CN1647357A - 确定同步电机转子位置的方法 - Google Patents
确定同步电机转子位置的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1647357A CN1647357A CN03807785.XA CN03807785A CN1647357A CN 1647357 A CN1647357 A CN 1647357A CN 03807785 A CN03807785 A CN 03807785A CN 1647357 A CN1647357 A CN 1647357A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- deflection
- synchronous machine
- current
- current phasor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 15
- 239000013598 vector Substances 0.000 abstract description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 241000931705 Cicada Species 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
为多个分布在同步电机(2)的一个电子回转上的电流矢量(I)确定电流矢量(I)的数值，该数值是必需的，以便达到转子(R)的确定偏转，这样确定同步电机(2)的转子位置。从如此确定数值的最小值位置中在考虑转子(R)的旋转方向的情况下计算转子(R)的位置。***的制动器(5)用于使开槽力和机械震动不影响这种确定转子位置的方法。
Description
本发明涉及确定同步电机转子位置的方法。这种方法例如对起动同步电机是必不可少的，由一个位置测量设备监控该同步电机，该设备只有在经过一个参考位置之后才明确提供一个换向信号。
在现有技术中已知了很多方法，以这些方法可以确定同步电机的转子位置，以便在没有位置测量设备的位置信息的情况下也能够电子换向电机。许多这样的方法基于初级回路线圈电感的昂贵测量或基于电机反作用力的测量与估算。这些方法允许在完全没有位置测量设备的情况下驱动同步电机。
如果仅仅想在起动同步电机时或在同步电机开始运转时确定转子位置，例如为了确定在位置测量设备和转子之间的偏移或为了使电机转到参考点，则确定转子位置的简单方法就足够。转子磁矩的矢量位置对于同步电机的运行是真正重要的，下面简单提及转子位置。
EP 1085650 A2描述了一个方法，按照该方法首先电流流经第一电机相位。根据引起的转子移动方向可以在180°范围上电确定转子位置。然后电流流经第二相位，其处在该范围中间，则根据引起的转子旋转方向该能够在90°范围内电确定转子位置。以每个另外的步骤平分该范围，如果达到所希望的准确度，则可以中止该方法。可是该方法的缺点是，在根据位置测量设备能够明确识别引起的旋转方向之前必须引起电机相对较大的移动。如果移动选得很小，则开槽力和机械震动导致错误结果，无法正确识别转子位置。可是较大的移动也是一个问题，并且不是在任何情况下都允许，比如如果同步电机驱动一个工具，该工具已经与工件相互作用。该方法的另外缺点在于，角范围越窄为了产生转子移动所需电流越大。因为电流矢量产生的磁场已经几乎平行于转子，如此产生的转动力矩在恒定电流的情况下始终较小。由于最大可能的电流限制该方法的准确度。
本发明的任务是给出一种简单的方法，以该方法可以确定同步电机的转子位置。
通过按照权利要求1的方法解决该任务。从权利要求1的从属权利要求得出本发明的优选细节。
在大多数情况下，借助于一个制动器暂时刹住同步电机的转于是可取的。这样一个制动器已经在许多应用中使用，比如在机床中，由于安全原因在机床中电和机械的电机制动器通常用于所有轴。如此制动器的保持力大于同步电机的开槽力或由于机械震动外加于转子上的力。因此这种作用对于后面确定转子位置是无关紧要的，能够以非常小的转子偏转工作，该偏转即使在严格的应用场合中也是允许的。如果没有制动器通过高的附着摩擦保持同步电机，则制动器的***是多余的，因为附着摩擦归根结底与***的制动器产生同样效果。
为了使同步电机的转子移动，必须在同步电机的线圈中产生一个电流，该电流产生一个磁场矢量。假如转子非磁平行于(稳定平衡)或反平行于(不稳定平衡)场矢量，则该磁场考虑转子上的转动力矩。下面谈及电流矢量，该电流矢量有外加电流的数值和通过该电流产生的磁场方向。所有涉及同步电机转子的角信息在下面涉及电子周期，也就是说电流矢量旋转一周。在同步电机中电机机轴旋转一周相当于多个电子周期。
在***制动器的情况下具有不同角位置的多个电流矢量施加于同步电机，并且为每一个这样的电流矢量确定数值，该数值是必须的，以便由于制动器的保持力达到较小的一定转子偏转，如此得出具有两个最小值的曲线变化，二者在所希望的转子角位置之前和之后偏移各90°。如果在最小值中附加考虑偏转方向，则随着达到确定的偏转所需的电流最小值的确定也确定了转子位置并且可以控制起动电机。这在于，如果转子和电流矢量彼此垂直，则在恒定电流的情况下达到最大的转动力矩。在这种情况下以微小的电流达到所要求的确定偏转。相反如果电流矢量和转子几乎平行或反平行，在已知电流的情况下产生的转动力矩是非常小的。为了达到确定的偏转相对较高的电流也是必需的。可是本发明刚好基于以最小的电流矢量数值从角位置中确定转子位置，如果电流达到极限值，则也可以中止测量为了达到确定的偏转所必需的电流矢量的数值，不会损害确定转子位置的准确度。
