传感器磁场定向控制的交流感应电机（FOC）（ACIM）

　　交流感应电机 （AC Induction Motor， ACIM）是适应

　　市场对电机低成本、易维护以及可靠的电机的需求而兴

　　起的，并在行业中占据主导地位。需要使用感应电机驱

　　动的典型应用有很多，从消费应用到汽车应用，涉及到

　　多种功率等级和尺寸规格。

　　如何实现高效率、低成本的感应电机驱动控制是一个备

　　受关注的问题，而无传感器的磁场定向控制 （Field

　　Oriented Control，FOC）（也称为矢量控制）为其提供

　　了最佳解决方案。“无传感器”这一术语并非表明省却

　　全部的传感器，只是与同类型磁场定向控制的其他驱动

　　进行比较，它指的是缺少速度和 / 或位置传感器。该特

　　征降低了驱动系统的成本，这也是业界一直所期望的，

　　但这并不是使用这种控制方法的唯一原因，因为有些应

　　用对体积有要求，有些应用缺少用来将传感器或器件安

　　装在轴上时所需的额外电缆（由于高温、腐蚀性接触等

　　恶劣环境），这些应用场合中可使用这种方法。

　　本应用笔记的目的是介绍一种利用 dsPIC® 数字信号控

　　制器 （Digital Signal Controller， DSC）来进行感应电

　　机的无传感器磁场定向控制 （FOC）的解决方案。

　　概述

　　交流感应电机

　　由于交流感应电机 （ACIM）具有结构简单以及耐久性

　　强的特点，是工业和民用电机应用中的主要设备。这种

　　电机不存在电刷磨损或由于使用磁钢而导致成本增加的

　　问题。转子采用简单的钢质鼠笼结构。

　　ACIM 设计为运行于恒定输入电压和频率条件，但通过

　　改变电机输入电压的频率也可使 ACIM 高效运行在开环

　　调速的应用中。当电机未机械过载时，电机运行速度就

　　与输入频率大致成正比。当降低驱动电压的频率时，也

　　应同时按比例减小电压的幅值。否则，当输入频率较低

　　时，电机会出现过电流。这种控制方法称为压频比控

　　制。

　　磁场定向控制的优点直接体现为能耗较低，从而提高效

　　率、降低运行费用以及驱动元件成本。

　　在无传感器磁场定向控制中，速度或位置是不能直接测

　　量的；它们的值是利用相电压和电流等其他可直接测量

　　的参数来估计的。

　　如需了解关于 ACIM 的建模方程和其他感应电机的拓扑

　　结构的额外信息，请参阅“参考文献”部分，从中可以

　　得到 Microchip 公司提供的相关文档的完整清单。

　　控制策略

　　传统的控制方法，如上文介绍的压频比控制方法，都是

　　对电机驱动电压的频率和幅值进行控制。与之相比，磁

　　场定向控制法则同时控制电机驱动电压的频率、幅值以

　　及相位。磁场定向控制的关键在于产生一个三相电压矢

　　量以控制三相定子电流矢量，该电流矢量可以控制转子

　　磁通矢量，进而控制转子电流矢量。

　　理解磁场定向控制如何工作的关键是要在头脑中设想参

　　考坐标的变换过程。当考虑交流电机如何工作时，您可

　　能从定子的角度来设想其运行过程。从这一角度看，定

　　子绕组上施加了正弦输入电流，该时变信号产生了旋转

　　的磁通。转子的速度将是该旋转磁通矢量的函数。从定

　　子静止坐标系的角度来看，定子电流和旋转磁通矢量看

　　似交流量。

　　现在，不再采用前面的观察角度，而是设想您进入电

　　机。您自己以相同的速度随着定子电流产生的旋转磁通

　　矢量进行同步旋转。从这一角度来观察稳态运行的电

　　机，定子电流看似常量而转子磁通矢量则是静止的！最

　　终，您只要控制定子电流来获得期望的转子电流（不能

　　直接测量获得）。通过坐标变换，可使用标准的控制环，

　　如同控制直流量一样实现对定子电流的控制。