与电机的磁场垂直(quadrature轴)流动,用于产生电机的转矩。
新唐FOC方案的原理新唐FOC方案基于先进的算法和控制器,通过以下步骤实现对电机的精确控制:1.电机模型建立:根据电机的参数和特性建立数学模型。
2.速度和位置估计:通过传感器获取电机的转速和位置信息,或者利用FOC算法进行估计。
3.控制器设计:设计合适的FOC控制器,包括速度环和电流环控制器。
4.电流控制:根据速度和位置估计值以及外部输入信号,通过FOC控制器计算出电流指令。
5.电流转换:将电流指令转换成电机驱动器可识别的信号,如PWM信号。
6.电机驱动:将转换后的信号输出到电机驱动器,控制电机的运动。
新唐FOC方案的特点新唐FOC方案具有以下特点:1.精确控制:FOC方案通过高精度的速度和位置估计,以及精确的控制算法,实现对电机的精确控制。
2.高效率:FOC方案可以最大限度地提高电机的转换效率,减少能量损耗,提高系统的能效。
3.高性能:FOC方案可以实现电机的高性能控制,包括高速响应、高力矩输出和高转矩精度。
4.噪音低:FOC方案通过控制电机的磁场方向和强度,减少电机的震动和噪音。
5.支持多种电机类型:新唐FOC方案适用于多种类型的电机,包括直流电机、异步电机和永磁同步电机等。
无感FOC控制原理
- 定子坐标系(静止)
― A-B-C坐标系(三相定子绕组、相差120度) ― α-β坐标系(直角坐标系:α 轴与A轴重合、 β 轴超前α 轴90度)
- 转子坐标系(旋转)
― d-q坐标系(d轴-转子磁极的轴线、q轴超前d轴90度 ) - 定向坐标系(旋转) ― M-T坐标系( M轴固定在定向的磁链矢量上,T轴超前M轴90度 )
ADC Channel 7
电流采样方式选择
比较内容 母线电阻 1 2 3 MCU运算开销 支持电机运行范围 硬件需求 大 大 1shunt+高带 宽运放 电流采样方式 双电阻 小 略低 2 shunt +普 通带宽轨到轨 双运放 一般 好 三电阻 中 大 3shunt +普通 带宽轨到轨四 运放 差 好
FOC的控制要素—母线电流还原相电流
母线电阻电流采样
通过直流母线侧一个电阻,实现一个周期内两相电流的测量,第三相电 流由 得到。 SVPWM开关 VS 直流母线电流
FOC的控制要素—相电流采样
单电阻ADC采样
SVPWM单直流母线电阻采样 CC83 ST信号用来硬件触发ADC
Power MOSFET
使用V0矢量
使用V7矢量
7段SVPWM、5段SVPWM端电压对比
7段SVPWM、5段SVPWM选择
比较内容
1 2 3 4 THD 开关损耗 功率开关 调制波形
SVPWM模式 7段SVPWM 较低,性能好 较高 多 连续 5段SVPWM 较高,性能差 减少1/3 少 不连续
5
母线电压利用率
一致
4 5
电路一致性 电流还原效果
好 略差
FOC的控制要素—闭环控制
无感FOC控制原理
无感FOC控制原理
FOC(Field-Oriented Control)即磁场定向控制,是一种电机矢量
控制方法。
它通过将三相交流电机的控制转化为两个独立轴的控制,分别
是磁场轴和扭矩轴,从而实现电机的高性能控制。
FOC的基本原理是将三相交流电机的磁场定向到一个轴上,再根据需
要的扭矩进行控制,从而实现电机的高效、精准控制。
FOC的控制过程主要包括四个步骤:磁场转换、磁场定向、电流控制
和速度/位置控制。
首先,在磁场转换阶段,三相交流电流经过变换,被转换到一个以磁
场轴为方向的直流电流上。
这一步骤是为了将三相交流电机的控制转化为
直流电机的控制。
然后,在磁场定向阶段,经过磁场转换后的直流电流被分解为两个分量,一个是磁场轴上的电流(Id),另一个是扭矩轴上的电流(Iq)。
磁
场轴的电流控制电机的磁通,扭矩轴的电流控制电机的转矩。
接下来,在电流控制阶段,通过对磁场轴和扭矩轴上的电流进行控制,来达到对电机磁通和转矩的控制。
通常采用PID控制算法来实现电流控制,根据反馈信号和期望值之间的差异来调节输出信号。
最后,在速度/位置控制阶段,根据需要对电机的速度或位置进行控制。
通常通过对电机角度或速度进行反馈,结合PID控制算法来实现。
FOC控制的优点在于能够实现高效、高精度的电机控制,具有较低的
谐波失真和较高的输出效率。
同时,FOC控制还可以实现电机的快速动态
响应和较低的转矩波动。
