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[原创] 点击：18340 | 回复：84
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，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：Ia>0， 表示该时刻的电流Ia流向是从驱动器a或U相端子流入电机a相，在电机内部是由a相接线端流入中线，Ib,Ic<0，表示该时刻的电流Ib,ic的流向是从电机内部的中线是经由b,c相接线端流出到驱动器的b,c或V,W相端子，如图1中黑色箭头所示；
图 1
2，相电流矢量与电流方向的关联关系为：各相电流为正时，则a,b,c相电流产生的磁场矢量的正方向如图1中红色箭头所示；
3，电机电角度的定义为当a,b,c三相反电势波形的相位关系为a相领先于b相120度、b相领先于c相120度时a相反电势波形的相位角，如图2所示。通常是面向电机法兰安装面和电机轴，逆时针旋转电机轴，以观察三相反电势波形的相序关系，故在此默认电机电角度的增加方向为逆时针方向，在图1和后续图示中亦然。
图 2
1.电机电角度初始相位错位180 度电机旋转方向互反
有一段时间，自行安装编码器的两台试验电机在相同的程序控制下，转向却不同，开始只是觉得奇怪，后来就干脆将其当作“灵异”事件不了了之了。终于有一天，借机深究了一下这个貌似奇怪的问题。
两台电机的相位对齐结果都是增量编码器的Z信号与UV线反电势波形的过零点基本对齐，默认的对齐原则上都是Z信号对齐于-30度电角度。逆时针方向旋转其中一台电机的轴，UV线反电势波形在Z信号处（即U信号上升沿）由低到高过零，如图3中ε(a-b)曲线在-30度电角度处所示：
图 3
顺时针方向旋转该电机轴，UV线反电势波形在Z信号处（即U信号下降沿）同样是由低到高过零，如图4中ε(a-b)曲线在 Z 处所示：
图 4
这一现象乍一看有些出乎预料，仔细分析下来不难发觉其实这完全符合反电势的生成机理。虽然逆时针和顺时针转动时，UV线反电势波形在Z信号处的过零方向相同，但是逆时针和顺时针转动时正如图3和图4所示的相序那样UV线反电势波形与编码器U信号的相位关系或正负关系恰好相反。而且三相线反电势波形之间的领先滞后关系也有所不同，逆时针转动时，三相线反电势相序的领先滞后关系如图3所示，a-b领先于b-c，b-c领先于c-a；顺时针转动时，相序的领先滞后关系则如图4所示，a-b领先于c-a，c-a领先于b-c。也就是说，转动方向不同，三相反电势波形波形并不是简单的反向，而是改变了相序间的领先滞后关系。
旋转另一台电机轴时发现，逆时针转动，UV线反电势波形在Z信号处（即U信号下降沿）由高到低过零，如图3中150度电角度处所示；顺时针转动，UV线反电势波形在Z信号处（即U信号上升沿）同样是由高到低过零，如图4中 Z’ 处所示。由此可见两台电机的对齐的结果是电角度相位刚好互差180度。
两台电机的反电势相序互差180度的结果表明最初对齐电角度相位时，通入两台电机UV相的转子定向电流方向应该是正好搞反了，一台电机的转子定向电流是V(b)入U(a)出，如图5中左图所示，转子的d轴定向于 -30 度电角度，如图5中右图示意，此图中d轴落在S极上，而不是N极，这一点与本人一直以来认为的d轴须落在N极上的观点恰好相悖（欢迎斧正！）。
图 5
而另一台电机的转子定向电流经U(a)入V(b)出，如图6中左图所示，转子的d轴定向于150度电角度，如图6中右图示意，本帖将在后面的讨论中统一把d轴标在S极上。
图 6
将编码器Z信号对齐在转子定向电流经V入U出的电机的定向点处，即将Z信号对齐于电机的-30度电角度，对齐后旋转电机轴，可见UV线反电势波形在 Z 信号处由低到高过零，如图3中 -30 度电角度处和图4中 Z 点处所示。将将编码器Z信号对齐在转子定向电流经U入V出的电机的定向点处，即将Z信号对齐于电机的150度电角度处，对齐后旋转电机轴，可见UV线反电势波形在 Z 信号处由高到低过零，如图3中150度电角度处和图4中 Z‘ 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180度。
以图2中电角度0点对应的相电流施加于对齐方式如图5所示的对齐到-30度电角度（V入U出定向）的电机的定子绕组，经矢量变换得到的Iq电流矢量的方向处于q轴的负方向，如图7所示，这一点必须引起注意！
图 7
