CN111987937B - 一种永磁电机启动装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种永磁电机启动装置及方法，包括电机控制支路、电流反馈支路和转子角度迭代模块；所述的电机控制支路、电流反馈支路分别与待启动永磁电机连接，所述的转子角度迭代模块分别与电机控制支路和电流反馈支路连接，所述的电流反馈支路与电机控制支路连接；所述电机控制支路用于根据矢量控制中给定电机定子侧的M、T轴电流控制永磁同步电机；所述电流反馈支路用于采集永磁同步电机的相电流；所述转子角度迭代模块用于提供坐标变换的角度。与现有技术相比，本发明具有成本低、控制精度和可靠性高、能够避免电机发生失控或者大的力矩波动等优点。

Description

一种永磁电机启动装置及方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种永磁电机启动装置及方法。
背景技术
永磁电机的启动方法主要有A.基于位置传感器的启动方法，该方法对传感器依赖比较高，启动精确度完全依赖传感器的精度。现在常见的位置传感器有旋转变压器或者编码器，这些装置会增加***成本，而且安装难度大。B.基于电感凸极性注入高频电压电流的方法，这种方法对电机的凸极性有要求，对于表贴式电机或者凸极性不明显的电机效果并不好，而且这种方法的程序复杂，不易于工程实现。C.反电势法，该方法适合中高速***，在低速或近零速时，难以精确测量。D.脉冲注入法，该方法可能造成同步电机不必要的转子转动，会影响后期辨识的准确性。E.电流环开环启动，该方法的转子摆动比较大，在很多应用场合不适用。
为了实现电机的精确控制，需要精确检测电机的初始位置，实现电机的磁场定向控制，而通常采用的位置传感器(绝对式位置传感器、UVW+编码器、旋转编码器等)在给永磁同步电机启动带来高精度的控制性能的同时，也给驱动***带来了较高的成本、较大的安装难度以及可靠性低等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种永磁电机启动装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种永磁电机启动装置，包括电机控制支路和电流反馈支路，所述的启动装置还包括转子角度迭代模块，所述的电机控制支路、电流反馈支路分别与待启动永磁电机连接，所述的转子角度迭代模块分别与电机控制支路和电流反馈支路连接，所述的电流反馈支路与电机控制支路连接；
所述电机控制支路用于根据矢量控制中给定电机定子侧的M、T轴电流控制永磁同步电机；所述电流反馈支路用于采集永磁同步电机的相电流；所述转子角度迭代模块用于提供坐标变换的角度。
优选地，所述的电机控制支路包括依次连接的电流比较器、电流环控制器、Park/Clark逆变换器、SVPMW、以及三相逆变器，所述的三相逆变器与待启动永磁电机连接，所述的Park/Clark逆变换器与转子角度迭代模块连接，所述的电流反馈支路与电流比较器连接；
其中矢量控制中电机定子侧M轴电流为IsMref，T轴电流IsTref为0，电流命令依次通过电流比较器、电流环控制连接至Park/Clark逆变换器，将旋转电压转换为三相静止坐标系的电流后连接至永磁同步电机，实现对永磁同步电机的控制。
优选地，所述的电流反馈支路包括依次连接的相电流传感器和Park/Clark变换器，所述的相电流传感器与永磁同步电机连接，所述的Park/Clark变换器分别与电流比较器、转子角度迭代模块连接；
所述电流反馈支路经相电流传感器和Park/Clark变换器，连接至电流比较器的一端，与给定值比较形成负反馈。
优选地，所述的IsMref与电流比较器的正极输入端连接，所述的Park/Clark变换器输出的信号IsM与电流比较器的负极输入端连接。
优选地，所述的IsTref与电流比较器的正极输入端连接，所述的Park/Clark变换器输出的信号IsT与电流比较器的负极输入端连接。
一种采用所述的永磁电机启动装置的启动方法，该方法具体步骤为：
(1)设定初始角度theta1、theta2和theta；
(2)判断是否检测到增量式编码器发送的Z信号，若是，则设置Z信号为电角度，然后结束本轮处理逻辑，否则，执行步骤(3)；
(3)使能电机进入电流控制后，判断转子是否转动，若是，则执行步骤(4)，否则，继续增大IsMref直至电机额定电流I_max；
(4)判断转子是否为正向转动，若是，则电机转子处于theta与theta1之间，令theta＝(theta+theta1)/2，然后执行步骤(5)，否则，令theta＝(theta1+theta2)/2，然后执行步骤(5)；
(5)判断|theta-theta1|或|theta-theta2|是否小于θmax，若是，则theta即为电角度，然后结束本轮处理逻辑，否则，返回步骤(2)。
优选地，所述的步骤(4)中计算theta时补偿角度转动量delta，补偿后的角度theta＝(theta+theta1)/2+delta或者theta＝(theta+theta2)/2-delat。
优选地，所述的θmax用来调整转子角度迭代模块的精度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、成本低：不需要进行初始位置的检测，降低了成本。
二、控制精度和可靠性高：使用角度迭代模块来提供坐标变换的角度，使电机的控制精度和可靠性更高。
三、能够避免电机失控或者大的力矩波动：转子的转动幅度很小，修正过程中同时控制电流幅度，能够避免发生失控或者大的力矩波动。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明方法的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明涉及永磁同步电机的无初始位置角的启动方法。为了实现电机的精确控制，需要精确检测电机的初始位置，实现电机的磁场定向控制。而通常采用的位置传感器(绝对式位置传感器、UVW+编码器、旋转编码器等)在给永磁同步电机启动带来高精度的控制性能同时，也给驱动***带来了较高的成本、安装难度大、可靠性低等问题。本发明克服以前的不足提供一种兼顾复杂性和可靠性的带增量式编码器的无初始位置角启动方法，实现永磁同步电机的正常力矩启动。在循环迭代的每个周期中，通过检测增量式编码器的偏移量，对下一次的转子位置进行修正。
