交流永磁同步伺服电机及其驱动技术PPT幻灯片
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《永磁同步电机》幻灯片PPT
3 2
N3(iB
iC)
iiN N32
1 0
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
PMSM电机的FOC控制策略
考虑变换前后总功率不变，可得匝数比应为 N 3 2
N2 3
可得
ii
21 30
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
坐标系变换矩阵：
C3/2
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2
3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线，那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
2 1
2
0 2
iA iB
2
iA iB
3 1 6
0
1 2
i i
PMSM电机的FOC控制策略
〔2〕Park〔2s/2r〕变换
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
V d
2
t
van
0
2
3V d
1 3V d
M
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
t
a)
VF6VF1VF2导通时合成转矩
Tc 2
b) VF1VF2VF3导通是合成转矩
交流永磁同步伺服电机及其驱动技术 - PMSMPPT课件
速度指令（一般是位置回路的输出）与由光电编码器测量 出的电机实际速度相比较，误差在速度回路中经PI运算后 作为力矩回路的指令值。
实现磁场定向控制的程序流图
中断服务程序入口
开始 设定中断时间
DSP初始化
中断时间到
N
Y
中断服务程序
电流ia,ib采样 转子位置采样 计算电机实际速度 速度回路PI运算
clarck变换 Park变换
C1
uapwM ubpwM ucpwM
T1
T3
T5
Z
L1 L2 L3
o
uS
a
b
c /uapwM /ubpwM /ucpwM
ZZ
n
C2
T2
T4
T6
PMSM
IGBT （Insulated-gate Bipolar Transistor ）
由MOSFET和GTR复合而成，结合二者的优点。
GTR的特点——电流驱动，开关速度较低，所需驱 动功 率大，驱动电路复杂。但集电极和发射极间的电压基本不 随电压升高而变化。
定子转组产生旋转磁场的机理与感应电机是相同 的。
其不同点是转子为永磁体且n与ns相同（同步）。
n
ns
60 f p
rpm
两个磁场相互作用产生转矩。 定子绕组产生的旋转磁场可看作一对旋转磁极吸
引转子的磁极随其一起旋转。
T Fr Fs sin(s r )
要想实现四象限运行，关键是力矩的控制。 在永磁直流电机中，T=KtI。I为直流，只要改变电流的大
⊙X
实物结构图
转子磁铁
定子绕组 霍尔传感器
PMSM优点
（1）功率密度大； （2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转
实现磁场定向控制的程序流图
中断服务程序入口
开始 设定中断时间
DSP初始化
中断时间到
N
Y
中断服务程序
电流ia,ib采样 转子位置采样 计算电机实际速度 速度回路PI运算
clarck变换 Park变换
C1
uapwM ubpwM ucpwM
T1
T3
T5
Z
L1 L2 L3
o
uS
a
b
c /uapwM /ubpwM /ucpwM
ZZ
n
C2
T2
T4
T6
PMSM
IGBT （Insulated-gate Bipolar Transistor ）
由MOSFET和GTR复合而成，结合二者的优点。
GTR的特点——电流驱动，开关速度较低，所需驱 动功 率大，驱动电路复杂。但集电极和发射极间的电压基本不 随电压升高而变化。
定子转组产生旋转磁场的机理与感应电机是相同 的。
其不同点是转子为永磁体且n与ns相同（同步）。
n
ns
60 f p
rpm
两个磁场相互作用产生转矩。 定子绕组产生的旋转磁场可看作一对旋转磁极吸
引转子的磁极随其一起旋转。
T Fr Fs sin(s r )
要想实现四象限运行，关键是力矩的控制。 在永磁直流电机中，T=KtI。I为直流，只要改变电流的大
⊙X
实物结构图
转子磁铁
定子绕组 霍尔传感器
PMSM优点
（1）功率密度大； （2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转
交流伺服驱动器原理及调试PPT培训课件
交流伺服驱动器在自动化生产线中通 常用于控制机床、装配机械、包装机 械等设备的运动部分，实现精确的位 置控制和速度控制。
在机器人领域的应用
01
机器人需要具备高度灵活性和精 确性的运动能力，交流伺服驱动 器能够满足这些要求，从而提高 机器人的工作性能。
02
交流伺服驱动器在机器人领域中 通常用于控制机器人的关节、手 臂、行走等部分的运动，实现精 确的姿态控制和轨迹跟踪。
在故障。
听诊法
仔细听驱动器运行时的声音， 判断是否存在异常响动或噪音
。
触摸法
