交流感應電機 （AC Induction Motor， ACIM）是適應

　　市場對電機低成本、易維護以及可靠的電機的需求而興

　　起的，并在行業中占據主導地位。需要使用感應電機驅

　　動的典型應用有很多，從消費應用到汽車應用，涉及到

　　多種功率等級和尺寸規格。

　　如何實現高效率、低成本的感應電機驅動控制是一個備

　　受關注的問題，而無傳感器的磁場定向控制 （Field

　　Oriented Control，FOC）（也稱為矢量控制）為其提供

　　了最佳解決方案。“無傳感器”這一術語并非表明省卻

　　全部的傳感器，只是與同類型磁場定向控制的其他驅動

　　進行比較，它指的是缺少速度和 / 或位置傳感器。該特

　　征降低了驅動系統的成本，這也是業界一直所期望的，

　　但這并不是使用這種控制方法的唯一原因，因為有些應

　　用對體積有要求，有些應用缺少用來將傳感器或器件安

　　裝在軸上時所需的額外電纜（由于高溫、腐蝕性接觸等

　　惡劣環境），這些應用場合中可使用這種方法。

　　本應用筆記的目的是介紹一種利用 dsPIC? 數字信號控

　　制器 （Digital Signal Controller， DSC）來進行感應電

　　機的無傳感器磁場定向控制 （FOC）的解決方案。

　　概述

　　交流感應電機

　　由于交流感應電機 （ACIM）具有結構簡單以及耐久性

　　強的特點，是工業和民用電機應用中的主要設備。這種

　　電機不存在電刷磨損或由于使用磁鋼而導致成本增加的

　　問題。轉子采用簡單的鋼質鼠籠結構。

　　ACIM 設計為運行于恒定輸入電壓和頻率條件，但通過

　　改變電機輸入電壓的頻率也可使 ACIM 高效運行在開環

　　調速的應用中。當電機未機械過載時，電機運行速度就

　　與輸入頻率大致成正比。當降低驅動電壓的頻率時，也

　　應同時按比例減小電壓的幅值。否則，當輸入頻率較低

　　時，電機會出現過電流。這種控制方法稱為壓頻比控

　　制。

　　磁場定向控制的優點直接體現為能耗較低，從而提高效

　　率、降低運行費用以及驅動元件成本。

　　在無傳感器磁場定向控制中，速度或位置是不能直接測

　　量的；它們的值是利用相電壓和電流等其他可直接測量

　　的參數來估計的。

　　如需了解關于 ACIM 的建模方程和其他感應電機的拓撲

　　結構的額外信息，請參閱“參考文獻”部分，從中可以

　　得到 Microchip 公司提供的相關文檔的完整清單。

　　控制策略

　　傳統的控制方法，如上文介紹的壓頻比控制方法，都是

　　對電機驅動電壓的頻率和幅值進行控制。與之相比，磁

　　場定向控制法則同時控制電機驅動電壓的頻率、幅值以

　　及相位。磁場定向控制的關鍵在于產生一個三相電壓矢

　　量以控制三相定子電流矢量，該電流矢量可以控制轉子

　　磁通矢量，進而控制轉子電流矢量。

　　理解磁場定向控制如何工作的關鍵是要在頭腦中設想參

　　考坐標的變換過程。當考慮交流電機如何工作時，您可

　　能從定子的角度來設想其運行過程。從這一角度看，定

　　子繞組上施加了正弦輸入電流，該時變信號產生了旋轉

　　的磁通。轉子的速度將是該旋轉磁通矢量的函數。從定

　　子靜止坐標系的角度來看，定子電流和旋轉磁通矢量看

　　似交流量。

　　現在，不再采用前面的觀察角度，而是設想您進入電

　　機。您自己以相同的速度隨著定子電流產生的旋轉磁通

　　矢量進行同步旋轉。從這一角度來觀察穩態運行的電

　　機，定子電流看似常量而轉子磁通矢量則是靜止的！最

　　終，您只要控制定子電流來獲得期望的轉子電流（不能

　　直接測量獲得）。通過坐標變換，可使用標準的控制環，

　　如同控制直流量一樣實現對定子電流的控制。