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《永磁同步电机相电流畸变严重 》

juesure     发表于：2013-10-11 17:01:12 楼主  

永磁同步驱动电机参数：额定工作电压：60V额定功率：6KW峰值功率：12KW最高转速：5300RPM问题：电机转速500rpm，扭矩达到69Nm时，电机三相输出电流波形突变严重，表现为峰值电流波形尖锐，每增加1Nm，相电流峰值电流增加约20A左右，400、500、600rpm均存在突变情况，500rpm突变尤为严重，易导致驱动控制器相过流保护，苦思冥想也未找到原因，还望大神能指点迷津，不胜感激！测试波形：    

gkhb1     发表于：2013-10-11 17:43:16 1楼  

转子绝缘层绝缘效果不佳  

juesure     发表于：2013-10-12 08:03:14 2楼  

回复内容：对： gkhb1  转子绝缘层绝缘效果不佳 内容的回复！应该不是，但用其他公司的电机配这个电机控制器测试也有同样的问题  

征     发表于：2013-10-12 10:07:08 3楼  

这个现象主要跟控制器有关。引起这个现象的原因很多，我个人感觉绝大部分的原因是控制器的直流电容容量不够  

征     发表于：2013-10-12 10:08:40 4楼  

没有电机及控制器硬件的相关参数，不好进一步分析。  

ShowMotion    发表于：2013-10-12 11:34:05 5楼  

速度环下电流波形是否正弦取决于负载的恒定与否，如果负载本身在动态变化，电流不可能正弦。你可以工作在力矩模式，限速到某个转速，例如500rpm，这样同样负载状况，电流波形肯定回平滑一些。另外：简单的推算：500rpm时，69Nm，功率≈500rpm*69Nm/10=3.45kW；折算到直流电源的平均有效电流=3.45kW/60V=57.5A,对电源的考验相当之大！推荐使用容量大于12kW的开关电源。    

运动控制小子    发表于：2013-10-13 21:06:19 6楼  

首先这个设计就不合理，额定6KW，额定电压60V？难道额定电流100A？建议提高电压！！！！！  

刘志斌     发表于：2013-10-13 23:25:22 7楼  

“电机转速500rpm，扭矩达到69Nm时，电机三相输出电流波形突变严重，表现为峰值电流波形尖锐，”

1、你首先能给出“电流波形”正常的情况是什么？

2、然后由正常到不正常的情况是什么？

3、这样就有分析的基础了！  

juesure     发表于：2013-10-14 09:30:18 8楼  

回复内容：对： 征  这个现象主要跟控制器有关。引起这个现象的原因很多，我个... 内容的回复:

目前使用的电容容量是100V/29000uF  

juesure    发表于：2013-10-14 09:35:22 9楼  

回复内容：对： ShowMotion  速度环下电流波形是否正弦取决于负载的恒定与否，如果负载... 内容的回复:

测试时采用两电机对拖的方法进行测试，一台工作在转速模式，一台工作在扭矩模式，主要测试对象就是扭矩模式的电机和控制器；测试电源使用的是200V/200A电源，电压可调  

juesure     发表于：2013-10-14 09:39:49 10楼  

回复内容：对： 刘志斌  “电机转速500rpm，扭矩达到69Nm时，电机三相输... 内容的回复:

我觉得在500rpm转速下下面的波形应该是正常的，驼峰高度基本一致  

刘志斌    发表于：2013-10-14 10:12:33 11楼  

你能说一下“驼峰”是怎么产生的？  

征     发表于：2013-10-14 10:26:28 12楼  

直流电容两端电压100伏，电机为6对极，反电势线电压是不是在120V/Krpm左右?另外，电机是不是反电势波形为梯形波，非正弦波形？  

ShowMotion    发表于：2013-10-14 11:08:15 13楼  

引用 juesure 的回复内容： 回复内容：对：    ShowMotion  速度环下电流波...