总的来说,FOC控制是一种能够实现电机高性能控制的方法,通过将电机的磁场定向到一个轴上,并根据需要控制扭矩和速度/位置,实现电机精准、高效的控制。
什么是FOC
什么是FOC?FOC(field-oriented control)为磁场导向控制,又称为矢量控制(vectorcontrol),是一种利用变频器(VFD)控制三相交流马达的技术,利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度,来控制马达的输出。
其特性是可以个别控制马达的的磁场及转矩,类似他激式直流马达的特性。
由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示,因此称为矢量控制。
是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最佳选择。
FOC精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。
由于FOC的优势明显,目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式,在运动控制行业中备受瞩目。
矢量控制可以适用在交流感应马达及直流无刷马达,早期开发的目的为了高性能的马达应用,可以在整个频率范围内运转、马达零速时可以输出额定转矩、且可以快速的加减速。
不过相较于直流马达,矢量控制可配合交流马达使用,马达体积小,成本及能耗都较低,因此开始受到产业界的关注。
矢量控制除了用在高性能的马达应用场合外,也已用在一些其他行业中,目前就有太兆智控公司以矢量控制技术为核心,将矢量控制广泛应用于服务机器人、家电、AGV、电动工具和工业控制等行业中,并不断拓展其他领域。
FOC按照电机有无传感器来区分可以分为有传感器FOC和无传感器FOC。
对于有传感器FOC,由于电机的传感器(一般为编码器)能反馈电机转子的位置信息,因此在控制中可以不使用位置估算算法,控制起来相对无传感器FOC 简单,但是对带传感器的电机应用来说,往往对控制性能要求较高。
对于无传感器FOC,由于电机不带任何传感器,因此不能通过简单读取传感器的测量值来得到电机转子的位置信息,所以在控制中需要通过采集电机相电流,使用位置估算算法来计算转子位置。
虽然无感FOC的控制难度较大,但是它可以避免传感器故障的风险,并且省去了传感器的成本,同时简化了电机与驱动板间的布线。
foc控制算法及原理详解
foc控制算法及原理详解FOC(field-oriented control)为磁场导向控制,又称为矢量控制(vector control),是一种利用变频器(VFD)控制三相交流马达的技术,利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度,来控制马达的输出。
其特性是可以个别控制马达的的磁场及转矩,类似他激式直流马达的特性。
由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示,因此称为矢量控制。
达姆施塔特工业大学的K. Hasse及西门子公司的F. Blaschke分别在1968年及1970年代初期提出矢量控制的概念。
Hasse提出的是间接矢量控制,Blaschke提出的是直接矢量控制。
布伦瑞克工业大学的维尔纳·莱昂哈德(Leonhard further)进一步开发磁场导向控制的控术,因此交流马达驱动器开始有机会取代直流马达驱动器。
当时微处理器尚未商品化,但已经出现泛用的交流马达驱动器。
当时相较于直流马达驱动器,交流马达驱动器的成本高、架构复杂,而且不易维护。
而当时的矢量控制需要许多传感器及放大器等元件,因此无法将矢量控制应用在交流马达驱动器中。
派克变换一直被用在同步马达及感应马达的分析及研究,是了解磁场导向控制最需要知道的概念。
这个概念是罗伯特·派克(Robert Park)在1929年的论文中提出的。
派克变换被列为二十世纪发表电力电子相关论文中,第二重要的论文。
派克变换的重要性是可以将马达有关的微分方程,由变系数微分方程变成“时不变”系数的微分方程。
矢量控制可以适用在交流感应马达及直流无刷马达,早期开发的目的为了高性能的马达应用,可以在整个频率范围内运转、马达零速时可以输出额定转矩、且可以快速的加减速。