为了偏转由制动器保持的电机，在第一近似中正比于偏转的力是必需的，这例如归因于轴的灵活性，转子和制动器作用于该轴。可是对于非常小的偏转，制动器的保持力本身也可以认为是弹力。得出正比于转子偏转的回转力或者正比于偏转的回转力矩。如果测量到达确定的偏转所需电流矢量的数值，则确定的偏转刚好与确定的转动力矩一致。代替用于测量转子偏转的位置测量设备也可以用一个转动力矩传感器实施该方法，以该传感器能够确定同步电机转动力矩的数值和方向。在断开电流矢量之后转子通过回转力矩返回其起始位置。
从下面根据图的优选实施形式的描述中得出本发明的其它优点以及细节。对此
图1示出了具有同步电机的传动单元的结构图，
图2示出了电流矢量和转子位置的矢量图，
图3示出了为了达到转子的较小偏转所需电流矢量数值的、与角度有关的曲线。
图1示出了具有同步电机2的驱动单元，通过控制装置1控制同步电机。通过一个位置测量设备3监控同步电机2的转子位置，位置测量设备例如可能是一个增量轴编码器，其首先在经过参考点之后允许计算绝对的位置值。位置测量设备3与同步电机2的轴4连接。因为轴4与同步电机2的转子刚性连接，因此可以从轴4的位置推断出转子位置。在需要时制动器5作用于轴4。如此的机械或电制动器5通常用于在紧急情况下快速制动运动过程或把悬挂的轴保持在无电流状态。可以通过控制装置1激活制动器5。通过轴4驱动有效负载6。该有效负载比如可以是机床的工具转轴或也可以是通过转轴驱动的机床的线性轴。
在图2中示出了一个矢量图，在该图中转子R(或者转子R的磁矩矢量)在同步电机电周期内部在180°，但这不具限制性。在描述的实施例中电流矢量I以五度的间距从α＝0°旋转到α＝355°。对此为每个角位置确定电流矢量I的数值，该数值是必需的，以便达到转子R的确定的偏转。此外记录在哪个方向上偏转。该信息同当前偏转的数值一样由位置测量设备3询问。
在图2中示出的情况下转子R在顺时针方向上、也就是在负的磁方向上偏转。这适合于所有在0°＜α＜180°角范围内的电流矢量。在180°＜α＜360°范围内转子R在逆时针方向上、也就是在正的磁方向上偏转。
千分之几度足以作为确定的偏转。如此小于0.01°的较低偏转在安全性上几乎不重要，如果通过该偏转移动工具，该工具与工件啮合，则甚至可以应用该偏转。
如果对于电流矢量I的角位置标绘为了达到转子R的确定偏转所需的电流矢量I的数值，则得到在图3中示出的曲线变化。因为由此引起的转动力矩依赖于在电流矢量I和转子R之间角的正弦，并且转子R的偏转正比于转动力矩，得到一个曲线变化，其正比于在电流矢量I和转子R之间角的正弦的倒数值。该函数有两个最小值，二者在所希望的、转子R的角度之前和之后偏移90°。在图3中此外以“-”和“+”标明上述的、转子R的偏转方向。
为了确定转子位置而确定最小值的位置。由于了解了最小值之一的位置和偏转方向就知道转子R的位置并且可以控制起动同步电机2。
为了提高准确性在考虑偏转方向的情况下形成负旋转方向最小值的角度与正旋转方向最小值的、紧随上值之后(较大)角度之和，并且平分该和，这样计算出二者的平均值。产生的角度相当于转子R在一个电子周期内所希望的位置。如果没有考虑偏转方向，则获得一个与实际转子位置偏转180°的结果作为转子位置。
根据这个结果可以如此换向同步电机，即能够控制起动。这足以在一个电周期内以10°的准确度识别转子R的位置。如果位置测量设备3获得一个参考位置，则控制装置1准确识别转子位置，当然能够根据位置测量设备3的位置数据进行换向。
正如在图3中可以看出的，在转子R和电流矢量I几乎平行或反平行的范围内不能确定电流矢量I的数值。在这个范围内为了达到确定的偏转需要特别高的电流，因为在电流矢量I和转子R之间角度的正弦是非常小的。可是从一个极限电流起中止确定电流矢量I的数值，不会降低确定转子位置的准确度，因为为了计算转子位置仅仅确定根据图3的曲线变化的最小值的角位置是重要的。为此足以在最小值范围内采纳唯一值。外加的电流可以保持相对较小。
上述的方法适合于转子同步电机，同样适合于线性同步电机。对于线性电机在一个电子周期内转子R和电流矢量I的矢量表示不同于转子同步电机。在线性电机的情况下确定的偏转是线性偏转，其产生回转力。例如偏转可能处在几μm、至少小于0.1μm的范围内，如此该方法也可以用于安全技术要求严格的应用场合中。
优选的是，相应建立的控制装置(1)、比如机床的数字控制装置承担在此描述的方法的过程控制。
Claims (9)
1.确定同步电机(2)的转子位置的方法，包括如下步骤：
-在不同方向上给同步电机(2)施加多个电流矢量(I)，在这种情况下确定为了达到转子(R)的一个确定偏转所需的电流矢量(I)的数值。
-从电流矢量(I)的至少一个角位置中计算转子位置，在该位置为了达到转子(R)的确定偏转所需的电流矢量(I)的数值最小。
2.按照权利要求1的方法，其中一个位置测量设备(3)用于测量转子(R)的偏转。