通过触摸驱动器的外壳，感受 其温度和振动情况，判断是否
存在异常。
替换法
用正常工作的部件替换可能存 在故障的部件，以确定故障部
位。
驱动器的寿命与可靠性
寿命预测
预防性维护
根据驱动器的使用情况和维护状况， 预测其使用寿命，提前进行更换或维 修。
调试步骤与方法
初始参数设置
速度控制调试
根据设备实际情况，对交流伺服驱动器的 参数进行初始设置，如电机型号、控制模 式等。
调整速度控制环的参数，测试电机的转速 和响应，确保电机能够按照指令要求进
调整位置控制环的参数，测试电机的定位 精度和跟随性能，确保电机能够准确跟踪 指令位置。
02
交流伺服驱动器的调试
调试前的准备工作
01
02
03
了解设备参数
熟悉交流伺服驱动器的规 格、性能参数以及控制要 求，以便更好地进行调试。
检查硬件连接
确保交流伺服驱动器与电 机、编码器等设备的连接 正确、牢固，无短路或断 路现象。
准备调试工具
准备必要的调试工具，如 示波器、万用表、螺丝刀 等，以便在调试过程中进 行测量和调整。
在机器人领域的应用
01
机器人需要具备高度灵活性和精 确性的运动能力，交流伺服驱动 器能够满足这些要求，从而提高 机器人的工作性能。
02
交流伺服驱动器在机器人领域中 通常用于控制机器人的关节、手 臂、行走等部分的运动，实现精 确的姿态控制和轨迹跟踪。
在故障。
听诊法
仔细听驱动器运行时的声音， 判断是否存在异常响动或噪音
。
触摸法
通过触摸驱动器的外壳，感受 其温度和振动情况，判断是否
存在异常。
替换法
用正常工作的部件替换可能存 在故障的部件，以确定故障部
位。
驱动器的寿命与可靠性
寿命预测
预防性维护
根据驱动器的使用情况和维护状况， 预测其使用寿命，提前进行更换或维 修。
调试步骤与方法
初始参数设置
速度控制调试
根据设备实际情况，对交流伺服驱动器的 参数进行初始设置，如电机型号、控制模 式等。
调整速度控制环的参数，测试电机的转速 和响应，确保电机能够按照指令要求进
调整位置控制环的参数，测试电机的定位 精度和跟随性能，确保电机能够准确跟踪 指令位置。
02
交流伺服驱动器的调试
调试前的准备工作
01
02
03
了解设备参数
熟悉交流伺服驱动器的规 格、性能参数以及控制要 求，以便更好地进行调试。
检查硬件连接
确保交流伺服驱动器与电 机、编码器等设备的连接 正确、牢固，无短路或断 路现象。
准备调试工具
准备必要的调试工具，如 示波器、万用表、螺丝刀 等，以便在调试过程中进 行测量和调整。
永磁同步电动机教材PPT课件
1用可控整流调压逆变器调频的交直交变频器2用不可控整流器整流用斩波器调压再用逆变器调频的交直交变频器3用不可控整流器整流用pwm逆变器同时调压调频的交直交变频器4用pwm可控整流器整流用pwm逆变器同时调压调频的交直交变频器当二次电子数最少为一个时可代替初始电子的作用继续不断从阴极发出电子形成不依赖外界因素的初始电子从而产生自持放电
E 4.44 f W k Φ • 对一台电机，其1 结构参数确定，则1有 1 W1 m
E • 说明只要协调地控制 、 ，即可1 达到控制气隙磁通 的目的。但由于电机绝缘和供 Φ 电电源的限制，电机运m行频率在基频以下及基频以上调速时须采取不同的控制方式。
f1
E1 f1 Φm
第26页/共77页
1. 基频以下调速
• 在变频调速系统中，由变频器提供给电机的频率变 化的电压或电流激励均是非正弦的，除基波外，还 包含大量的谐波。分析表明，决定感应电机变频运 行特性的主要还是基波，谐波分量只起着使电机电 压或电流畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引 起转矩脉动的作用。
第24页/共77页
变频调速的基本控制方式
• 若希望一台感应电机获得良好的运行性能、力能指标，必须保持其磁路工作点稳定不变，
• 永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流可以显著提高功率因数(可达 到1、甚至容性)，减少了定子电流和定子电阻损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损 耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损 耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高2—8个百分点。
第2页/共77页
即保持每极磁通量 额定不变。因为若 太强，电机磁路饱和，励磁电流、励磁损耗
及发热增大；若太弱，电机力能指标下降，电机出力不够，铁芯也未充分利用。换句话
E 4.44 f W k Φ • 对一台电机，其1 结构参数确定，则1有 1 W1 m
E • 说明只要协调地控制 、 ，即可1 达到控制气隙磁通 的目的。但由于电机绝缘和供 Φ 电电源的限制，电机运m行频率在基频以下及基频以上调速时须采取不同的控制方式。
f1
E1 f1 Φm
第26页/共77页
1. 基频以下调速
• 在变频调速系统中，由变频器提供给电机的频率变 化的电压或电流激励均是非正弦的，除基波外，还 包含大量的谐波。分析表明，决定感应电机变频运 行特性的主要还是基波，谐波分量只起着使电机电 压或电流畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引 起转矩脉动的作用。