不过相较于直流马达,矢量控制可配合交流马达使用,马达体积小,成本及能耗都较低,因此开始受到产业界的关注。
矢量控制除了用在高性能的马达应用场合外,也已用在一些家电中VFD-VE系列的向量控制核心技术是FOC((Field Oriented Control),也就是业界通称的磁场导向控制或磁束向量控制。
foc算法 电机初始位置角 三角形电机
foc算法电机初始位置角三角形电机【引言】在当今社会,电机驱动系统在各种设备中得到了广泛的应用,从家用电器到工业生产,无处不在。
电机控制技术的发展使得电机运行更加高效、稳定。
其中,FOC(Field Oriented Control)算法凭借着出色的性能,成为了电机控制领域的佼佼者。
本文将介绍FOC算法在三角形电机控制中的应用,以及电机初始位置角的重要性。
【FOC算法简介】FOC算法,又称场导向控制算法,是一种基于矢量控制的无刷直流电机控制策略。
它通过将电机的磁场和转矩分别进行解耦控制,实现对电机的精确、高性能控制。
相较于传统的电压源逆变器(VSI)控制,FOC算法具有更好的动态性能和静态性能。
【电机初始位置角的重要性】在FOC算法中,电机的初始位置角对于控制性能具有至关重要的影响。
正确的初始位置角可以确保电机在启动时能够迅速达到同步速度,减小启动过程中的冲击电流,提高电机的运行效率。
此外,准确地检测电机初始位置角,还有助于实现电机的零速启动和高效运行。
【三角形电机的原理与应用】三角形电机,又称三相交流电机,是一种广泛应用于工业领域的电机类型。
它的特点是结构简单、运行可靠、效率高。
三角形电机的工作原理是通过调节三相电流的大小和相位,实现对电机转矩和转速的控制。
在实际应用中,三角形电机常用于风机、水泵、压缩机等设备。
【FOC算法在三角形电机控制中的实现】在三角形电机控制中,FOC算法通过实时检测电机的电流、电压和转速等参数,计算出电机所需的磁场电流和转矩电流。
然后,通过调节电机的三相电流,使电机磁场和转矩分别达到预设值。
在控制过程中,FOC算法能够实现电机的快速响应和无静差控制,从而提高电机的运行效率和稳定性。
【结论】总之,FOC算法在三角形电机控制中具有显著的优势。
通过准确地检测电机初始位置角和实时调节电机电流,FOC算法实现了对三角形电机的高性能控制。
无传感器PSMS马达FOC控制算法详解
is e s = T ω T ∝ is
v
电机
瞬时功率
− 转矩 x 转速 = 反电势 x 相电流
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PMSM运行
转矩产生
考虑到F的方向,T=Fr sin θ
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PMSM特性
理想的反电势不含有谐波 使得音频噪声减少 更高的效率——减少了寄生能量, 这种能量可激发机械部件、导致其 处于不可控的状态
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1258 FOC
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1258 FOC
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PMSM特性
v ea eb ec
ωt
PMSM的反电势波形
具有正弦反电势波形的无刷电机 同步AC电机 BLAC PMSM
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课程安排
PMSM概述 PMSM的FOC控制 无传感器技术 DMCI介绍——一种有用的工具 演示1:整定PI参数 演示2:整定无传感器控制参数 回顾,答疑(Q&A)
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foc控制算法及原理详解
foc控制算法及原理详解FOC(field-oriented control)为磁场导向控制,又称为矢量控制(vector control),是一种利用变频器(VFD)控制三相交流马达的技术,利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度,来控制马达的输出。
