本文討論了三相同步電機(jī)的不同“無(wú)傳感器”啟動(dòng)技術(shù)，特別是這些技術(shù)如何應(yīng)用于 DRV10x 系列集成電機(jī)控制器。在這個(gè)由三部分組成的博客系列中，我將討論 TI 高性能InstaSPIN-FOC ? 解決方案的啟動(dòng)選項(xiàng)。

三相電動(dòng)機(jī)是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。

三相同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種，因其轉(zhuǎn)速恒等于三相同步轉(zhuǎn)速而得名。三相同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)?，F(xiàn)代電力工業(yè)中，無(wú)論是火力發(fā)電、水力發(fā)電，還是核能發(fā)電，幾乎全部采用三相同步發(fā)電機(jī)。

三相同步電動(dòng)機(jī)由于具有在電源電壓波動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，仍可保持其轉(zhuǎn)速恒定不變的良好特性，因而被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)不要求調(diào)速和功率較大的機(jī)械設(shè)備中，如軋鋼機(jī)、透平壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、各種泵和變流機(jī)組等；或者用于驅(qū)動(dòng)功率雖不大，但轉(zhuǎn)速較低的各種球磨機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)；還可用于驅(qū)動(dòng)大型船舶的推進(jìn)器等。近年來(lái)，由于可控硅變頻裝置技術(shù)日漸成熟和大型化，使同步電動(dòng)機(jī)也能夠通過(guò)變頻而作調(diào)速運(yùn)行。因此，在一定的控制方式下，三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的工作特性相似，從而更擴(kuò)大了它的使用范圍。

無(wú)傳感器控制主要應(yīng)用于大部分操作時(shí)間處于較高電頻率（機(jī)械速度）的應(yīng)用。這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)無(wú)傳感器技術(shù)需要反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，該反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)由轉(zhuǎn)子以最小頻率旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。使用 InstaSPIN-FOC 解決方案中使用的FAST?軟件觀察器，此最小操作頻率遠(yuǎn)低于其他觀察器，有時(shí)低于 1 Hz。但它仍然需要最低頻率。

圖 1：FAST 軟件觀察器的操作頻率

InstaSPIN-FOC 的默認(rèn)啟動(dòng)能力在概念上與第一部分和第二部分討論的方法相似，但是 FAST 的獨(dú)特能力是快速（小于 1 Hz）開始在非常低的轉(zhuǎn)子速度下提供準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子角度估計(jì)意味著用于啟動(dòng)的技術(shù)只需要在很短的時(shí)間內(nèi)應(yīng)用。這是提供穩(wěn)健啟動(dòng)的巨大優(yōu)勢(shì)，尤其是在具有高動(dòng)態(tài)負(fù)載的應(yīng)用中。

InstaSPIN-FOC 中的主要啟動(dòng)技術(shù)稱為 ForceAngle。ForceAngle 在InstaSPIN 用戶指南中進(jìn)行了描述，主要是第 14.3 章。

圖 2：InstaSPIN-FOC 系統(tǒng)中使用的估計(jì)或強(qiáng)制轉(zhuǎn)子磁通角

初始 - 直到測(cè)量到足夠的 Bemf，F(xiàn)AST 可以開始正確估計(jì) - 轉(zhuǎn)子磁通角是未知的。在禁用 ForceAngle 軟件標(biāo)志的情況下，F(xiàn)AST 觀測(cè)器的角度輸出用于駐車和逆駐車變換的磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)。在 FAST 有足夠的 Bemf 電壓反饋之前，估計(jì)值是不可預(yù)測(cè)的。但是這個(gè)估計(jì)的角度——即使是不正確的——將饋送到將應(yīng)用于電機(jī)的控制系統(tǒng)，這可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。只需少量的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生足夠的 Bemf 電壓，使 FAST 可以收斂到合理的角度估計(jì)值，從而使受控的高扭矩驅(qū)動(dòng)進(jìn)入一個(gè)出色的操作區(qū)域。所以如果為轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生足夠的扭矩，這種方法可以用來(lái)啟動(dòng)電機(jī)，

要進(jìn)行更規(guī)范的啟動(dòng)，建議啟用 ForceAngle 標(biāo)志。啟用 ForceAngle 時(shí)，通過(guò)模擬以固定頻率移動(dòng)的轉(zhuǎn)子的角度來(lái)生成估計(jì)的角度，該頻率由用戶通過(guò)變量 USER_FORCE_ANGLE_FREQ_Hz 設(shè)置。使用此模擬旋轉(zhuǎn)角度，直到從 FAST 估計(jì)的頻率大于由 USER_ZEROSPEEDLIMIT 設(shè)置的用戶規(guī)定限制。始終建議保持 FORCE_ANGLE_FREQ 至少比 ZEROSPEEDLIMIT 頻率大兩倍，以確保轉(zhuǎn)子實(shí)際上將被驅(qū)動(dòng)超過(guò) FAST 所需的低速限制以產(chǎn)生合理的估計(jì)。

例如，如果在測(cè)試中確定 FAST 提供了 2 Hz 的合理估計(jì)值，您將設(shè)置以下兩個(gè)變量：

#define USER_ZEROSPEEDLIMIT (2.0 / USER_IQ_FULL_SCALE_FREQ_Hz)

// 當(dāng)啟用 ForceAngle 標(biāo)志 USER_ZEROSPEEDLIMIT * USER_IQ_FULL_SCALE_FREQ_Hz = 使用 FAST 代替 ForcedAngle 的頻率限制：

#define USER_FORCE_ANGLE_FREQ_Hz (4.0)

// 保證仿真激勵(lì)大于頻率限制以提供更穩(wěn)健的啟動(dòng)。

請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注本系列的下一部分，了解如何在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生足夠的扭矩并在旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)將其最大化。