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和图1约定的那样逆时针增长，则给对齐方式如图5所示对齐到-30度电角度（V入U出定向）的电机施加相序关系如图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中电角度0点对应的三相电流施加于施加于对齐方式如图6所示的对齐到150度电角度（U入V出定向）的电机的定子绕组，虽然经矢量变换得到的Iq电流矢量的方向仍旧处于q轴的负方向，但此时转子的真实q轴却位于矢量变换计算所用的q轴的反方向上，如图8所示，位于180度电角度方向上，即图中所示的D‘ 方向。
图 8
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所示的三相电流波形施加于对齐方式如图6所示的对齐到150度电角度（U入V出定向）的电机，电机的转动方向不是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. 给定电流相序错位180度电机旋转方向互反
如果将图2所示的三相电流在幅值上直接取反，则可以得到如图9所示的三相电流相序。对比图2和图9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与图2恰好互反，而在相位上图9中的波形相序等价于图2中以180度电角度为起点的相序循环，也就是说图9和图2中的三相电流波形恰好在相位上互差了180度。
图 9
以图9所示的三相电流相序中电角度0点对应的三相电流施加于对齐方式如图5所示的对齐到-30度电角度（V入U出定向）的电机的定子绕组，经矢量变换得到的Iq电流的方向处于q轴的正方向，如图10所示：
图 10
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所示的电流相序映射到图10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和图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互差了180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和图10所示意的那样。
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和图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180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Iq和Id电流的符号反转，为实现Iq和Id电流的负反馈闭环控制，就必须在Iq和Id反馈电流与指令电流的符号上寻求统一。
例如，以图2中所示相序的三相电流施加到如图5所示的对齐到-30度电角度（V入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Iq反馈电流矢量始终处于q轴的负方向，如图7所示，也就是Iq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Iq反馈电流矢量会始终处于q轴的正方向，可参看图10中所示的那样，即Iq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180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Iq和Id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. 电机电角度对齐方式导致的电角度相位反转；
2. 电机驱动电流相序的相位反转；
需要注意的是驱动器的电流采样方向反转，也就是反馈电流相序反转未必会引起电机旋转方向变化。
以上是本人关于电机旋转方向与电机电角度增加方向之间的关系和影响因素的一点看法和体会，一方面可以起到帮助自己整理思路的作用，另一方面，也希望与业内同行共同切磋探讨。
（2009.11.10 初稿）
（2009.11.11 初步完成文字整理）
（2009.11.12～14 调整文字章节，补充图例，修正第“3” 小节的观点和结论）
（2009.12.7～10 调整定向电流和定向角度之间的关系，修正相关图例）