其特性是可以个别控制马达的的磁场及转矩,类似他激式直流马达的特性。
由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示,因此称为矢量控制。
达姆施塔特工业大学的K. Hasse及西门子公司的F. Blaschke分别在1968年及1970年代初期提出矢量控制的概念。
Hasse提出的是间接矢量控制,Blaschke提出的是直接矢量控制。
布伦瑞克工业大学的维尔纳·莱昂哈德(Leonhard further)进一步开发磁场导向控制的控术,因此交流马达驱动器开始有机会取代直流马达驱动器。
当时微处理器尚未商品化,但已经出现泛用的交流马达驱动器。
当时相较于直流马达驱动器,交流马达驱动器的成本高、架构复杂,而且不易维护。
而当时的矢量控制需要许多传感器及放大器等元件,因此无法将矢量控制应用在交流马达驱动器中。
派克变换一直被用在同步马达及感应马达的分析及研究,是了解磁场导向控制最需要知道的概念。
这个概念是罗伯特·派克(Robert Park)在1929年的论文中提出的。
派克变换被列为二十世纪发表电力电子相关论文中,第二重要的论文。
派克变换的重要性是可以将马达有关的微分方程,由变系数微分方程变成“时不变”系数的微分方程。
矢量控制可以适用在交流感应马达及直流无刷马达,早期开发的目的为了高性能的马达应用,可以在整个频率范围内运转、马达零速时可以输出额定转矩、且可以快速的加减速。
不过相较于直流马达,矢量控制可配合交流马达使用,马达体积小,成本及能耗都较低,因此开始受到产业界的关注。
矢量控制除了用在高性能的马达应用场合外,也已用在一些家电中VFD-VE系列的向量控制核心技术是FOC((Field Oriented Control),也就是业界通称的磁场导向控制或磁束向量控制。
电机控制中的FOC
电机控制中的FOCFOC(Field-Oriented Control),即磁场定向控制,也称矢量变频,是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最佳选择。
FOC 精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。
由于FOC的优势明显,目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式,在运动控制行业中备受瞩目。
FOC典型控制框图如下。
为了得到电机转子的位置、电机转速、电流大小等信息作为反馈,首先需要采集电机相电流,对其进行一系列的数学变换和估算算法后得到解耦了的易用控制的反馈量。
然后,根据反馈量与目标值的误差进行动态调节,最终输出3相正弦波驱动电机转动。
FOC按照电机有无传感器来区分可以分为有传感器FOC和无传感器FOC。
对于有传感器FOC,由于电机的传感器(一般为编码器)能反馈电机转子的位置信息,因此在控制中可以不使用位置估算算法,控制起来相对无传感器FOC 简单,但是对带传感器的电机应用来说,往往对控制性能要求较高。
对于无传感器FOC,由于电机不带任何传感器,因此不能通过简单读取传感器的测量值来得到电机转子的位置信息,所以在控制中需要通过采集电机相电流,使用位置估算算法来计算转子位置。
虽然无感FOC的控制难度较大,但是它可以避免传感器故障的风险,并且省去了传感器的成本,同时简化了电机与驱动板间的布线。
目前,无感FOC多应用在风机类的场合中。
除了以上提到的纯粹的有传感器FOC和无传感器FOC,在一些场合中,也常常结合无传感器和有传感器控制的优点进一步提高控制性能。
在FOC电机控制中,应用到的算法除了上文提到的无传感器位置估算算法外,还有转子定位算法、最大转矩、最大电压提速算法、顺风启动算法、逆风启动算法、恒功率算法、缺相检测算法等。
轻动科技拥有完善的FOC技术,在业内处于领先水平。
变频伺服步进工控产品研发生产技术方案提供商深圳市伊瑞软件技术有限公司Shenzhen Erik Software Technology Co.,Ltd。
老算法的新应用(中)无感FOC电调在无人机航模无刷电机上的运用
老算法的新应用(中)无感FOC电调在无人机航模无刷电机上的运用打开文本图片集采用方波控制算法的电调,让无刷电机真正被引入航模及无人机领域。
不过在使用过程中,这种控制算法的劣势也越来越明显。
