本文日弘忠信來講述，使用大功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)小功率伺服電機(jī)會(huì)產(chǎn)生哪些影響。讀完后您就會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來這樣使用的話對(duì)于電機(jī)的影響還是很大的。

一、電流傳感器的直流殘余電壓

加在電流調(diào)節(jié)器輸入端的電流反饋，來自電流傳感器。電流傳感器的輸出比例于電動(dòng)機(jī)電流，但與電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力回路電位隔離。電流傳感器通經(jīng)常存在1％到2％的直流殘余電壓E0。電流傳感器的最大輸出電壓對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)器的峰值電流，因此直流殘余電壓在電流環(huán)中引起相當(dāng)于1％到2％峰值直流殘余電流I0。

二、直流殘余電流對(duì)直流有刷電機(jī)運(yùn)行影響

1、對(duì)電流環(huán)的影響：對(duì)電流指令ICMD產(chǎn)生偏置，實(shí)際電流指令為ICMD- I0。當(dāng)ICMD=0時(shí)，電機(jī)將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T0=Kt·(-I0)，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

2、對(duì)速度環(huán)的影響：對(duì)速度環(huán)的運(yùn)行沒有影響，只是使速度調(diào)節(jié)器的輸出偏置了I0。當(dāng)VCMD=0時(shí)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為I0，電流調(diào)節(jié)器的輸入為I0－I0＝0，電動(dòng)機(jī)速度為0（電機(jī)不轉(zhuǎn)）。

三、相定子電流流入三相對(duì)稱繞組，產(chǎn)生定子合成磁場(chǎng)。合成磁場(chǎng)和與該磁場(chǎng)垂直的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生使電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子主磁場(chǎng)呈正弦分布，三相繞組在主磁場(chǎng)內(nèi)對(duì)稱分布。

其中，φPeak為轉(zhuǎn)子正弦磁場(chǎng)的峰值

相繞組的轉(zhuǎn)矩常數(shù)為：

KTPhase=kt·φPhase

每相繞組的轉(zhuǎn)矩常數(shù)：

KTA= kt·φA

＝kt·φPeak·Sin(θ)＝KTPhase·Sin(θ)

KTB= kt·φB

＝kt·φPeak·Sin(θ-120)=KTPhase·Sin(θ-120)

KTC= kt·φC

＝kt·φPeak·Sin(θ-240)=KTPhase·Sin(θ-240)

A相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：

TA=KTA·IA=KTPhase·[IPeak·Sin2(θ)- I0·Sinθ]

= KTPhase·[IPeak·1/2·(1-Cos(2θ))- I0·Sinθ]

=1/2 ·KTPhas·eIPeak -1/2· KTPhase·IPeak· Cos(2θ)- KTPhase·I0·Sinθ

B相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：

TB=KTB·IB=KTPhase·[IPeak·Sin2(θ-120) +2I0·Sin(θ-120)]

=KTPhase·[IPeak·1/2·(1-Cos(2θ-120))+ 2I0·Sin(θ-120)]

=1/2·KTPhase·IPeak -1/2·KTPhase·IPeak·Cos(2θ-120)+ KTPhase·2I0·Sin(θ-120)

C相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：

TC=KTC·IC=KTPhase·[IPeak·Sin2(θ-240)-I0·Sin(θ-240)]

=KTPhase·[IPeak·1/2·(1-Cos(2θ-120))-I0·Sin(θ-240)]

TC=1/2·KTPhase·IPeak-1/2·KTPhase·IPeak·Cos(2θ-240)-KTPhase·I0·Sin(θ-240)

電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的總的轉(zhuǎn)矩：

等于三相繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和

Tm= TA + TB + TC

Tm=3/2· KTPhase·IPeak-1/2·KTPhase·IPeak· [Cos(2θ)+ Cos(2θ-120)+ Cos(2θ-240)]

+ KTPhase·(2I0·Sin(θ-120)－I0·Sinθ－I0·Sin(θ-240))

Tm=3/2·KTPhase·IPeak＋3·KTPhase·I0·Sin(θ-120)

Tm=3/2·KTPhase·√2·IRMS＋3·KTPhase·I0·Sin(θ-120)

Tm=KTRMS·IRMS＋KTPhase·√2I0·Sin(θ-120)

可以看出：

考慮到電流傳感器的直流殘余電流I0，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩除了使電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩KTRMS·IRMS外，還有由電流傳感器的直流殘余電流引起的轉(zhuǎn)矩的正弦脈動(dòng)：

KTPhase·√2I0·Sin(θ-120)

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速及極對(duì)數(shù)成正比：

f = p·N/60

其中p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，N為電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm）。

電流指令為0時(shí)，電機(jī)將產(chǎn)生頻率為f = p·N/60的正弦振動(dòng)。

03“大馬拉小車”引起較大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波動(dòng)

相位控制的直流無刷電機(jī)的運(yùn)行存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的因素很多，其中一個(gè)因素是電流傳感器的直流殘余電壓引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速及極對(duì)數(shù)成正比。例如，一個(gè)6極電機(jī)的轉(zhuǎn)速為600 rpm，則由電流傳感器的直流殘余電壓引起的轉(zhuǎn)矩波電流傳感器通常有1％到2％的直流殘余電壓，相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器峰值電流的1％到2％。對(duì)20 A驅(qū)動(dòng)器來說，峰值電流為40 A，電流傳感器2％的直流殘余電壓相對(duì)于400 mA。如果用20 A驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)一個(gè)連續(xù)電流只有1 A的直流無刷電機(jī)，400 mA引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)將是電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)矩的40％，這是絕對(duì)不能允許的。

電流傳感器的直流殘余電壓隨著驅(qū)動(dòng)器額定電流的增大而增大，因此選擇大功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)小功率伺服電機(jī)（大馬拉小車），將產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，引起轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。