第24页/共77页
变频调速的基本控制方式
• 若希望一台感应电机获得良好的运行性能、力能指标，必须保持其磁路工作点稳定不变，
• 永磁同步电动机与感应电动机相比，不需要无功励磁电流可以显著提高功率因数(可达 到1、甚至容性)，减少了定子电流和定子电阻损耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损 耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损 耗，从而使其效率比同规格感应电动机可提高2—8个百分点。
第2页/共77页
即保持每极磁通量 额定不变。因为若 太强，电机磁路饱和，励磁电流、励磁损耗
及发热增大；若太弱，电机力能指标下降，电机出力不够，铁芯也未充分利用。换句话
交流伺服驱动ppt课件
伺服连接－输入输出(I/O)接口
HSV系列伺服有六种输出信号：
①伺服使能
②报警清除 ③偏差计数器清零
④指令脉冲禁止 ⑤CCW驱动禁止 ⑥CW驱动禁止
集电极开路输出；
低电平有效。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
动
力 电
S
源T
整 流 器
控 AC220V
制 电
AC220V
开关电源
源
指 令 信 号
直流 P
制动 N
控制平台
交流
逆
U
变 器
V
电
W
机
PG
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
交流伺服驱动器系统电气原理结构图
伺服连接－位置控制方式
脉冲输入接口的两种驱动方式比较：
差分驱动方式的抗干扰能力强于单端驱动方式，推荐 使用，尤其是在信号电缆较长时；
采用单端驱动方式，会使动作频率降低。
根据脉冲量输入电路，驱动电流10～15mA，限定外部
电源最大电压25V的条件，确定电阻R的数值。
经验数据：VCC=24V，R=1.3~2k； VCC=12V，R=510～820Ω； VCC=5V， R=82~120Ω 。
HSV系列伺服产品的发展
模拟、数字混合型 交流伺服驱动
HSV-9型伺服
(三相220V输入)
全数字型交流伺服、主轴驱动器系列
HSV-16型伺服 (三相220V输入, 集成开关电源)
HSV系列伺服有六种输出信号：
①伺服使能
②报警清除 ③偏差计数器清零
④指令脉冲禁止 ⑤CCW驱动禁止 ⑥CW驱动禁止
集电极开路输出；
低电平有效。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
动
力 电
S
源T
整 流 器
控 AC220V
制 电
AC220V
开关电源
源
指 令 信 号
直流 P
制动 N
控制平台
交流
逆
U
变 器
V
电
W
机
PG
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
交流伺服驱动器系统电气原理结构图
伺服连接－位置控制方式
脉冲输入接口的两种驱动方式比较：
差分驱动方式的抗干扰能力强于单端驱动方式，推荐 使用，尤其是在信号电缆较长时；
采用单端驱动方式，会使动作频率降低。
根据脉冲量输入电路，驱动电流10～15mA，限定外部
电源最大电压25V的条件，确定电阻R的数值。
经验数据：VCC=24V，R=1.3~2k； VCC=12V，R=510～820Ω； VCC=5V， R=82~120Ω 。
HSV系列伺服产品的发展
模拟、数字混合型 交流伺服驱动
HSV-9型伺服
(三相220V输入)
全数字型交流伺服、主轴驱动器系列
HSV-16型伺服 (三相220V输入, 集成开关电源)
《交流伺服电动机》PPT课件
此时时 •
•
I k jk I j
•
•
Ek
j Ej
•
•
Uk
jU j
k
k
绕组电压大小与绕组匝数成正比。
Uk 1 Wk
U kW
j
j
两相绕组产生圆形旋转磁场时，加在定子上的
电压分别定义为额定激磁电压Ù jn和额定控制 电状Wj=压 态WÙ。k 时kn ，，并称Uj两n =相U交kn 流伺服电动U机j~Ij 处j于j1E2 j 对称A来自AAB C
D
C
D
B
2. 利用三相电源的任意两相线电压
三相电源三个线电压的位差120°,为了方
便，直接取任意两相线电压使用,若加上系统中 其它元件的相位移,这时加在电动机定子绕组上
的两个电压接近90°的相位差。
RRj
2
j
sR
堵转点（启动点）：
n=0 ，s = 1 ，T=T
o
Td
不同转子电阻特性
Tmax T
d Td
Z
RW
RU
2 j
rR
2W
2
j
s
(
x2 R
r2 R
)
机械特性仿真
为使交流伺服电动机转速从0~ns整个运行
范围内都保证其工作的稳定性，其机械特性在整 个范围内都是下垂的，要具有这样的下垂特性，
交流伺服电动机要有足够大的转子电阻，使sm>1。
是，在实际工作中经常是单相或三相电源，极少
有相移90o的两相电源，这就需要想法使现有的电
源改变成具有相移的两相电源，以满足交流伺服
电动机的需要。
1. 利用三相电源的相电压和线电压构成90°的移相
交流伺服电机的工作原理PPT课件
第25页/共67页
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子内圆周 定子 均匀分布着六个
磁极，磁极上有
励磁绕组，每两
个相对的绕组组