这也让一种早已有之的算法——FOC被引入无刷电调的设计中。
传统电调的控制方式传统电调控制无刷电机内线圈绕组换向,多用六步换向法,控制方式则是方波控制(图1)。
所谓方波控制,就是上述切换只负责开关电路,绕组的电流只有“通”和“断”两种状态;电调通过控制接通的频率来调节转速,通过控制“通”和“断”的比例来控制平均电流大小。
在一个控制周期内,绕组线圈的“通”、“断”比例被称为“占空比”,这种控制称为占空比控制(PWM,图2)。
在方波控制方式下,电调只需控制电路的“通”、“断”。
这种方法的控制率算法较为简单:电调无需获得电机转子的具体角度值,只需判断感应到的反向电动势是否过零点,过零点后即可执行换向操作。
图3所示的是方波控制模式下无刷电机线圈绕组的感应反向电动势波形。
由于存在绕组感抗,因此理想状态下的矩形方波,变成了实际反馈感应到的类似于梯形的波形。
方波控制的缺陷基于前文所述六步换向法、采用方波控制算法的电调,在使用过程中暴露了其固有缺陷,具体表现为以下4点。
1.驱动电流的峰值较高方波控制模式下的电机,电机绕组线圈内的电流只有“通”和“断”两种状态。
即使在占空比很小的低功率状态下,电机电流平均值较小,绕组线圈的脉动电流峰值也会很大。
由于绕组线圈的电阻发热量与其电流值的平方成正比,因此电机的发热损耗较大(图4)。
2.存在脉动转矩如果电调采用方波控制,那么与之相连的电机内部磁场强度和方向实际是跳跃的,由此产生的扭矩自然也是脉动的。
在对控制精度要求很高的动力系统中,这种脉动会降低飞行器的稳定性,尤其是依赖扭矩控制航向的多旋翼无人机,会给自动控制带来更多的干扰因素。
3.震动和噪声较大电机内存在脉动扭矩,带来的直观感受是飞行器的震动和噪声较大。
foc无感电机启动算法
foc无感电机启动算法FOC(Field Oriented Control)无感电机启动算法是一种高效的电机控制算法,它可以实现电机的高精度控制和高效运行。
FOC无感电机启动算法的主要优点是可以实现电机的高精度控制和高效运行,同时还可以提高电机的效率和寿命。
本文将从FOC无感电机启动算法的原理、应用和优点等方面进行详细介绍。
FOC无感电机启动算法的原理FOC无感电机启动算法是一种基于磁场定向控制的电机控制算法。
它通过对电机的电流和磁场进行控制,实现电机的高精度控制和高效运行。
FOC无感电机启动算法的核心是磁场定向控制,它可以将电机的电流和磁场分解为两个正交的分量,从而实现对电机的高精度控制。
FOC无感电机启动算法的应用FOC无感电机启动算法广泛应用于电机控制领域。
它可以应用于各种类型的电机,包括直流电机、异步电机和同步电机等。
FOC无感电机启动算法可以实现电机的高精度控制和高效运行,从而提高电机的效率和寿命。
FOC无感电机启动算法还可以应用于各种领域,包括工业自动化、机器人、电动汽车等。
FOC无感电机启动算法的优点FOC无感电机启动算法具有以下优点:1. 高精度控制:FOC无感电机启动算法可以实现电机的高精度控制,从而提高电机的控制精度和稳定性。
2. 高效运行:FOC无感电机启动算法可以实现电机的高效运行,从而提高电机的效率和寿命。
3. 低噪音:FOC无感电机启动算法可以减少电机的噪音,从而提高电机的使用舒适度。
4. 易于实现:FOC无感电机启动算法可以通过软件实现,从而降低了电机控制系统的成本和复杂度。
总结FOC无感电机启动算法是一种高效的电机控制算法,它可以实现电机的高精度控制和高效运行。
FOC无感电机启动算法的应用范围广泛,可以应用于各种类型的电机和各种领域。
FOC无感电机启动算法具有高精度控制、高效运行、低噪音和易于实现等优点,是电机控制领域的重要技术。
foc vf启动原理
foc vf启动原理
FOC(Field Oriented Control,磁场定向控制)的VF
(Voltage/Frequency,电压/频率)启动原理,是变频器上应用的一种控
制方法。
这种方法主要是为了维持电机磁通在一定的水平,节约电机的耗能。
当电机电压一定而只降低频率时,磁通会过大,磁回路饱和,严重时可能烧毁电机。
因此,频率与电压需要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生。
FOC的VF启动原理不需要知道电机当前的旋转角度,只需输入三相交流电即可。
