通過無傳感器FOC控制提高電器電機控制的效率和成本效益
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圖3 Park變換
當(dāng)正弦輸入電流施加到定子上時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通。轉(zhuǎn)子的速度與旋轉(zhuǎn)磁通矢量直接相關(guān)。磁通矢量必須始終與轉(zhuǎn)子磁極保持對齊，以使電機產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩。
圖4給出了整個過程的圖示，包括坐標(biāo)變換、PI迭代、逆變換和產(chǎn)生PWM，還描述了FOC控制所需的功能。誤差信號根據(jù)Id、Iq和各自的參考值而產(chǎn)生。Id參考電流控制轉(zhuǎn)子磁通。請記住，只有在負(fù)載穩(wěn)定的條件下，Id和Iq（代表轉(zhuǎn)矩和磁通）才具有時間不變性。Iq參考電流控制電機的轉(zhuǎn)矩輸出。PI控制器的輸出提供Vd和Vq，它們構(gòu)成發(fā)送到電機的電壓矢量。新的變換角根據(jù)由Park逆變換產(chǎn)生的電壓和由Park變換產(chǎn)生的電流進(jìn)行估計。
圖4 采用無傳感器FOC算法控制的直接驅(qū)動洗衣機PMSM電機的應(yīng)用框圖
FOC算法使用新的變換角來確定下一個電壓矢量的位置。通過使用新的變換角，PI控制器的Vd和Vq輸出值被旋轉(zhuǎn)變換到靜止參考坐標(biāo)系。該計算產(chǎn)生正交電壓值vα和vβ。下一步，對vα和vβ值進(jìn)行逆變換，得到三相值va、vb和vc。三相電壓值用于計算新的PWM占空比值，產(chǎn)生所需的電壓矢量。
在FOC算法中，三相分離的PWM信號使用空間矢量調(diào)制（SVM）進(jìn)行正弦波調(diào)制，并施加到電機的三相繞組。通過使用分流電阻，可以監(jiān)視每個繞組中的電流，并將電流與基于電機特性的電氣模型進(jìn)行比較。電機供應(yīng)商會提供電機的繞組特性，雖然它們也可以使用繞組的電感和電阻值進(jìn)行測量。轉(zhuǎn)子位置通過基于電機模型間接測量反電動勢（EMF）來計算。通過推導(dǎo)等于測量電流的估算電流，可以基于電機模型計算得到反電動勢。
采用FOC方法可以為PMSM電機功率管理帶來許多好處。例如，F(xiàn)OC可以改善PMSM電機的動態(tài)響應(yīng)，為諸如洗衣機之類需要快速響應(yīng)速度變化（洗滌和甩干過程中）的電器帶來好處。FOC支持以較低的電流產(chǎn)生最佳的轉(zhuǎn)矩，因為它可以控制電流的幅值和相位，并使定子和轉(zhuǎn)子磁場之間的角度保持90°。此外，由于FOC支持在每個PWM周期中控制電機電流，所以可以從根本上限制電流。
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