IB
成一相。采用Y B 连接，转子有四
个齿。
第26页/共67页
1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因
第7页/共67页
交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状 态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在 电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停 转。
但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相 异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于 零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现 象称为“自转”。
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
(1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。
(2) U2=0时，电机立即停转。 电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
第14页/共67页
应用： 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常
应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控 制等。
直流伺服电机输出功率一般为1-600W。
加在控制绕组上的控制电压大小变化时，其 产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁 转矩也不同，从而改变电动机的转速。
交流伺服电动机n 的机械特性如图所示。
o
不同控制电压下的机械特性曲线
T
n=f(T), U1=常数
第11页/共67页
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子内圆周 定子 均匀分布着六个
磁极，磁极上有
励磁绕组，每两
个相对的绕组组
IB
成一相。采用Y B 连接，转子有四
个齿。
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1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因
第7页/共67页
交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状 态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在 电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停 转。
但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相 异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于 零，电动机仍继续转动，电动机失去控制，这种现 象称为“自转”。
由机械特性可知：
n=f(T)曲线(U1=常数)
(1) 一定负载转矩下，当磁通不变时，U2 n。
(2) U2=0时，电机立即停转。 电动机反转：改变电枢电压的极性，电动机反转。
第14页/共67页
应用： 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常
应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控 制等。
直流伺服电机输出功率一般为1-600W。
加在控制绕组上的控制电压大小变化时，其 产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁 转矩也不同，从而改变电动机的转速。
交流伺服电动机n 的机械特性如图所示。
o
不同控制电压下的机械特性曲线
T
n=f(T), U1=常数
第11页/共67页
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
永磁同步电机工作原理及控制策略幻灯片PPT
无刷直流电机
永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电
动 势亦是交流梯形波
定子绕组为Y或 联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反响很小
PMSM和BLDC电机的构造
正弦波永磁同步电机 永磁体外表设计成抛物线，极弧大体为
120度
定子绕组为短距、分布绕组
定子由正弦波脉宽调制〔SVPWM〕的电压型 逆变其供电，三相电流为正弦或准正弦 波
ua
1
逆变器非零电压矢量输出时 0
3Ud
的相电压波形、幅值和电压
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下：
