CN101799337B - 永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法，该方法基主要通过如下步骤实现：(1)根据齿槽数将电动机一圈虚拟为齿槽数个齿槽周期；(2)在一个齿槽周期中根据精度要求与存储空间的限制分成若干等分；(3)电动机运转过若干齿槽周期；(4)根据转过每个齿槽周期的数据计算得到齿槽转矩。本发明能够简单、自动的、精确的检测出永磁同步电动机的齿槽转矩。
Description
技术领域：
本发明发明涉及一种检测方法，具体涉及一种用于永磁同步电动机齿槽转矩的检测方法。
背景技术：
永磁同步电动机中，由于永磁转子的磁极与定子齿槽的相对位置不同时，主磁路的磁导不一样，永磁转子趋向定位于磁导最大的位置，偏离时都有回复到该位置的作用转矩，称为齿槽转矩(Cogging Torque)。
由于该转矩的存在，常常会引起永磁同步电动机振动、噪声，降低***的控制精度。
现有技术中对齿槽转矩的检测主要有两种方式：一是手工检测，另一种方式为利用高精度伺服***进行检测。这种方式都存在不同的缺陷，其中手工检测齿槽转矩精度很低，而且无法与位置相对应连续检测，只能了解永磁同步电动机的齿槽转矩大概性能；而利用高精度伺服***拖动待测永磁同步电动机进行测试，对机械精度要求相当高，安装比较复杂。
发明内容：
本发明针对上述现有检测方法中所存在的缺陷，而提供一种永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法，该方法利用变频器驱动永磁同步电动机，通过检测转子位置变化时的变频器输出转矩，经过运算可得到待测永磁同步电动机的齿槽转矩。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法，该方法基于变频器驱动的永磁同步电动机***实施，其主要通过如下步骤实现：
(1)根据齿槽数将电动机一圈虚拟为齿槽数个齿槽周期；
(2)将一个齿槽周期根据精度要求与存储空间的限制分成若干等分，每一等分位置，将记录对应齿槽转矩；
(3)控制电动机转过若干齿槽周期；
(4)根据转过每个齿槽周期的数据计算得到齿槽转矩。
方法一、所述步骤(3)和步骤(4)具体通过以下方式实现：
(4-1)控制驱动***中齿槽转矩计算模块不工作，记录电机转过每个齿槽周期内的每个等分位置时，速度调节器对应输出的实际输出值；
(4-2)平均步骤(4-1)得到的值，得到电机转过若干齿槽周期速度调节器输出的平均值；
(4-3)将步骤(4-1)记录的每个实际输出值减去由步骤(4-2)得到的平均值得到电机转过每齿槽周期内每个等分位置时相应的齿槽转矩；
(4-4)平均所有齿槽周期中相同等分位置的齿槽转矩，形成齿槽转矩影响值表，即一个齿槽周期内每个等分位置的齿槽转矩影响，得到永磁同步电机的最终齿槽转矩。
方法二，所述步骤(3)和步骤(4)具体通过以下方式实现：
(4-A)电机转过第一齿槽周期时，控制驱动***中齿槽转矩计算模块不工作，并记录电机转过第一齿槽周期内每个等分位置时，速度调节器对应输出的实际输出值；
(4-B)由步骤(4-A)记录的每个实际输出值减去步骤(4-A)中记录的所有实际输出值的平均值，形成齿槽转矩影响值表，即第一齿槽周期内每个等分位置相应的齿槽转矩影响；
(4-C)电机转过第二齿槽周期时，控制齿槽转矩计算模块工作，根据第二齿槽周期内相应的等分位置，查询记录的齿槽转矩影响值表，插值计算出相应等分位置的齿槽转矩补偿值，与电机转过第二齿槽周期内相应等分位置时速度调节器实际输出值相加合成为相应的转矩电流命令值，即得到电机转过第二齿槽周期内每个等分位置时的转矩电流命令信号值；
(4-D)由步骤(4-C)记录的每个值减去步骤(4-C)中记录的所有值的平均值，形成更新的齿槽转矩影响值表，即第二齿槽周期内每个等分位置相应的齿槽转矩影响；