（201.11.3 由网友“柯可1”在360doc的收藏中找到原帖丢失内容，特此致谢！）
帖子里的图都是用word画的。
UVW的分割度是±30度，但编码器的反馈通常远高于此，比如国内常用的2500线（4倍频后10000），因而定位会以±1个编码器反馈分辨率为抖动量，肉眼或手感就很难分辨了！
“2011-11-05 21:04:35 58楼” 关于反电势与磁体的角度关系的分析大致正确，需要注意的是，绕组和磁路结构不同时，情况也有所不同，得具体情况具体分析。
“2011-11-05 18:xx:xx 56楼，57楼”关于电磁场与永磁场的作用力问题，需理解：定位态，磁力线完全顺从，磁势能最小，因而作用力最小；FOC驱动态，磁力线正交，磁势能最大，因而作用力最大。
http://www.gongkong.com/webpage/forum/200810/2008100512121600001-3.shtml#replyea
第120楼
1.“关于增量型编码器伺服电机上电初始运行寻找转子位置的实现方法”———按本贴一开始讲的带换相信号的增量编码器的相位对齐方式对齐后，UVW相位信号的6种状态组合可以将360度电角度区间等分为6份，每分对应60度，因此只要在驱动器上电伊始，读出UVW的状态组合，就可以确定当前处于哪一个60度区间内，此后先按区间中点的电角度启动运行，此时电角度的误差为±30度，运行过程中检测UVW信号和Z信号，越过UVW的任意一个沿时，就可以获得相对准确的电角度，Z信号出现后，就可以确定精确的电角度了。这个方法的优点是可以直接启动运行，不必先动动电机；缺点是启动伊始，UVW的沿或Z信号没来时，电角度不准，理论最大误差可达±30度，电机出力偏小。
麻烦波恩师傅给详细讲解下伺服器上电电机自锁过程的动作步骤（相位不对如何保证转子不动的）。
另外不敢想word能做这么漂亮的图片，方便的话发些word格式的例图学习下，lnhv013710@163.com,谢谢
看来楼上的疑惑在于“相位不对如何保证转子不动”。
首先，依靠UVW信号进行相位初始化，初始相位的准确度仅能达到±30度左右，依靠这样的初试相位完全可以进行矢量控制，只不过正交误差也在±30度，此时以Id＝0的矢量控制方法驱动电机，实际的Id并不为零，最大可能达到±0.5倍的目标Iq，同时实际的Iq也会有所降低，最多降到0.866倍的目标Iq。不过电机的电流闭环不会受到影响，转动起来也不会有问题。因而外环的速度和位置闭环也不会受到太大影响。
此时驱动器如果工作在位置模式，且原地定位，一样可以锁轴，锁轴的空载误差原则上还是±1编码器分辨率，不会受到±30度相位误差的影响。
出现问题了，请帮忙看下
看了你的帖子，胆子大了，淘宝上买了个国产伺服器和二手松下电机，但是技术还不行搞不定啊，郁闷！
伺服器型号：德欧 DO-1000B，支持原厂很多电机从0.5kw-2.6kw。（支持编码器自动找 电原点 功能）
二手电机型号是松下 MSM252，法兰盘100mm，2kw，额定电流15.9安，内阻约0.4欧姆，四对极3000转，买的瑞普2500编码器带uvw信号
。
伺服器里面电机的参数设置的用原厂130电机，功率2.4kw，额定电流9安，四对极3000转，2500编码器。内阻为0.776欧姆。
伺服器和二手松下电机还有编码器连接，上电可以自锁，编码器找原点功能执行后，电机顺时针转一下，然后报警过电流。
伺服器还有一个电机开环运行模式，执行后电机慢速顺时针旋转。
咨询伺服其原厂的人只是说电机没事，而是编码器接线有问题，但是我核对过好几遍，接线是没有问题的。
我感觉报警过流是电机不匹配，伺服器设置的标准的原厂130电机的参数9安，0.776欧姆，和实际连接的松下电机差的太多。
波恩师傅，我很迷茫，帮我找下报警过流的问题
电机是空载的！
楼上所述现象与帖子《伺服电机UVW动力线相序接错，何以导致飞车？ [原创] 》 http://www.gongkong.com/webpage/forum/200809/2008091217213900001-1.shtml 中所述的因电角度反转儿导致锁死的3种情况相似。
至于为什么开环可转也是不解……
看了帖子，貌似理解了，可又有些不理解？基础特薄弱，问题有些多哈，
1.图5中，转子的定向电流从定子绕组的V流入，U流出，就是说V>0,U<0,为什么矢量合成后的方向是d轴的方向？怎么不是q轴的方向按照图7和图8也都是定子绕组的矢量合成的结果，但却是q轴的方向
