專利名稱：無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著永磁材料的不斷改進(jìn)和完善，永磁同步電機(jī)在工業(yè)控制場(chǎng)合和新能源領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于永磁體的存在，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈就有其隨機(jī)的空間位置，根據(jù)同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理，要獲得有效的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩使電機(jī)順利起動(dòng)、成功運(yùn)行，永磁同步電機(jī)的高性能控制如矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，都需要準(zhǔn)確知道轉(zhuǎn)子初始位置。通常，轉(zhuǎn)子的位置通過(guò)軸編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾元件進(jìn)行測(cè)量，然而這些傳感器的存在增加成本，使控制系統(tǒng)易受干擾，降低了系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。同時(shí)，在一些場(chǎng)合如兆瓦級(jí)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，位置編碼器安裝困難或者無(wú)法安裝。為此，近年來(lái)無(wú)位置傳感器技術(shù)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。在無(wú)位置傳感器中需要解決的一個(gè)問(wèn)題是轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)，如果檢測(cè)的轉(zhuǎn)子初始位置與實(shí)際值偏差較大時(shí)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)帶負(fù)載能力下降、 甚至反轉(zhuǎn)等問(wèn)題，從而影響了電機(jī)運(yùn)行控制效果。目前永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)(定位)算法主要有1.施加恒定電壓空間矢量法此類方法是通過(guò)施加方向恒定的空間電壓矢量使轉(zhuǎn)子定位在指定位置處。由于要引起負(fù)載機(jī)械初始位置發(fā)生變化，故該方法在實(shí)用場(chǎng)合中有極大的使用限制性。并在電機(jī)重載時(shí)需要施加較長(zhǎng)時(shí)間的方向恒定空間電壓矢量，以產(chǎn)生足夠的力矩實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子定位，但此時(shí)電機(jī)靜止，尚未建立反電勢(shì)，長(zhǎng)時(shí)間的施加電壓容易引起大電流危害電機(jī)的安全。2.凸極法此類方法是基于永磁同步電機(jī)總有一定的凸極性。對(duì)于凸極永磁同步電機(jī)而言， 它的結(jié)構(gòu)凸極自然存在且較明顯；對(duì)于隱極永磁同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，由于永磁體的磁導(dǎo)率略大于空氣磁導(dǎo)率(1.05 1.2倍)，也存在一定的結(jié)構(gòu)凸極性。另外，由于定子鐵芯的非線性磁化特性，使電機(jī)在空間上呈現(xiàn)飽和小凸極。這種結(jié)構(gòu)和飽和凸極性反映在定子繞組上，使得定子繞組的等效電感是一個(gè)與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的變量，因此，可以據(jù)此來(lái)判斷轉(zhuǎn)子初始位置。并且此類方法不依賴電機(jī)參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。目前比較常用的有基于在線電抗測(cè)量的間接磁鏈觀測(cè)法INFORM(Indirect Flux detection by On-line Reactance Measurement)及其改進(jìn)型它是通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)施加不同方向的電壓空間矢量，檢測(cè)其相應(yīng)的定子電流空間矢量變化率，并定義電壓空間矢量與電流空間矢量變化率復(fù)比值為復(fù)“INFORM”電感。這個(gè)復(fù)電感含有關(guān)于轉(zhuǎn)子磁鏈(或者轉(zhuǎn)子磁鏈初始位置)的信息。在實(shí)際中，通過(guò)施加6個(gè)非零電壓空間矢量后根據(jù)電流響應(yīng)計(jì)算復(fù)電感值進(jìn)而得到轉(zhuǎn)子初始位置角度。該方法對(duì)電流檢測(cè)硬件電路的精度要求高，而且由于復(fù)電感與轉(zhuǎn)子初始位置角度關(guān)系的非線性以及實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的離散性，很難保證較高估計(jì)分辨率， 有時(shí)甚至出現(xiàn)較大的初始位置檢測(cè)錯(cuò)誤。
