CN104506103A

CN104506103A - 一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法

Info

Publication number: CN104506103A
Application number: CN201410601992.3A
Authority: CN
Inventors: 刘景林; 鲁家栋; 卫丽超
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN104506103B

Abstract

本发明提供了一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法，该方法根据三相绕组高频电流响应幅值大小随转子位置角不同而变化的规律，通过对永磁同步电机定子三相绕组注入对称高频电压信号，检测出高频电流响应信号，直接对定子三相绕组电流响应信号的幅值进行数学分析计算得到转子d轴位置信息，再对检测出d轴的两端进行脉冲注入，检测响应电流大小，依据d轴磁路饱和性原理区分N、S极，该方法不仅能够准确、可靠、快速地检测出永磁同步电机转子初始位置信息，并且算法简单、运算量小。

Description

一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法

技术领域

本发明涉及一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法，尤其是具有增量式光电编码器，且对电机启动平稳性有要求的永磁同步电机控制领域。

背景技术

目前，国内对永磁同步电机初始位置检测方法的研究很多，但都有其缺点。基于电机反电势的位置检测方法计算方法简单，运行可靠，但其不足是低速运行或零速时电机反电势很小或为零，从而不利于位置检测或根本无法进行电机初始位置的检测。普通高频信号注入法解决了反电势法低速运行或零速时的位置检测问题，其高频响应信号中含有转子的位置信息，但其对高频响应信号的解调算法很复杂，运算量大，理论性强，实际应用往往问题较多。脉冲信号注入法检测转子初始位置方法简单，但是检测时间较长，且在检测过程中转子易受注入脉冲信号的影响而转动。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：为了解决永磁同步电机初始位置检测的问题，满足永磁同步电机启动平稳性的要求，本方案提供一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法。该方法不仅能够准确、可靠、快速地检测出永磁同步电机转子初始位置信息，并且算法简单、运算量小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：第一步，给永磁同步电机定子A、B、C三相(以三相为例)绕组注入相应相序对称的高频电压信号。第二步，检测三相绕组的电流响应信号，分别记录A、B、C三相绕组响应电流幅值的大小。第三步，根据三相响应电流幅值大小随转子位置不同而变化的规律可以计算出转子d轴位置。第四步，根据d轴饱和性原理分别对d轴两极进行脉冲注入，根据脉冲响应电流大小的不同，即可区分出N、S极，从而，推算出电机转子的初始位置信息。

本发明的有益效果是：采用高频信号注入法对永磁同步电机转子初始位置进行检测，相比于一般高频信号注入法，该方法通过检测定子三相绕组高频电流响应信号，直接对该信号进行数学分析，经过简单的数学计算和线性近似得到转子d轴位置信息，通过d轴饱和性原理区分N、S极。该方法对高频响应电流信号的处理，省去了坐标变换和复杂的信号处理等过程，检测时间变短，而且该方法计算转子初始位置误差小。

附图说明

图1电机转子处于某一位置(21°电角度)时，定子三相绕组中通入高频电压信号时的高频电流响应。

图2定子A、B、C三相绕组高频电流响应的幅值随转子位置角(电角度)不同而变化的规律。

图3在计算转子位置角度时采用的近似线性化计算方法所带来的计算误差估计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

在永磁同步电机定子三相绕组中注入三相对称的高频电压信号，在三相绕组中将产生相应的电流响应信号，如图1所示。可见，此时电机定子三相绕组A、B、C中产生的电流响应幅值是不同的，对应当前的转子位置，有Ia＞Ic＞Ib。根据理论分析可知电机三相绕组电感值随转子位置不同会发生变化，而电感值的不同将导致高频电流响应幅值的不同。通过实验和仿真可以得出随着转子位置角(电角度)不同，定子A、B、C三相绕组电流响应幅值的变化规律如图2所示。可以看出在360°(电角度)范围内定子三相绕组电流响应幅值随转子位置角变化是有规律的：(1)在0°-30°范围内Ia＞Ic＞Ib；(2)在30°-60°范围内Ic＞Ia＞Ib；(3)在60°-90°范围内Ic＞Ib＞Ia；(4)在90°-120°范围内Ib＞Ic＞Ia；(5)在120°-150°范围内Ib＞Ia＞Ic；(6)在150°-180°范围内Ia＞Ib＞Ic；(7)180°-360°时与0°-180°情况相同。

这样，根据Ia、Ib、Ic三相电流响应幅值大小可以将转子位置角确定在180°(电角度)之前或之后的两个30°范围内。其中，180°之前和之后的区别在于判断出的角度对应着N极还是S极，假设对N、S极先不进行区分，认为转子N极处于180°之前的某一个30°内。根据下式(数学线性近似方法)对转子位置角进行计算(1)在0°-30°时θ＝(Ic-Ib)/(Ia-Ib)*30°；(2)在30°-60°时θ＝(Ic-Ia)/(Ic-Ib)*30°+30°；(3)在60°-90°时θ＝(Ib-Ia)/(Ic-Ia)*30°+60°；(4)在90°-120°时θ＝(Ib-Ic)/(Ib-Ia)*30°+90°；(5)在120°-150°时θ＝(Ia-Ic)/(Ib-Ic)*30°+120°；(6)在150°-180°时θ＝(Ia-Ib)/(Ia-Ic)*30°+150°。采用上式进行计算，其误差(将图2中三相电流幅值随转子位置变化的规律视为正弦变化规律)近似为Δθ＝θ-(Ic-Ib)/(Ia-Ib)*30°(以0°-30°时为例，其余情况类似，计算误差相同)，如图3所示。可以计算出其误差不超过0.56°(电角度)，说明这种数学线性近似方法本身不会带来大的计算误差。这个由计算带来的误差，对永磁同步电机的启动控制，其影响可以忽略。

以图1为例对该方法进行说明。如图1所示，此时Ia＝4.583A；Ib＝2.719A；Ic＝3.939A，Ia＞Ic＞Ib，不区分N、S极时，电机转子处于0°-30°范围内，通过θ＝(Ic-Ib)/(Ia-Ib)*30°可以计算出θ≈19.64°，而此时电机实际转角为21°，其总误差为1.36°(包含线性近似计算误差和该位置检测方法本身的误差)。

最后，对转子N、S极进行区分，采用d轴磁路饱和法。分别对检测出的d轴两个方向进行脉冲注入，检测响应电流值的大小。响应电流值较大的一端为N极，响应电流值较小的一端为S极。其原理是，当定子三相绕组合成电流矢量在d轴方向并且指向N极时，电枢反应起增磁作用，d轴主磁路饱和程度加深，导致d轴电感下降，因而脉冲响应电流值变大；当定子三相绕组合成电流矢量在d轴方向并且指向S极时，电枢反应起去磁作用，d轴主磁路饱和程度降低，导致d轴电感增强，因而脉冲响应电流值变小。

Claims

1.一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法，根据定子三相绕组高频电流响应幅值大小随转子位置角不同而变化的规律，直接对定子三相绕组电流进行数学分析计算得到转子d轴位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法，其三相绕组电流幅值大小随转子位置不同而变化的规律特征是：在180°电角度内每30°为一个区间，每一个区间内的Ia、Ib、工c幅值大小关系唯一确定。

3.根据权利要求2所述的一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法，在30°区间内转子位置角的判断方法，其特征是：根据数学线性近似方法对角度值进行推算，该近似方法计算误差很小，不会对永磁同步电机的启动控制产生大的影响。

4.根据权利要求1所述的一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法，d轴N、S极极性区分采用d轴磁路饱和原理，其特征是：对检测出的d轴两个方向分别进行脉冲注入，根据其响应电流大小判断N、S极，响应电流大的为转子N极。