永磁交流伺服电机的旋转方向与电机电角度增加方向之间的关系波恩

1、永磁交流伺服电机的旋转方向与电机电角度增加方向之间的关系首先定义流经电机绕组的相电流的正方向、相电流矢量的正方向、以及电机电角度的增加方向：1,1,流经电机绕组的相电流的正方向是以电流流入电机为正，例如： Ia0Ia0 , ,表示该时刻的电流 IaIa 流向是从 驱动器 a a 或U U 相端子流入电机 a a 相，在电机内部是由 a a 相接线端流入中线，Ib,Ic0Ib,Ic Qon QKonu* CO n)2汨将编码器 Z Z 信号对齐在转子定向电流经 V V 入 U U 出的电机的定向点处，即将 Z Z 信号对齐于电机的-30-30 度电角 度，对齐后旋转电机轴，可见UVUV 线反电势

2、波形在 Z Z 信号处由低到高过零，如图 3 3 中-30-30 度电角度处和图 4 4 中 Z Z 点处所示。将将编码器 Z Z 信号对齐在转子定向电流经 U U 入 V V 出的电机的定向点处，即将 Z Z 信号 对齐于电机的 150150 度电角度处，对齐后旋转电机轴，可见UVUV 线反电势波形在 Z Z 信号处由高到低过零，如图 3 3 中 150150 度电角度处和图 4 4 中乙点处所示。 可见相位对齐后，两台电机的电角度相位刚好互错180180度。以图 2 2 中电角度 0 0 点对应的相电流施加于对齐方式如图 5 5 所示的对齐到-30-30 度电角度（V V 入 U U 出定

3、向）的 电机的定子绕组，经矢量变换得到的 IqIq 电流矢量的方向处于 q q 轴的负方向，如图 7 7 所示，这一点必须引起 注意！210由于此时定子绕组产生的电场矢量方向在逆时针方向正交于转子永场矢量方向，因而会吸引转子沿逆时针旋转，由此可见，当电机的电角度增加方向如图2 2 和图 1 1 约定的那样逆时针增长，则给对齐方式如图5 5 所示对齐到-30-30 度电角度（V V 入 U U 出定向）的电机施加相序关系如图2 2 所示的三相电流波形时，电机的转动 方向将顺着电角度的增量方向逆时针旋转。同样，以图 2 2 中电角度 0 0 点对应的三相电流施加于施加于对齐方式如图6 6 所示的对

4、齐到 150150 度电角度（U U入 V V 出定向）的电机的定子绕组，虽然经矢量变换得到的 IqIq 电流矢量的方向仍旧处于 q q 轴的负方向，但此 时转子的真实 q q 轴却位于矢量变换计算所用的 q q 轴的反方向上，如图 8 8 所示，位于 180180 度电角度方向上， 即图中所示的 D,D,方向。此时定子绕组产生的电场矢量方向在顺时针方向正交于转子永场矢量方向，因而会吸引转子沿顺时针旋转。由此可见，当电机的电角度增加方向逆时针增长，以图2 2 所示的三相电流波形施加于对齐方式如图6 6 所示的对齐到 150150 度电角度（U U 入 V V 出定向）的电机，电机的转动方向不是

5、沿着电角度的增量方向逆时针旋转，而是会和电角度的增加方向相反，即顺时针旋转。2.2.给定电流相序错位 180180 度电机旋转方向互反如果将图 2 2 所示的三相电流在幅值上直接取反，则可以得到如图可知，两图中的三相电流相序的领先滞后关系完全一致，但在三相电流波形的幅值上，图9 9 与图 2 2 恰好互反，而在相位上图 9 9 中的波形相序等价于图 2 2 中以 180180 度电角度为起点的相序循环，也就是说图9 9 和图 2 2中的三相电流波形恰好在相位上互差了180180 度。以图 9 9 所示的三相电流相序中电角度 0 0 点对应的三相电流施加于对齐方式如图5 5 所示的对齐到-30-

6、30 度电角度（V V 入 U U 出定向）的电机的定子绕组，经矢量变换得到的IqIq 电流的方向处于 q q 轴的正方向，如图 1010 所示：w2709 9 所示的三相电流相序。对比图 2 2 和图 9 9相反电势和相电流波形图 1010此时定子电磁矢量方向在顺时针方向正交于转子永磁矢量，会吸引转子朝着顺时针方向旋转。由于图9 9 所示的电流相序映射到图 1010 中对应的电机电角度时，其电角度依然是沿着逆时针方向增加，在此种情况下， 电机的转动方向却是逆着电角度的增加方向，即顺时针旋转。由于图 2 2 和图 9 9 两图中的三相电流相序的领先滞后关系完全一致，但是两者的三相电流波形相位上

7、互差了180180 度，施加于对齐方式相同的电机或者同一台电机时，会导致电机的旋转方向也恰好互反，正如图7 7 和图 1010 所示意的那样。3.3.电流采样方向颠倒未必会引起电机旋转方向变化目前在伺服驱动器设计中广泛采用磁平衡式霍尔元件或者毫欧级大功率精密电阻作为电流传感器，此类传感器的电流采样方向搞反了会直接影响绕组相电流瞬时反馈值的正负方向，正如图 2 2 和图 9 9 中标识的相同 电角度处的电流值的正负互反关系所表示的那样， 并进而造成三相连续反馈电流波形在相位上互差 180180 度, 不过并不会影响三相电流相序间的领先滞后关系。在矢量变换环节，由于相电流反馈值符号翻转，会造成 I

8、qIq 和 IdId 电流的符号反转，为实现 IqIq 和 IdId 电流的负 反馈闭环控制，就必须在 IqIq 和 IdId 反馈电流与指令电流的符号上寻求统一。例如，以图 2 2 中所示相序的三相电流施加到如图5 5 所示的对齐到-30-30 度电角度（V V 入 U U 出定向）的电机上，电机会逆时针方向旋转。如果电流采样方向与电流流向一致，则经过矢量变换后得到的IqIq 反馈电流矢量始终处于 q q 轴的负方向，如图 7 7 所示，也就是 IqIq 反馈电流为负值；如果电流采样方向与电流流向不一致，则 经过矢量变换后得到的 IqIq 反馈电流矢量会始终处于 q q 轴的正方向，可参看图

9、 1010 中所示的那样，即 IqIq 电流 为正值。在上述情况下，为取得指令电流符号与反馈电流符号的一致，须将电流采样方向与电流流向一致情况下的 反馈电流在符号上取反，而电流采样方向与电流流向不一致情况下的反馈电流则可以直接使用，无需在符 号上取反。在这两种情况下，给定正电流指令，电机都会沿逆时针方向旋转。因此，电流采样方向与电流流向颠倒时，虽然反馈电流波形会在总体相位上错位180180 度，但实际施加给电机的电磁矢量还是一样的，因此只要在算法上妥善处置IqIq 和 IdId 反馈电流的符号，保持反馈电流与指令电流的符号相一致，就不会影响电机的实际旋转方向。总结影响电机旋转方向与电机电角度增加方向间关系的因素有：1.1. 电机电角度对齐方式导致的电角度相位反转；2.