对接的试验，监测的是加载电机的电流波形：那么加载设备是被动适应的，实际的负载是工作于速度模式的电机扭矩输出。这个扭矩的输出波形和很多因素有关系：

1、加载电机（力矩模式）的力矩限制及PID参数；

2、速度电机的PID参数；

3、机械连轴的刚性；

4、电源的输出功率；

你可以先加轻载试试，看波形如何让？先排除是电源容量的问题。再检查电机连轴有无间隙或额外形变阻力。其次你将速度电机的PID参数调节一下，看如何变化。加载电机的PID参数也调节看看，看如何变化。你的电流传感器（探头）的频宽是否合适也是需要关注的，会有一定的影响。  

juesure     发表于：2013-10-14 13:13:52 14楼  

回复内容：对： 征  直流电容两端电压100伏，电机为6对极，反电势线电压是... 内容的回复:

电容两端是60V，反电动势是15V/KRPM，反电动势几乎是标准的正弦波  

juesure     发表于：2013-10-14 13:26:15 15楼  

回复内容：对： ShowMotion  引用 juesure 的回复内容： 回复内容：对： S... 内容的回复:

1、相同条件下换用其他公司的电机（电机参数一致）和控制器工作在扭矩模式，未出现明显的上述情况，基本上可以排除是台架、电源、联轴节和速度电机的因素；

2、调节PID参数从目前测试情况来看，几乎没有改善上述问题；

3、电流传感器频带为30KHz，应该是可以满足要求    

juesure    发表于：2013-10-14 13:32:00 16楼  

回复内容：对： 刘志斌  你能说一下“驼峰”是怎么产生的？ 内容的回复:

驼峰是由于驱动信号死区时间造成的，转速越低，死区效应越明显  

ShowMotion     发表于：2013-10-14 13:43:29 17楼  

电流取样电路给个示意图看看。  

刘志斌     发表于：2013-10-14 16:00:36 18楼  

引用 juesure 的回复内容：……驼峰是由于驱动信号死区时间造成的，转速越低，死区效应越明显。

请你给出与电机三相输出电流波形相对应的电压波形图！    

征     发表于：2013-10-14 20:27:12 19楼  

回复内容：对： juesure  回复内容：对： 征  直流电容两端电压100伏，电机为... 内容的回复:

电机的线电感和线电阻分别是多少？还有电流环的控制频率是多少？  

juesure     发表于：2013-10-15 08:56:49 20楼  

回复内容：对： 征  回复内容：对： juesure  回复内容：对： 征 ... 内容的回复:

线电感约90uH左右，线电阻约800mΩ左右，电流取样率为10K  

juesure     发表于：2013-10-15 09:10:26 21楼  

回复内容：对： ShowMotion  电流取样电路给个示意图看看。 内容的回复:

电流取样电路很简单，如下图，电流传感器输入范围为0-5V，  

ShowMotion    发表于：2013-10-15 09:42:53 22楼  

引用 juesure 的回复内容： 回复内容：对： 征     回复内容：对： juesure ...:

请电流取样电路来进一步分析。从波形来说和SVPWM单相对公共端的电压波形很相似。  

ShowMotion   发表于：2013-10-15 11:04:06 23楼  

你这个是放大部分，需要看原始引入点，就是信号在电路哪个点上拾取的。  

juesure    发表于：2013-10-15 13:29:03 24楼  

回复内容：对： ShowMotion  你这个是放大部分，需要看原始引入点，就是信号在电路哪个... 内容的回复:

上图电流传感器输入端就是与电流传感器的信号引脚相连，电流传感器装配在输出端的三相铜排上  

刘志斌     发表于：2013-10-15 23:33:18 25楼  

1、分析电流波形，首先要知道电压波形，不知道电压波形，你怎么分析电流波形？？？

2、电压波形知道了，根据负载变化，确定电流波形的变化，根据电流波形的变化，分析负载的变化！

3、碰到问题，思考要有逻辑，不能乱猜一气。一会儿是这个，一会儿是哪个，结果什么也不是！  

征     发表于：2013-10-16 07:41:21 26楼  

楼主想到问题原因没有？90uH的电感，用10K的电流闭环控制根本控制不住电流。要想控制好电流只能提高电流环控制频率，但频率过高，功率器件发热太厉害了。  

征     发表于：2013-10-16 07:53:27 27楼  

即便用VF的10KHz的调制频率，在大负载即大电流下，电流波形很差。负载小的时候电流波刑也正弦度很差，这个现象与死区基本上没什么关系。  

ShowMotion     发表于：2013-10-16 11:28:11 28楼  

是穿芯式霍尔传感器吗？这个波形可能是算法导致的，怀疑空间矢量切换时导致的异形，感觉把凹进去的驼峰反个向，波形就比较正常啦。轻载的波形是怎样的？  

juesure    发表于：2013-10-16 17:01:52 29楼  

回复内容：对： ShowMotion  是穿芯式霍尔传感器吗？这个波形可能是算法导致的，怀疑空... 内容的回复:

是用的穿针式霍尔传感器，轻载的时候波形也比较差，下图为500rpm/10Nm时相电流波形  

   发表于：2013-10-17 11:23:42 30楼  

供电电压低，速度上来后电压饱和，需要弱磁  

juesure     发表于：2013-10-17 21:22:03 31楼  

回复内容：对：   供电电压低，速度上来后电压饱和，需要弱磁 内容的回复:

500rpm速度算很低的了，3000rpm有弱磁  

刘志斌     发表于：2013-10-18 23:01:54 32楼  

1、电机的电流波形，因电流不能突变，曲线一般表现连续圆滑，向楼主这样尖峰毛刺的波形少见；

2、觉得楼主的问题是示波器检测回路开路或高阻状态所表现的干扰波形畸变，并非真正的电机电流波形！

3、也就是说，楼主好好检测校正一下示波器，看看是否示波器操作连线等有误！  

刘志斌     发表于：2013-10-19 15:34:39 33楼  

4、调校好示波器，电机电流检测电流值一般不需要放大，直接取样进入示波器看看！  

juesure     发表于：2013-10-21 08:10:14 34楼  

回复内容：对： 刘志斌  1、电机的电流波形，因电流不能突变，曲线一般表现连续圆... 内容的回复:

毛刺尖峰不否认一部分是由于示波器引入，但从曲线的总体趋势来说还是差不多的，我尝试过不同的示波器、功率分析仪、录波仪等设备，可以确定这一点，电流峰值仍会造成保护电路误保护  

刘志斌   发表于：2013-10-21 09:31:00 35楼  

引用 juesure 的回复内容： ……电流峰值仍会造成保护电路误保护

1、“峰值”仍会造成保护电路“误保护”，如果确认的话，说明你的保护电路有问题；

2、“过载保护”一般是“延时保护”，如果没有“延时”保护，会经常造成“停机”误动作事故；  

刘志斌  发表于：2013-10-21 14:20:50 36楼  

3、调速电路控制的电机，一般采用失速保护，过载时速度自动降低直至电流正常！  

征     发表于：2013-10-21 15:26:18 37楼  

楼主把示波器的时间调到100uS以下，然后再看电流波形在功率模块开通、关断时的尖峰脉冲。  

征    发表于：2013-10-21 15:30:04 38楼  

先看到电流波形在模块开通、关断时的尖峰大小，然后再想原因吧  

征    发表于：2013-10-21 15:33:52 39楼  

示波器调到小于100us每格，尖峰电流示波器要能采到，采不到就想办法，选高带宽探头。  

刘志斌    发表于：2013-10-21 15:52:02 40楼  

1、看电容的电流尖峰脉冲可以，看电容的电压尖峰脉冲难；

2、看电感的电压尖峰脉冲可以，看电感的电流尖峰脉冲难；

3、知道这是为什么吗？这就是原理！靠乱猜不行，靠奇思妙想不行，只能靠原理、基础知识和实践经验！