通过改变电压与频率的比值(V/F),即可进行调速以及调力矩。
在
基频以下,电机为恒力矩运行(因为还未到额定功率);在基频以上,电机为恒功率运行(此时速度越快,电机力矩越小),也叫做弱磁扩速。
如需更多关于FOC的VF启动原理的介绍,可以咨询电子工程师,或查阅相关的专业书籍。
foc低压无感方波
foc低压无感方波无感方波是指在电路中产生或处理电压或电流信号时,不产生感觉到的明显的波动。
随着科技的发展,无感方波被越来越广泛地应用于电力传输、信息传输和电子设备中。
在这篇文章中,我们将重点介绍FOC低压无感方波的原理和应用。
一、FOC低压无感方波简介FOC(Field-Oriented Control)低压无感方波是一种电力传输和控制技术,它通过精确调节电力系统中的磁场和电流,实现高效率和高功率密度的电能转换。
该技术的特点是采用先进的控制算法和高性能的功率电子器件,可以在电力传输和控制过程中减小损耗和波动。
二、FOC低压无感方波的原理FOC低压无感方波的原理基于磁场定向控制和闭环反馈控制。
首先,通过感应和控制电路检测电力系统的磁场和电流,实时监测变化并进行精确调节。
其次,通过使用高效且可调控的功率电子器件,将电力系统中输入的直流电能转换为交流电能。
最后,利用闭环反馈控制,将系统的实际输出与期望输出进行比较,并通过控制电路对电流进行调节,以达到减小损失和波动的目的。
三、FOC低压无感方波的应用FOC低压无感方波技术在电力传输和控制领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:1. 电动汽车:FOC低压无感方波技术可以提高电动汽车的能效和性能,并减少电池能量消耗。
通过准确控制电动汽车的电动机磁场和电流,可以实现更高的转速精度和更低的能量损失。
2. 工业控制系统:FOC低压无感方波技术可以应用于各种工业驱动系统,如风力发电机组、电机传动系统和机械运动控制系统。
通过减小波动和损失,可以提高系统的稳定性和能效。
3. 可再生能源:FOC低压无感方波技术还可以应用于太阳能和风能转换系统。
通过精确控制转换过程中的磁场和电流,可以最大限度地提取可再生能源,提高能源利用率和转换效率。
4. 电力传输网络:FOC低压无感方波技术可以用于电力传输和配电系统中,提高电力传输效率和稳定性。
通过减小损失和波动,可以保证电力网络的稳定供应,并减少能源消耗。
无感FOC风机控制硬件的设计指南
(在特殊请下,可以使用) ― 稳压器后端的滤波电容选择:4.7uF或以上电容,并联0.1uF电容
― 推荐采用瓷片电容 ― 电容最小值应该满足LDO的容值和ESR要求
RS232通信电路 主要功能
― 修改BMI(Boot Mode Index—引导模式索引) ― 与“风机控制调试界面”通讯
电路设计
― 电平转换芯片采用MAX232,参考设计如下图 ― 考虑灵活性,参考设计中使用P0.7/P0.6或者P1.3/P1.2作为RS232引脚,通过跳线配置。
4 硬件设计——控制板
参考设计中功率板电源电路
― 采用LM317,提供15V驱动电源; ― 采用78M05,提供5V电源,为MCU和运放电路供电
4 硬件设计——功率板
驱动部分
MOSFET选型
― 重点考虑以下因素
― 电压裕量:留有40%或以上裕量。比如24V的系统,用 55V/60V的MOSFET。60V的系统,用100V的MOSFET。
― 防反接 ― 高压小电流的防反接,可以用二极管。 ― 大电流的防反接,可以用P沟道MOSFET,典型电路如右图。这一环节会明显增加成本,所 以也经常省略。
― 滤波 ― 对于DC供电的场合,滤波电容的选择,主要考虑纹波电流、纹波电压、以及电源到功率板 的线缆情况(电感)。简化的选择依据是:在满足纹波电压的情况下,电容发热在允许范围 之内(纹波电流不至于让电容有过高的温升)。
现有运行中的风机和水泵,采用变频器和节能控制的,只占一定比例,还有很大的 节能潜力(约300~500亿kW·h/年),等效为5个1000MW的大型火力发电厂的 年发电量。
foc无感启动电流初始值
foc无感启动电流初始值随着电动机技术的不断发展,无感启动技术(Field-Oriented Control,FOC)在电动机控制领域中得到了广泛应用。
FOC无感启动电流初始值是指在电动机启动过程中,为了实现平稳启动和高效运行,需要设定的电流初始值。
