本文討論了三相同步電機的不同“無傳感器”啟動技術(shù)，特別是這些技術(shù)如何應(yīng)用于 DRV10x 系列集成電機控制器。在這個由三部分組成的博客系列中，我將討論 TI 高性能InstaSPIN-FOC ? 解決方案的啟動選項。
三相電動機是指當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。
三相同步電機是交流旋轉(zhuǎn)電機的一種，因其轉(zhuǎn)速恒等于三相同步轉(zhuǎn)速而得名。三相同步電機主要用作發(fā)電機，也可用作電動機和調(diào)相機。現(xiàn)代電力工業(yè)中，無論是火力發(fā)電、水力發(fā)電，還是核能發(fā)電，幾乎全部采用三相同步發(fā)電機。
三相同步電動機由于具有在電源電壓波動或負載轉(zhuǎn)矩變化時，仍可保持其轉(zhuǎn)速恒定不變的良好特性，因而被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動不要求調(diào)速和功率較大的機械設(shè)備中，如軋鋼機、透平壓縮機、鼓風機、各種泵和變流機組等；或者用于驅(qū)動功率雖不大，但轉(zhuǎn)速較低的各種球磨機和往復式壓縮機；還可用于驅(qū)動大型船舶的推進器等。近年來，由于可控硅變頻裝置技術(shù)日漸成熟和大型化，使同步電動機也能夠通過變頻而作調(diào)速運行。因此，在一定的控制方式下，三相同步電動機的運行特性與他勵式直流電動機的工作特性相似，從而更擴大了它的使用范圍。
無傳感器控制主要應(yīng)用于大部分操作時間處于較高電頻率（機械速度）的應(yīng)用。這主要是因為大多數(shù)無傳感器技術(shù)需要反電動勢信號，該反電動勢信號由轉(zhuǎn)子以最小頻率旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。使用 InstaSPIN-FOC 解決方案中使用的FAST?軟件觀察器，此最小操作頻率遠低于其他觀察器，有時低于 1 Hz。但它仍然需要最低頻率。
圖 1：FAST 軟件觀察器的操作頻率
InstaSPIN-FOC 的默認啟動能力在概念上與第一部分和第二部分討論的方法相似，但是 FAST 的獨特能力是快速（小于 1 Hz）開始在非常低的轉(zhuǎn)子速度下提供準確的轉(zhuǎn)子角度估計意味著用于啟動的技術(shù)只需要在很短的時間內(nèi)應(yīng)用。這是提供穩(wěn)健啟動的巨大優(yōu)勢，尤其是在具有高動態(tài)負載的應(yīng)用中。
InstaSPIN-FOC 中的主要啟動技術(shù)稱為 ForceAngle。ForceAngle 在InstaSPIN 用戶指南中進行了描述，主要是第 14.3 章。
圖 2：InstaSPIN-FOC 系統(tǒng)中使用的估計或強制轉(zhuǎn)子磁通角
初始 - 直到測量到足夠的 Bemf，F(xiàn)AST 可以開始正確估計 - 轉(zhuǎn)子磁通角是未知的。在禁用 ForceAngle 軟件標志的情況下，F(xiàn)AST 觀測器的角度輸出用于駐車和逆駐車變換的磁場定向控制系統(tǒng)。在 FAST 有足夠的 Bemf 電壓反饋之前，估計值是不可預測的。但是這個估計的角度——即使是不正確的——將饋送到將應(yīng)用于電機的控制系統(tǒng)，這可能會導致轉(zhuǎn)子運動。只需少量的轉(zhuǎn)子運動，就可以產(chǎn)生足夠的 Bemf 電壓，使 FAST 可以收斂到合理的角度估計值，從而使受控的高扭矩驅(qū)動進入一個出色的操作區(qū)域。所以如果為轉(zhuǎn)子運動產(chǎn)生足夠的扭矩，這種方法可以用來啟動電機，
要進行更規(guī)范的啟動，建議啟用 ForceAngle 標志。啟用 ForceAngle 時，通過模擬以固定頻率移動的轉(zhuǎn)子的角度來生成估計的角度，該頻率由用戶通過變量 USER_FORCE_ANGLE_FREQ_Hz 設(shè)置。使用此模擬旋轉(zhuǎn)角度，直到從 FAST 估計的頻率大于由 USER_ZEROSPEEDLIMIT 設(shè)置的用戶規(guī)定限制。始終建議保持 FORCE_ANGLE_FREQ 至少比 ZEROSPEEDLIMIT 頻率大兩倍，以確保轉(zhuǎn)子實際上將被驅(qū)動超過 FAST 所需的低速限制以產(chǎn)生合理的估計。
例如，如果在測試中確定 FAST 提供了 2 Hz 的合理估計值，您將設(shè)置以下兩個變量：
#define USER_ZEROSPEEDLIMIT (2.0 / USER_IQ_FULL_SCALE_FREQ_Hz)
// 當啟用 ForceAngle 標志 USER_ZEROSPEEDLIMIT * USER_IQ_FULL_SCALE_FREQ_Hz = 使用 FAST 代替 ForcedAngle 的頻率限制：
#define USER_FORCE_ANGLE_FREQ_Hz (4.0)
// 保證仿真激勵大于頻率限制以提供更穩(wěn)健的啟動。
請繼續(xù)關(guān)注本系列的下一部分，了解如何在啟動時產(chǎn)生足夠的扭矩并在旋轉(zhuǎn)電機時將其最大化。
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