施加幅值相同、方向不同的電壓脈沖法通過(guò)給電機(jī)施加幅值相同、方向不同的一系列電壓脈沖，檢測(cè)并比較其相應(yīng)的定子電流來(lái)估算轉(zhuǎn)子位置。這種方法理論上認(rèn)為可以達(dá)到較高的估計(jì)精度。但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)需要脈寬調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生不同方向的電壓空間矢量，在脈沖施加期間，開(kāi)關(guān)動(dòng)作較多，易對(duì)采樣電路造成干擾，而且開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)伴隨的死區(qū)時(shí)間也會(huì)對(duì)電流變化造成影響。另外不斷細(xì)分的估計(jì)方法使得估計(jì)速度較慢。在檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置被確定到一個(gè)較小區(qū)域內(nèi)的時(shí)候，此時(shí)在這一很小區(qū)域內(nèi)施加不同電壓矢量將很難對(duì)更為精確的轉(zhuǎn)子位置作出有效判斷。施加等寬電壓脈沖法通過(guò)在定子繞組中依次施加6個(gè)非零空間電壓矢量再檢測(cè)比較定子電流。由于此種方法不需要脈寬調(diào)制脈沖發(fā)生器，并且定子電流線性變化，脈沖施加期間無(wú)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。因此可以較準(zhǔn)確的檢測(cè)電流的變化率，從而降低對(duì)電流檢測(cè)硬件電路要求。但是由于施加電壓脈沖太少，檢測(cè)的誤差在士30°以內(nèi)，誤差較大。高頻注入法通過(guò)向電機(jī)注入脈振或者旋轉(zhuǎn)的高頻電壓信號(hào)，檢測(cè)高頻電流響應(yīng)， 將電流信號(hào)解調(diào)提取有關(guān)轉(zhuǎn)子位置的信息。但是用于判斷轉(zhuǎn)子磁極極性的信號(hào)信噪比低、 算法復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。以上方法存在測(cè)量過(guò)程中造成轉(zhuǎn)子位置變動(dòng)、對(duì)電流采樣硬件電路要求高、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差大或者算法復(fù)雜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有方法中脈沖施加期間開(kāi)關(guān)動(dòng)作較多，對(duì)采樣電路造成干擾等不足，本發(fā)明提出了一種無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 向永磁同步電機(jī)定子繞組依次施加六組三相導(dǎo)通電壓矢量，得出電流變化率最大的一組三相導(dǎo)通電壓矢量的位置角并記為θ3;步驟2 向永磁同步電機(jī)定子繞組依次施加六組兩相導(dǎo)通電壓矢量，得出電流變化率最大的一組兩相導(dǎo)通電壓矢量的位置角并記為θ2;步驟3:判斷I θ3-θ2|是否大于30°，若是，則返回步驟1 ；若不是，則轉(zhuǎn)子的初始位置為(θ3+θ2)/2。所述三相導(dǎo)通為逆變器三相橋臂中，每相橋臂的上管導(dǎo)通或下管導(dǎo)通。所述兩相導(dǎo)通為逆變器三相橋臂中，有一相橋臂的上管和下管都截止，另外兩相橋臂的上管導(dǎo)通或下管導(dǎo)通。本發(fā)明簡(jiǎn)單有效，不需要脈寬調(diào)制脈沖發(fā)生算法，在施加電壓脈沖期間，定子電流線性變化，降低了對(duì)采樣電路的要求；采用檢測(cè)電流變化率的方法，避免了電流檢測(cè)電路零點(diǎn)漂移的影響；施加脈沖期間，開(kāi)關(guān)管不動(dòng)作，減小了開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)采樣電路的干擾以及死區(qū)的影響；使初始位置判斷誤差在士 15°以內(nèi)。


圖1為本發(fā)明原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明提出了一種新的簡(jiǎn)單有效的在電機(jī)靜止時(shí)估算其轉(zhuǎn)子初始位置的方法，該方法也是利用永磁同步電機(jī)的凸極性，通過(guò)三相和兩相混合導(dǎo)通方式給電機(jī)定子繞組施加 12組等寬電壓脈沖，檢測(cè)并比較其相應(yīng)的定子電流變化率的方法估算出轉(zhuǎn)子的初始位置。定義逆變器的開(kāi)關(guān)函數(shù)為sx，X = A, B, C。
權(quán)利要求
1.無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 向永磁同步電機(jī)定子繞組依次施加六組三相導(dǎo)通電壓矢量，得出電流變化率最大的一組三相導(dǎo)通電壓矢量的位置角并記為θ3;步驟2 向永磁同步電機(jī)定子繞組依次施加六組兩相導(dǎo)通電壓矢量，得出電流變化率最大的一組兩相導(dǎo)通電壓矢量的位置角并記為θ2;步驟3:判斷I θ3-θ2|是否大于30°，若是，則返回步驟1 ；若不是，則轉(zhuǎn)子的初始位置為(θ3+θ2)/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法，其特征是所述三相導(dǎo)通為逆變器三相橋臂中，每相橋臂的上管導(dǎo)通或下管導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法，其特征是所述兩相導(dǎo)通為逆變器三相橋臂中，有一相橋臂的上管和下管都截止，另外兩相橋臂的上管導(dǎo)通或下管導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法。該方法通過(guò)向定子繞組注入三相導(dǎo)通電壓矢量和兩相導(dǎo)通電壓矢量共12組等寬電壓脈沖，并對(duì)定子電流變化率進(jìn)行比較，從而得到轉(zhuǎn)子初始位置角。本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法存在造成轉(zhuǎn)子位置變動(dòng)、對(duì)電流采樣硬件電路要求高、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差大或者算法復(fù)雜的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02P6/18GK102185548SQ20111009775
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者周嘯, 唐芬, 童亦斌, 金新民 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)