3.按照权利要求1或2的方法，其中转子(R)的确定偏转对于转子同步电机来说小于0.01°或对于线性同步电机来说小于0.1mm。
4.按照上述权利要求之一的方法，其中多个电流矢量(I)均匀分布在一个电周期上。
5.按照权利要求4的方法，其中多个电流矢量(I)划分为小于10°的步。
6.按照上述权利要求之一的方法，其中转子位置作为两个并列存在的、电流矢量(I)的角位置之和的一半计算，在该角位置中达到转子(R)的确定偏转所需的电流矢量(I)的数值是最小的。
7.按照上述权利要求之一的方法，其中考虑转子R的确定偏转方向，以明确确定转子位置。
8.按照上述权利要求之一的方法，其中作为第一步骤***保持同步电机(2)转子(R)的制动器(5)。
9.用于实施按照权利要求1-8之一的方法的同步电机(2)的控制装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10215428.7 | 2002-04-08 | ||
| DE10215428A DE10215428A1 (de) | 2002-04-08 | 2002-04-08 | Verfahren zur Bestimmung der Rotorlage eines Synchronmotors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1647357A true CN1647357A (zh) | 2005-07-27 |
| CN1324801C CN1324801C (zh) | 2007-07-04 |
Family
ID=28458645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB03807785XA Expired - Fee Related CN1324801C (zh) | 2002-04-08 | 2003-03-26 | 确定同步电机转子位置的方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7309972B2 (zh) |
| EP (1) | EP1495535B1 (zh) |
| JP (1) | JP4394459B2 (zh) |
| CN (1) | CN1324801C (zh) |
| AT (1) | ATE399390T1 (zh) |
| DE (2) | DE10215428A1 (zh) |
| ES (1) | ES2307918T3 (zh) |
| WO (1) | WO2003085817A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102948069A (zh) * | 2010-06-17 | 2013-02-27 | Bsh博世和西门子家用电器有限公司 | 用于起动电机的方法和装置 |
| CN103069709A (zh) * | 2010-08-05 | 2013-04-24 | 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 | 用于检查同步机器的转子位置的方法和电路装置 |
| CN106464176A (zh) * | 2014-06-27 | 2017-02-22 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于驱动电机的方法、电机 |
| CN107534404A (zh) * | 2014-12-23 | 2018-01-02 | 蒂森克虏伯电梯股份公司 | 用于确定起动乘客运输装置的驱动器的同步电机的定子电流矢量的方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004008250B4 (de) | 2004-02-19 | 2006-02-02 | Siemens Ag | Verfahren zur Bestimmung der Rotorlage eines Synchronmotors |
| JP4473076B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2010-06-02 | 株式会社日立産機システム | リニア同期電動機の制御方法及び装置 |
| DE102005059477A1 (de) * | 2005-12-13 | 2007-06-21 | Fachhochschule Flensburg | Verfahren zur Bestimmung der Startkommutierung für einen Synchromotor |
| JP4760465B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2011-08-31 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置 |
| DE112011104077A5 (de) * | 2010-07-08 | 2013-09-05 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren zum Abgleich eines Phasenversatzes zwischen einem Rotorlagesensor und der Rotorlage eines elektrisch kommutierten Motors |