如图1所示，一种永磁电机启动装置，包括电机控制支路、电流反馈支路和转子角度迭代模块；所述电流控制支路与电流反馈支路构成电机的电流环控制模式；
所述电机控制支路用于根据矢量控制中给定电机定子侧的M、T轴电流控制永磁同步电机；所述电流反馈支路用于采集永磁同步电机的相电流；所述转子角度迭代模块用于提供坐标变换的角度。
所述的电机控制支路包括电流比较器、电流环控制器和Park/Clark逆变换器，矢量控制中电机定子侧M轴电流为IsMref，T轴电流为0，电流命令通过电流控制器连接至Park/Clark逆变换器，将旋转电压转换为三相静止坐标系的电流后连接至永磁同步电机，实现对永磁同步电机的控制。
所述的电流反馈支路包括相电流传感器和Park/Clark变换器；所述电流反馈支路经相电流传感器和Park/Clark变换器，连接至电流比较器的一端，与给定值比较形成负反馈。
如图2所示，一种永磁电机启动方法具体步骤为：
(1)设定初始角度theta1、theta2和theta；
(2)判断是否检测到增量式编码器发送的Z信号，若是，则设置Z信号为电角度，然后结束本轮处理逻辑，否则，执行步骤(3)；
(3)使能电机进入电流控制后，判断转子是否转动，若是，则执行步骤(4)，否则，继续增大IsMref直至电机额定电流I_max。
(4)判断转子是否为正向转动，若是，则电机转子处于theta与theta1之间，令theta＝(theta+theta1)/2，然后执行步骤(5)，否则，令theta＝(theta1+theta2)/2，然后执行步骤(5)；
为了提高计算的准确性，在计算theta时要补偿角度转动量delta，补偿后的角度theta＝(theta+theta1)/2+delta或者theta＝(theta+theta2)/2
(5)判断|theta-theta1|或|theta-theta2|是否小于θmax，若是，则theta即为电角度，然后结束本轮处理逻辑，否则，执行步骤(2)。
在步骤(5)中可以通过改变θmax的大小来改变迭代过程的精度。
重复步骤(3)和(4)，每经过一次，定位精度就提高一倍，经过若干次的迭代，转子可以实现精确的定位。
整个过程中只要检测到增量式编码器发出的Z信号时就立刻停止迭代并设置Z信号为电角度，启动过程结束。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种采用永磁电机启动装置的启动方法，所述启动装置包括电机控制支路和电流反馈支路，其特征在于，所述的启动装置还包括转子角度迭代模块，所述的电机控制支路、电流反馈支路分别与待启动永磁电机连接，所述的转子角度迭代模块分别与电机控制支路和电流反馈支路连接，所述的电流反馈支路与电机控制支路连接；
所述电机控制支路用于根据矢量控制中给定电机定子侧的M、T轴电流控制永磁同步电机；所述电流反馈支路用于采集永磁同步电机的相电流；所述转子角度迭代模块用于提供坐标变换的角度；
所述启动方法具体步骤为：
(1)设定初始角度theta1、theta2和theta；
(2)判断是否检测到增量式编码器发送的Z信号，若是，则设置Z信号为电角度，然后结束本轮处理逻辑，否则，执行步骤(3)；
(3)使能电机进入电流控制后，判断转子是否转动，若是，则执行步骤(4)，否则，继续增大IsMref直至电机额定电流I_max；
(4)判断转子是否为正向转动，若是，则电机转子处于theta与theta1之间，令theta＝(theta+theta1)/2，然后执行步骤(5)，否则，令theta＝(theta1+theta2)/2，然后执行步骤(5)；
(5)判断|theta-theta1|或|theta-theta2|是否小于θmax，若是，则theta即为电角度，然后结束本轮处理逻辑，否则，返回步骤(2)；
所述的步骤(4)中计算theta时补偿角度转动量delta，补偿后的角度theta＝(theta+theta1)/2+delta或者theta＝(theta+theta2)/2-delat；
在步骤(5)中通过改变θmax的大小来改变迭代过程的精度；
重复步骤(3)和(4)，每经过一次，定位精度就提高一倍，经过若干次的迭代，转子实现精确的定位。
2.根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，所述的电机控制支路包括依次连接的电流比较器、电流环控制器、Park/Clark逆变换器、SVPMW、以及三相逆变器，所述的三相逆变器与待启动永磁电机连接，所述的Park/Clark逆变换器与转子角度迭代模块连接，所述的电流反馈支路与电流比较器连接；
其中矢量控制中电机定子侧M轴电流为IsMref，T轴电流IsTref为0，电流命令依次通过电流比较器、电流环控制连接至Park/Clark逆变换器，将旋转电压转换为三相静止坐标系的电流后连接至永磁同步电机，实现对永磁同步电机的控制。
3.根据权利要求2所述的启动方法，其特征在于，所述的电流反馈支路包括依次连接的相电流传感器和Park/Clark变换器，所述的相电流传感器与永磁同步电机连接，所述的Park/Clark变换器分别与电流比较器、转子角度迭代模块连接；
所述电流反馈支路经相电流传感器和Park/Clark变换器，连接至电流比较器的一端，与给定值比较形成负反馈。
4.根据权利要求3所述的启动方法，其特征在于，所述的IsMref与电流比较器的正极输入端连接，所述的Park/Clark变换器输出的信号IsM与电流比较器的负极输入端连接。
5.根据权利要求3所述的启动方法，其特征在于，所述的IsTref与电流比较器的正极输入端连接，所述的Park/Clark变换器输出的信号IsT与电流比较器的负极输入端连接。
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