FOC无感启动是一种通过控制电动机的电流和磁场方向来实现启动的技术。
在传统的电动机启动过程中,由于电动机的转子处于静止状态,启动时需要较大的电流来克服转子的惯性力,这样会导致启动过程中电流的瞬时增大,对电机和电源造成较大的冲击。
而FOC无感启动技术通过控制电流和磁场方向的变化,可以实现平滑启动,减小启动过程中的电流冲击。
在FOC无感启动中,需要设定一个合适的电流初始值,以确保启动过程中电流的平稳变化。
电流初始值的设定需要考虑多个因素。
首先,需要考虑电动机的特性和负载情况。
不同类型的电动机在启动过程中对电流的需求不同,因此需要根据电动机的特性来设定合适的初始值。
同时,负载情况也会对电流初始值的设定产生影响,较大的负载会导致启动时需要更大的电流。
其次,还需要考虑电源的容量和电网的稳定性。
电流初始值过大会对电源和电网造成较大的冲击,可能导致电源过载或电网电压波动。
因此,需要根据电源的容量和电网的稳定性来设定合适的电流初始值,以确保启动过程中的电流变化不会对电源和电网造成不良影响。
最后,还需要考虑启动过程中的动态响应和效率。
电流初始值的设定会影响启动过程中的动态响应,过大的初始值可能导致启动时间延长,过小的初始值可能导致启动过程中的电流波动较大。
同时,电流初始值的设定也会影响电动机的效率,过大的初始值会增加电机的功耗,过小的初始值可能导致电机无法正常启动。
综上所述,FOC无感启动电流初始值的设定需要考虑电动机的特性和负载情况、电源的容量和电网的稳定性,以及启动过程中的动态响应和效率。
合理设定电流初始值可以实现电动机的平稳启动和高效运行,提高电动机的性能和使用寿命。
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Ls is , Ls is 为电感电势 f , f为转子磁链(旋转磁链),
s Ls s 0
0 is f i Ls s f
无感FOC的控制核心——转子位置估算
转子位置反正切估算 反正切法
角度位置计算
速度估算 对角位置进行差分计算,再经过一阶低通滤波计算速度
无感启动方式
电机启动经历锁定、开环、闭环三种运行状态
启动---角度切换
从开环切换到闭环是关键步骤 采用逐步切换减小切换的电流变化
实验波形
电机转子位置和速度信息来自估算器而不是传感器
无感FOC的控制核心——转子位置估算
PMSM电机模型
静止坐标系下电压方程
s , s 为定子磁链,
us Rs u s 0
0 is d s i Rs s dt s
B C A
N
[11
0]
N
N
N
S
[100]
N
[100] [110] [010] [011] [001] [101] [100]
S
[01
S
0]
N
[10 1]
S
FOC的控制核心——SVPWM
参考电压矢量合成
利用基本电压空间矢量的线性时间组合得到定子参考电压Vref。
eg. 位于A区
FOC的控制核心——SVPWM
无传感器磁场定向控制(FOC) 风机控制原理
主要内容
风机用直流无刷电机 FOC的控制原理 无感FOC的控制原理
主要内容
风机用直流无刷电机 FOC的控制原理 无感FOC的控制原理
风机用电机以及控制方式
FAN Motor
ACIM
效率
BLDC/PMSM
梯形波控制
简易正弦波控制
FOC的基本概念
定义
FOC——Field Oriental Control,磁场定向控制 又称“矢量控制”,是通过控制变频器输出电压的幅值和频率控制三相交流 电机的一种变频驱动控制方法。 基本思想 通过测量和控制电机的定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对电机的励 磁电流和转矩电流进行控制,从而将三相交流电机等效为直流电机控制。 实现步骤
3 Phase PMSM
ADC Channel
FOC的控制要素—桥臂电流采样
双/三电阻电流采样
桥臂电阻采样
采样时刻
Power MOSFET
S1 S3
tdt
t t t
ADC Channel 6
3 Phase PMSM
S5 t T0/4 T2/2 T1/2 T0/4 T0/4 T1/2 T2/2 T0/4
无感FOC控制
噪声
风机用直流无刷电机
基本组成:定子绕组、转子、机体
AC定子电流 转子为永磁体
两种类型
BLDC:直流无刷电机 PMSM:永磁同步电机