| EP2555417B1 (de) * | 2011-08-03 | 2014-10-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Bestimmung eines Rotorwinkels eines Elektromotors in einem Fahrzeug mit Radsensoren |
| EP2568596B1 (de) | 2011-09-09 | 2019-11-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Verarbeitungseinheit zur Bestimmung der Position des Läufers einer Synchronmaschine in Bezug auf den Stator der Synchronmaschine |
| JP2014039407A (ja) * | 2012-08-17 | 2014-02-27 | Okuma Corp | 同期電動機の磁極位置検出方法及び装置 |
| EP3029826B1 (de) | 2014-12-05 | 2018-04-04 | Etel S. A.. | Verfahren zur Bestimmung eines Kommutierungswinkels |
| JP6191086B2 (ja) * | 2015-08-04 | 2017-09-06 | Thk株式会社 | リニアアクチュエータの制御装置及び制御方法 |
| US10520050B2 (en) | 2016-01-23 | 2019-12-31 | Kollmorgen Corporation | Method and apparatus for power-saving, fail-safe control of an electromechanical brake |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4772839A (en) * | 1987-10-27 | 1988-09-20 | General Electric Company | Rotor position estimator for switched reluctance motor |
| JP3213751B2 (ja) * | 1990-09-13 | 2001-10-02 | 株式会社日立製作所 | 交流電動機の回転子磁極位置検出方法、回転子磁極位置検出装置および交流電動機制御装置 |
| DE4407390A1 (de) * | 1994-03-05 | 1995-09-14 | Grundig Ag | Verfahren für den Anlauf und die Kommutierung bei Syynchronmaschinen |
| DE4437793C2 (de) * | 1994-10-21 | 1998-05-07 | Agie Ag Ind Elektronik | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors |
| JP3312520B2 (ja) * | 1995-01-24 | 2002-08-12 | 富士電機株式会社 | 電動機の磁極位置検出装置 |
| CN1062391C (zh) * | 1996-08-08 | 2001-02-21 | 中国科学院电工研究所 | 交流伺服***中电机转子初始位置的检测方法及装置 |
| US6011368A (en) * | 1999-03-30 | 2000-01-04 | Dana Corporation | Sensorless detection of a locked rotor in a switched reluctance motor |
| JP3408468B2 (ja) | 1999-09-07 | 2003-05-19 | ファナック株式会社 | 同期電動機のロータ磁極位置検出方法 |
| JP3328636B2 (ja) * | 2000-03-17 | 2002-09-30 | オークマ株式会社 | 同期リラクタンス電動機のベクトル制御方法 |
-
2002
- 2002-04-08 DE DE10215428A patent/DE10215428A1/de not_active Withdrawn
-
2003
- 2003-03-26 AT AT03714878T patent/ATE399390T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-03-26 JP JP2003582890A patent/JP4394459B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-26 DE DE50310039T patent/DE50310039D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-26 WO PCT/EP2003/003107 patent/WO2003085817A1/de active IP Right Grant