定子电压： 定子磁链： 电磁转矩：
u dR sidd d tdr q uqR siqd d tqr d
dLdid f
q Lqiq
T e 3 2 p n fiq (L d L q ) id iq
PMSM和BLDC电机的工作原理
cos sin C2s/2rsin cos
PMSM电机的FOC控制策略
〔3〕电压空间矢量
+
SA
SB
SC
Ud
SA
SB
SC
-
PWM逆变器模型
由三组六个开关
〔 SA ,SA ,SB ,SB ,SC ,SC〕组成。 由于 S A 与 S A 、S B 与 S B 、S C 与 S C 之间互为反向，即一个接通，
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线，那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
永磁体的弧极为180度，永磁体产生的气 隙磁场呈梯形波分布，线圈内感应电
动 势亦是交流梯形波
定子绕组为Y或 联结三相整距绕组
由于气隙较大，故电枢反响很小
PMSM和BLDC电机的构造
正弦波永磁同步电机 永磁体外表设计成抛物线，极弧大体为
120度
定子绕组为短距、分布绕组
定子由正弦波脉宽调制〔SVPWM〕的电压型 逆变其供电，三相电流为正弦或准正弦 波
ua
1
逆变器非零电压矢量输出时 0
3Ud
的相电压波形、幅值和电压
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下：
定子电压： 定子磁链： 电磁转矩：
u dR sidd d tdr q uqR siqd d tqr d
dLdid f
q Lqiq
T e 3 2 p n fiq (L d L q ) id iq
PMSM和BLDC电机的工作原理
cos sin C2s/2rsin cos
PMSM电机的FOC控制策略
〔3〕电压空间矢量
+
SA
SB
SC
Ud
SA
SB
SC
-
PWM逆变器模型
由三组六个开关
〔 SA ,SA ,SB ,SB ,SC ,SC〕组成。 由于 S A 与 S A 、S B 与 S B 、S C 与 S C 之间互为反向，即一个接通，
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
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PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线，那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
伺服系统总结(电机和驱动)ppt课件
；...
8
(1) 液压伺服控制系统 液压伺服控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推 动液压油。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动液压缸做出不同行程、 不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。液压伺服控制系统按照偏差信 号获得和传递方式的不同分为机-液、电-液、气-液等,其中应用较多的是机-液和 电-液控制系统。按照被控物理量的不同,液压伺服控制系统可以分为位置控制、 速度控制、力控制、加速度控制、压力控制和其他物理量控制等。液压控制系统 还可以分为节流控制(阀控)式和容积控制(泵控)式。在机械设备中,主要有机-液伺 服系统和电-液伺服系统。
伺服系统介绍
；...
1
目录
伺服系统概述
系统结构原理以及分类
伺服电机
伺服驱动
编码器以及制动方式介绍
伺服与步进区别
伺服选型
；...
2
一、 伺服系统概述
伺服系统(servomechanism)又称随动系统， 是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制 系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等 输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任 意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控 制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控 等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置 控制非常灵活方便。
；...
10
(4) 电液伺服控制系统 它是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反馈控制系统。最常见的 有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力(或力矩)控制系统。 以上是我们常用到的四种伺服系统，他们的工作原理和性能以及可以应用的 范围都有所区别，各有自己的特点和优缺点。因此在选择或者购买的时候， 就需要根据系统的需要以及需要控制的参数和实现的性能，通过计算后在选 择合适的产品。