差异性
PMSM的反电动势为正弦波 BLDC的反电动势为梯形波
主要内容
风机用直流无刷电机 FOC的控制原理 无感FOC的控制原理
转子磁场定向控制-- M-T坐标系与d-q坐标系重合
坐标变换过程
Park 逆变换
FOC的控制核心——SVPWM
FOC的控制核心——SVPWM
空间矢量
根据功率管的开关状态(上管导通是“1”,关闭是“0”)定义了8个 空间矢量。其中000和111是零矢量。
A IU
B IV
C
D IW
E
F
FOC的控制核心——SVPWM
扇区
空间矢量构成6个扇区
[100]
确定Vref位于哪个扇区,才能知道用哪对相邻的基本电压 空间矢量去合成Vref 。
[11 0] 0] [01
N S S N
[110]
[010]
[011]
[001]
[101]
[100]
A
B IV
C
D IW
E
F
B C D E A F
IU
[011]
S
N
S
S
1]
[00
FOC的控制要素—电流采样输入
VU
FOC V 的控制要素—母线电流
V
t
VW 母线电阻电流采样
t
SVPWM 开关 VS 直流母线电流 a b c d
e
f
g
t
IDClink
T0/2
TU
T-W
T0
TPWM
T-W
TU
T0/2
t
SVPWM.emf
VU t VV t VW
a
IDClink
b
c
d
e
f
g
t
通过坐标变换,将三相静止坐标系转化为两相旋转的坐标系,从而使三相 交流耦合的定子电流转换为相互正交,独立解耦的转矩与励磁分量,从而 到达类似于他励直流电动机通过控制转矩电流直接控制转矩的目的。
FOC的结构框图
FOC结构框图
FOC的控制核心——坐标变换
FOC的控制核心——坐标变换
坐标系
七段式SVPWM,由3段零矢量和4段相邻的两个非零矢量组成。3段零 矢量分别位于PWM的开始、中间和结尾。
非零电压空间矢量能使电机磁通空间矢量产生运动,而零电压空间矢 量使磁通空间矢量静止
FOC的控制核心——SVPWM
五段式SVPWM,有两种方式。 为方便电流采样通常采用V0矢量方式。
4 5
电路一致性 电流还原效果
好 略差
FOC的控制要素—闭环控制
速度和转矩闭环控制
内环电流环 外环转速环
矢量控制算法分别控制d-q轴电流,采用PI调节器
速度测量值与转速设定值比较,经PI调节器调节
主要内容
风机用直流无刷电机 FOC的控制原理 无感FOC的控制原理
无感FOC的控制框图
转子位置估算方式
角度位置、速度估算
―反正切法
― 将计算得到的两相正交磁链直接反正切计算,得到转子角度 ― 根据得到的角度,计算速度
―PLL锁相环法
― 将两相正交磁链输入二阶跟踪系统,通过闭环控制得到转子转速和位置信息
转子位置估算PLL
PLL 计算角度原理
PLL 优势:
高频噪声有滤波作用 直接可以计算得到速度 角度突变较小(速度积分)
使用V0矢量
使用V7矢量
7段SVPWM、5段SVPWM端电压对比
7段SVPWM、5段SVPWM选择
比较内容
1 2 3 4 THD 开关损耗 功率开关 调制波形
SVPWM模式 7段SVPWM 较低,性能好 较高 多 连续 5段SVPWM 较高,性能差 减少1/3 少 不连续
5
母线电压利用率
一致
ADC Channel 7
电流采样方式选择
比较内容 母线电阻 1 2 3 MCU运算开销 支持电机运行范围 硬件需求 大 大 1shunt+高带 宽运放 电流采样方式 双电阻 小 略低 2 shunt +普 通带宽轨到轨 双运放 一般 好 三电阻 中 大 3shunt +普通 带宽轨到轨四 运放 差 好
FOC的控制要素—母线电流还原相电流
母线电阻电流采样
通过直流母线侧一个电阻,实现一个周期内两相电流的测量,第三相电 流由 得到。 SVPWM开关 VS 直流母线电流
FOC的控制要素—相电流采样
单电阻ADC采样
SVPWM单直流母线电阻采样 CC83 ST信号用来硬件触发ADC
Power MOSFET
- 定子坐标系(静止)
― A-B-C坐标系(三相定子绕组、相差120度) ― α-β坐标系(直角坐标系:α 轴与A轴重合、 β 轴超前α 轴90度)
- 转子坐标系(旋转)
― d-q坐标系(d轴-转子磁极的轴线、q轴超前d轴90度 ) - 定向坐标系(旋转) ― M-T坐标系( M轴固定在定向的磁链矢量上,T轴超前M轴90度 )