2.按照图2电角度的0点对应的三相电流施加对齐到-30°的电角度时候，图2中的V<0，W>0，按照我的理解图7中V应该是流出，W应该是流入的呀，为何合成电流的方向会到270°，按照前面图的理解我怎么能理解合成电路应该是90°呢？按照我的理解的话电机就成顺时针旋转了
3.图8中的N、S极就是直接推导过来的吧。另外对图8的理解同图7，合成电流也在90°上，帖子中的D’应该是d轴的方向吧，写成“但此时转子的真实q轴却位于矢量变换计算所用的q轴的反方向上”
4.自己试验中遇到的问题
一台电机用旋转变压器测位置，机械位置从电机的轴端看过去是顺时针增加，则按照机械角度与电角度的关系，电角度也是顺时针增加，在开环运行该电机时，电机也是顺时针旋转，故认定电机的定子UVW按顺时针放置，在做闭环控制的时候认为电机的正方向也应该是顺时针旋转，故电机的机械零点与旋变的零点之间的位置差控制的时候也应保证电机是顺时针旋转，并且用矢量控制的时候给定最大电流，电流反馈经矢量控制后反馈的值也应该最大。
问题：如果电机顺时针旋转，则电角度是在顺时针增加，但是d轴与a轴的夹角如果就是电角度的话，则顺时针旋转的电机电角度应该减少，这时候的电角度的选取是否需要取负值呢？或者取360°-P*MechTheta（P是极对数，MechTheta是旋变测出的电机的机械位置加上对齐时候的校正角度）？如果电角度的选取仅仅是P*MechTheta，电机能顺时针运行，如果取360°-P*MechTheta，则电机不走，对于此现象，不是很理解
那么按照电机的电角度增加的方向是否就是电机旋转的正方向呢？对于电角度逆时针旋转的电机来说感觉比较容易理解，实验过程中也不曾出现该问题。
发现了此贴特向恩波请教，谢谢
1. 请参照帖子一开始关于：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的定义。
2.这个问题确实有点儿倒来倒去的感觉，前一问“1” 搞清楚了，这个问题也会清楚。
3.还是一个正方向的问题，需明确电角度的增加方向与反馈增加方向的关系。按照楼上的实验现象看：
“电角度的选取仅仅是P*MechTheta，电机能顺时针运行”说明电机的电角度增加方向与电机的转向相适应，矢量控制的正交性不随电机轴的转动而变化，即得以保持。请注意：这里说的是相适应而不是简单的相同。
“如果取360°-P*MechTheta，则电机不走”说明电机的电角度增加方向与电机的转向相悖，因而矢量控制的正交性随着电机轴的转动而改变，电磁场与永磁场的正交性不仅得不到保持，而且持续变差，直到出力归零，电机轴进入定向位而“锁死”。
回复内容：
对：波恩关于1. 请参照帖子一开始关于：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的定义。 2.这个问题确实有点儿倒来倒去的感觉，前一问“1” 搞清楚了，这个问题也会清楚。3.还是一个正方向的问题，需明确电角度的增加方向与反馈增加方向的关系。按照楼上的实验现象看：“电角度的选取仅仅是P*MechTheta，电机能顺时针运行”说明电机的电角度增加方向与电机的转向相适应，矢量控制的正交性不随电机轴的转动而变化，即得以保持。请注意：这里说的是相适应而不是简单的相同。“如果取360°-P*MechTheta，则电机不走”说明电机的电角度增加方向与电机的转向相悖，因而矢量控制的正交性随着电机轴的转动而改变，电磁场与永磁场的正交性不仅得不到保持，而且持续变差，直到出力归零，电机轴进入定向位而“锁死”。内容的回复：
恩，刚才又仔细看了下正方向的规定，就是说
1.图5和图6不是电流矢量的合成，只是转子对齐确定d轴的
2.图7和图8是根据定子绕组的电流确定的合成磁场的方向
3.相电流合成磁场的方向等同于Iq电流矢量
不知道我这样理解是否正确？
但是图8中的270°是q轴电流矢量方向，怎么会变到180°的D’上呢？帖子中“但此时转子的真实q轴却位于矢量变换计算所用的q轴的反方向上”，按照图8q轴的反方向还是在270°上啊
不好意思，学的太菜了，理解起来有些难度
实验中电角度增加的方向与反馈回来增加的方向应该取一致是吧，只是我的旋变解出来的机械角度（电角度是P*MechTheta）是顺时针增加，与帖子中的逆时针增加是相反的，我一直以为电机从轴上看顺时针转的话电机的电角度应该是减小的，所以才有了我理解取360°-P*MechTheta，实际上不该这样取是吧，总之我自己把自己给绕进去了。
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