- 2003-03-26 EP EP03714878A patent/EP1495535B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-26 ES ES03714878T patent/ES2307918T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-26 US US10/510,925 patent/US7309972B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-26 CN CNB03807785XA patent/CN1324801C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102948069A (zh) * | 2010-06-17 | 2013-02-27 | Bsh博世和西门子家用电器有限公司 | 用于起动电机的方法和装置 |
| CN102948069B (zh) * | 2010-06-17 | 2015-09-02 | Bsh家用电器有限公司 | 用于起动电机的方法和装置 |
| CN103069709A (zh) * | 2010-08-05 | 2013-04-24 | 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 | 用于检查同步机器的转子位置的方法和电路装置 |
| CN103069709B (zh) * | 2010-08-05 | 2016-11-09 | 大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司 | 用于检查同步机器的转子位置的方法和电路装置 |
| CN106464176A (zh) * | 2014-06-27 | 2017-02-22 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于驱动电机的方法、电机 |
| CN107534404A (zh) * | 2014-12-23 | 2018-01-02 | 蒂森克虏伯电梯股份公司 | 用于确定起动乘客运输装置的驱动器的同步电机的定子电流矢量的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2307918T3 (es) | 2008-12-01 |
| DE50310039D1 (de) | 2008-08-07 |
| EP1495535B1 (de) | 2008-06-25 |
| ATE399390T1 (de) | 2008-07-15 |
| CN1324801C (zh) | 2007-07-04 |
| US7309972B2 (en) | 2007-12-18 |
| JP4394459B2 (ja) | 2010-01-06 |
| JP2005531269A (ja) | 2005-10-13 |
| WO2003085817A1 (de) | 2003-10-16 |
| DE10215428A1 (de) | 2003-10-23 |
| EP1495535A1 (de) | 2005-01-12 |
| US20050174104A1 (en) | 2005-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1324801C (zh) | 确定同步电机转子位置的方法 | |
| CN100418298C (zh) | 一种永磁同步电机转子位置传感方法和位置传感装置 | |
| Pasquesoone et al. | Position estimation at starting and lower speed in three-phase switched reluctance machines using pulse injection and two thresholds | |
| Noguchi et al. | Initial rotor position estimation method of sensorless PM synchronous motor with no sensitivity to armature resistance | |
| CN104079215B (zh) | 车用永磁同步电机转子初始位置的精确检测与调整方法 | |
| CN100566129C (zh) | 一种直线感应电机恒转差频率矢量控制方法及*** | |
| CN101745917B (zh) | 工业机器人及工业机器人的驱动方法 | |
| CN105492871A (zh) | 位置检测器的角度误差校正装置以及角度误差校正方法 | |
| US10879820B2 (en) | