CN108306557A - 一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法 - Google Patents

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王海军
程志
吴小涛
吴文辉
王泽�
李兵
郭文生
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

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Abstract

本发明公开了一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法，通过对双转式三相无刷直流电动机位置传感器输出信号与绕组反电动势的关系进行分析，提出了一种测定电机换相相位的有效方法并给出了一种自动调校方案；通过软件解算内、外转子的位置信号，可即时得到电机内外转子的相对角度。依据此相对角度得到位置信号与反电动势的对应关系，判断位置传感器安装是否满足设计要求；本发明方法通过电子测量技术解决了双转式永磁直流无刷电机换相相位的精确测量问题，为电机位置传感器安装的准确性提供依据，大大提高了电机生产的装配工作效率。

Description

一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法
技术领域
本发明属于无刷直流电动机技术领域，具体涉及一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法。
背景技术
普通永磁无刷电机仅转子磁极旋转，其电枢是静止不动的。而基于作用力与反作用力原理的双轴对转稀土永磁无刷直流电机在电磁转矩的驱动下，使内、外两个转子同时向相反的方向旋转。在水下电动力对转推进***中，双轴对转永磁无刷直流电机与对转螺旋桨配合使用，可显著提高水下航行器的推进效率，同时消除由单个螺旋桨转动带来的横滚。
位置传感器是双轴对转永磁无刷直流电机的重要组成部分，双轴对转永磁无刷直流电机各相绕组导通的顺序和时间取决于位置传感器输出的转子位置信息。位置传感器必须准确的测量转子磁极位置及电枢绕组位置，并将转子位置信号转换成控制电机驱动电路换相的电信号，其信号直接影响绕组的换相位置，也对电流、转矩和效率产生直接影响。
双轴永磁无刷直流电机位置传感器包括内轴位置传感器和外轴位置传感器。外轴位置传感器检测电机本体转子磁钢位置信息，内轴位置传感器检测电机本体绕组位置信息。位置传感器包括位置传感器定子和位置传感器转子。位置传感器的理论安装位置通过设计能够实现，但电机的绕组电感量会对换相角产生影响且磁极的安装也会产生偏差。绕组电感量的计算十分复杂，在工程实现时通常采用人工调整。通常外轴位置传感器采用固定安装方式，内轴位置传感器采用圆周方向动态安装位置。电机一般由多对磁极组成，因此机械角度的误差对电角度影响较大。
安装电角度精度直接影响电机的电子换相功能，也会对电机的转矩脉动和噪声带来影响，这就要求位置传感器安装要与三相绕组的反电动势有精确的对应关系。电子换相的时刻由位置信号和反电动势的时序关系决定，因此快速有效地确定位置传感器和绕组间的相序关系是实现无刷直流电机调速功能的关键。
双转式稀土永磁无刷直流电机总装完成后需要对位置传感器的安装进行调校。安装调校的依据是位置信号与反电动势的相位关系。但双转式直流无刷电机的位置信号和反电动势的相位关系检测一直是电机总装调试的难点。
现有的在电机调试过程中采用人工试凑的方法，即用示波器抓取内、外转子位置信号和反电动势信号，再测量反电动势的相位差，最后由人工计算电机内外转子的相对角度。该方法十分原始，需要多人协作、反复试验，不仅效率低下，而且测试工作带有一定的危险性，耗费大量的人力时间成本，不利于大批量生产。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法，可提高电机生产的装配工作效率。
一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法，包括如下步骤：
(1)采用与被测电动机相同的工装电机，通过控制工装电机的内、外轴转动从而带动被测电动机的内、外转子同步转动；
(2)采用定时同步采样的方式采集被测电动机的三相反电动势U,V,W，通过位置传感器采集被测电动机的内、外转子的位置信号HU；分别以内、外转子位置信号HU的下降沿为零时刻，计算出内、外转子的位置信号HU两次下降沿之间的时间，即得到内、外转子的电周期T1和T2；
(3)从被测电动机的第二个电周期开始，以内、外转子的位置信号HU的下降沿为零时刻，根据采样点数及采样周期Ts，分别计算被测电动机当前内、外转子的运行时间t1和t2；内转子运行的时间t1＝n1×Ts，外转子运行的时间t2＝n2×Ts；其中，n1为内转子对应的采样点数；n2为外转子对应的采样点数；
(4)计算内转子运行的电角度外转子运行的电角度
(5)计算内、外转子相对于被测电动机静止部分的电角度θ：
(6)将所述电角度θ采用方波的形式显示，方波的下跳沿对应0度，计算θ的下跳沿与U相反电动势的过零点之间的相位角β；
(7)将步骤(6)获得的相位角β与设定的相位参考值进行比对，如果比对结果不满足要求，则调整内转子对应的位置传感器安装位置，改变θ的下跳沿的位置与U相反电动势之间的相位角β；改变后，再次获得当前的相位角β，直到相位角β的比对结果满足要求；满足要求后，通过此时内转子对应位置传感器与被测电动机线圈的相对位置，以及外转子对应位置传感器与被测电动机磁钢的相对位置，得到被测电机的最佳换相位置。
所述定时同步采样的采样率根据电机频率确定并能够满足电角度分辨率在2～3度。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过对双转式三相无刷直流电动机位置传感器输出信号与绕组反电动势的关系进行分析，提出了一种测定电机换相相位的有效方法并给出了一种自动调校方案；通过软件解算内、外转子的位置信号，可即时得到电机内外转子的相对角度。依据此相对角度得到位置信号与反电动势的对应关系，判断位置传感器安装是否满足设计要求；本发明方法通过电子测量技术解决了双转式永磁直流无刷电机换相相位的精确测量问题，为电机位置传感器安装的准确性提供依据，大大提高了电机生产的装配工作效率。
附图说明
图1为本发明的自动调校装置。
图2为本发明的电机反电动势波形图；
图3为本发明的电机位置传感器信号图；
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明具体实施的技术方案是：一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校装置，检测装置主要由模拟负载电路、信号调理及采集电路、信号处理电路及计算机组成；其***装置为被测电动机及工装电动机。
所述模拟负载电路主要功能是取样电动机三相绕组的相电压信号(图2)；信号调理及采集电路由调理和采样主要完成内、外转子位置传感器信号(图3)及三相反电动势相电压信号的同步采样。
如图4所示，本发明的电动机换相相位自动调校方法步骤如下：
(1)采用与被测电机相同的工装电机，通过联轴器连接工装电机和被测电机的内轴和外轴；控制工装电机的内、外轴转动带动被测电机的内外转子同步转动；
(2)采用定时同步采样的方式(采样率根据电机频率确定并能够满足电角度分辨率在2～3度)采集被测电机的三相反电动势U,V,W，通过位置传感器采集被测电机的内外转子HU信号；分别以内、外转子位置信号HU的下降沿为零时刻，计算出内外转子的HU两次下降沿之间的时间，即可得到内、外转子的电周期T1和T2；
(3)在被测电机的第二个电周期开始，以内外转子的HU的下降沿为零时刻，根据采样点数n及采样周期Ts，分别计算当前电机内、外转子的运行时间t1和t2；内转子运行的时间t1＝n1×Ts，外转子运行的时间t2＝n2×Ts；其中，n1为内转子对应的采样点数；n2为外转子对应的采样点数；
(4)内转子运行的电角度外转子运行的电角度
(5)计算当内外转子相对于电机静止部分的电角度θ：
(6)相对于电机静止部分的电角度θ采用方波的形式显示，方波的下跳沿对应0度，计算θ的下跳沿与U相反电动势的过零点之间的相位角β；
(7)将步骤(6)获得的相位角β与设定的相位参考值进行比对，如果比对结果不满足要求，则调整内轴位置传感器安装位置，改变θ的下跳沿的位置与U相反电动势之间的相位角β；改变后，再次获得当前的相位角β，直到相位角β的比对结果满足要求；满足要求后，通过此时内轴位置传感器与被测电机线圈的相对位置，以及外轴位置传感器与被测电机磁钢的相对位置，得到被测电机的最佳换相位置。其中，设定的相位参考值根据工程经验多次试验获得。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用与被测电动机相同的工装电机，通过控制工装电机的内、外轴转动从而带动被测电动机的内、外转子同步转动；
(2)采用定时同步采样的方式采集被测电动机的三相反电动势U,V,W，通过位置传感器采集被测电动机的内、外转子的位置信号HU；分别以内、外转子位置信号HU的下降沿为零时刻，计算出内、外转子的位置信号HU两次下降沿之间的时间，即得到内、外转子的电周期T1和T2；
(3)从被测电动机的第二个电周期开始，以内、外转子的位置信号HU的下降沿为零时刻，根据采样点数及采样周期Ts，分别计算被测电动机当前内、外转子的运行时间t1和t2；内转子运行的时间t1＝n1×Ts，外转子运行的时间t2＝n2×Ts；其中，n1为内转子对应的采样点数；n2为外转子对应的采样点数；
(4)计算内转子运行的电角度外转子运行的电角度
(5)计算内、外转子相对于被测电动机静止部分的电角度θ：
(6)将所述电角度θ采用方波的形式显示，方波的下跳沿对应0度，计算θ的下跳沿与U相反电动势的过零点之间的相位角β；
(7)将步骤(6)获得的相位角β与设定的相位参考值进行比对，如果比对结果不满足要求，则调整内转子对应的位置传感器安装位置，改变θ的下跳沿的位置与U相反电动势之间的相位角β；改变后，再次获得当前的相位角β，直到相位角β的比对结果满足要求；满足要求后，通过此时内转子对应位置传感器与被测电动机线圈的相对位置，以及外转子对应位置传感器与被测电动机磁钢的相对位置，得到被测电机的最佳换相位置。
2.如权利要求1所述的一种双转式无刷直流电动机换相相位自动调校方法，其特征在于，所述定时同步采样的采样率根据电机频率确定并能够满足电角度分辨率在2～3度。
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