(4-E)电机转过下一齿槽周期，重复步骤(4-C)至步骤(4-D)；
(4-F)电机转过若干齿槽周期后，最后的齿槽转矩影响值表即为最终齿槽转矩。
根据上述技术方案得到的本发明容易实施，且无需提高所使用变频器的控制器硬件性能，也无需搭建高精度机械***，并能够精确检测出永磁同步电动机的齿槽转矩。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为变频器驱动永磁同步电动机***框图。
图2为本发明的实现流程图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
根据齿槽转矩产生的原因，可知齿槽转矩是随电动机转子位置周期性变化的，因此使用变频器驱动永磁同步电动机，可通过检测转子位置变化时的变频器输出转矩，经过运算可得到待测永磁同步电动机的齿槽转矩。
本发明基于实施的变频器驱动永磁同步电动机***如图1所示，在这个变频器的控制回路中，变频器通过位置传感器发来的位置信号以及速度指令，经内部运算，控制电动机运行，转速计算模块转换位置信息为转速信号ω，电流传感器得到输出电流Iq，速度调节器根据速度命令ω*和速度信息ω输出电流命令Iq1*，齿槽转矩计算模块则将接收到的位置信号θ，转换成相应的齿槽转矩补偿电流命令信号值Iq2*；Iq1*与Iq2*在控制回路中相加合成总的电流命令信号值Iq*，到电流调节器，电流调节器根据Iq*和输出电流Iq输出电压命令U*，通过电压源逆变器控制电动机运行。
本发明实施时控制变频器驱动永磁同步电动机系运行于齿槽转矩检测模式，变频器通过有PG矢量控制方式驱动电动机(空载)于较低转速匀速运转。
根据齿槽转矩产生机理，可知齿槽转矩呈周期性变化，即电动机转子所处的空间角度每经过一个齿槽，齿槽转矩近似相等。为此本发明实施如下(参见图2)：
(1)根据齿槽数将电动机一圈虚拟为齿槽数个齿槽周期，该齿槽周期是将电动机运转过一个齿槽对应的空间角度折算为的一个完整周期。
(2)将一个齿槽周期根据精度要求与存储空间的限制分成若干等分，由于等分得越细，最终的精度越高，而每一等分位置，将记录对应齿槽转矩。
(3)控制电机转过若干齿槽周期；
(4)根据转过每个齿槽周期的数据计算得到齿槽转矩。
在控制电机转过若干齿槽周期，并根据转过每个齿槽周期的数据计算得到齿槽转矩时，本发明提供了两种计算方式，具体如下：
方式一，其通过以下步骤实现：
(4-1)控制齿槽转矩计算模块不工作，即齿槽转矩计算模块输出Iq2*＝0，记录电机转过每个齿槽周期内的相应等分位置时，速度调节器对应输出的实际输出值Iq1*，即每个齿槽周期内的每个等分位置都要分别记录相应输出值Iq1*。
(4-2)将上述步骤记录得到的数值进行平均，计算得到电机转过若干齿槽周期时，速度调节器输出的平均值；
(4-3)将记录的每个实际输出值Iq1*减去由步骤(4-2)得到的平均值得到电机转过每齿槽周期内每个等分位置时相应的齿槽转矩；
(4-4)平均所有齿槽周期中相同等分位置的齿槽转矩，形成齿槽转矩影响值表，即一个齿槽周期内每个等分位置的齿槽转矩影响，得到永磁同步电机的最终齿槽转矩。
方式二，其通过以下步骤实现：
(4-A)电机转过第一齿槽周期时，控制齿槽转矩计算模块不工作，记录电动机运转过第一齿槽周期内相应等分位置时，速度调节器对应输出的实际输出值Iq1*。
(4-B)计算第一齿槽周期内每个等分位置相应的齿槽转矩影响，由以下方式得到：首先，平均步骤(4-A)中记录的实际输出值，得到电动机运转过第一齿槽周期内相应等分位置时，速度调节器输出的平均值；
接着，将步骤(4-A)记录的每个速度调节器实际输出值Iq1*减去第一齿槽周期内速度调节器输出的平均值，形成齿槽转矩影响值表，即第一齿槽周期内相应等分位置齿槽转矩影响。
(4-C)电机转过第二齿槽周期时，控制齿槽转矩计算模块工作，根据第二齿槽周期内相应的等分位置，查询记录的齿槽转矩影响值表，插值计算出相应等分位置的齿槽转矩补偿值Iq2*，与电机转过第二齿槽周期内相应等分位置时速度调节器实际输出值Iq1*相加合成为相应的转矩电流命令值Iq*，继而得到电机转过第二齿槽周期内每个等分位置时的转矩电流命令信号值Iq*。
(4-D)计算第二齿槽周期内每个等分位置相应的齿槽转矩影响，由以下方式得到：首先，平均步骤(4-C)求得的所有转矩电流命令信号值，得到电机转过第二齿槽周期内每个等分位置时的转矩电流命令信号的平均值；
接着，将电机转过第二齿槽周期内每个等分位置时的转矩电流命令信号值Iq*减去电机转过第二齿槽周期内每个等分位置时的转矩电流命令信号的平均值，形成更新的齿槽转矩影响值表，即第二齿槽周期内相应等分位置齿槽转矩影响。
(4-E)电机转过下一齿槽周期，重复步骤(4-C)至步骤(4-D)。
(4-F)电机转过若干齿槽周期后，最后的齿槽转矩影响值表即为最终齿槽转矩。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法，该方法基于变频器驱动的永磁同步电动机***实施，其特征在于，所述方法主要通过如下步骤实现：
(1)根据齿槽数将永磁同步电动机一圈虚拟为齿槽数个齿槽周期；
(2)将一个齿槽周期根据精度要求与存储空间的限制分成若干等分，每一等分位置，将记录对应齿槽转矩；
(3)控制永磁同步电动机转过若干齿槽周期；
(4)根据转过每个齿槽周期的数据计算得到齿槽转矩。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)具体通过以下方式实现：
(4-1)控制驱动***中齿槽转矩计算模块不工作，记录永磁同步电动机转过每个齿槽周期内的每个等分位置时，速度调节器对应输出的实际输出值；
(4-2)平均步骤(4-1)得到的实际输出值，得到永磁同步电动机转过若干齿槽周期速度调节器输出的平均值；
(4-3)将步骤(4-1)记录的每个实际输出值减去由步骤(4-2)得到的平均值得到永磁同步电动机转过每齿槽周期内每个等分位置时相应的齿槽转矩；
(4-4)平均所有齿槽周期中相同等分位置的齿槽转矩，形成齿槽转矩影响值表，即一个齿槽周期内每个等分位置的齿槽转矩影响，得到永磁同步电动机的最终齿槽转矩。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电动机齿槽转矩的自动检测方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)具体通过以下方式实现：
(4-A)永磁同步电动机转过第一齿槽周期时，控制驱动***中齿槽转矩计算模块不工作，并记录永磁同步电动机转过第一齿槽周期内每个等分位置时，速度调节器对应输出的实际输出值；
(4-B)由步骤(4-A)记录的每个实际输出值减去步骤(4-A)中记录的所有实际输出值的平均值，形成齿槽转矩影响值表，即第一齿槽周期内每个等分位置相应的齿槽转矩影响；
(4-C)永磁同步电动机转过第二齿槽周期时，控制齿槽转矩计算模块工作，根据第二齿槽周期内相应的等分位置，查询记录的齿槽转矩影响值表，插值计算出相应等分位置的齿槽转矩补偿值，与永磁同步电动机转过第二齿槽周期内相应等分位置时速度调节器实际输出值相加合成为相应的转矩电流命令值，即得到永磁同步电动机转过第二齿槽周期内每个等分位置时的转矩电流命令信号值；
(4-D)由步骤(4-C)记录的每个转矩电流命令信号值减去步骤(4-C)中记录的所有转矩电流命令信号值的平均值，形成更新的齿槽转矩影响值表，即第二齿槽周期内每个等分位置相应的齿槽转矩影响；
(4-E)永磁同步电动机转过下一齿槽周期，重复步骤(4-C)至步骤(4-D)；
(4-F)永磁同步电动机转过若干齿槽周期后，最后的齿槽转矩影响值表即为最终齿槽转矩。
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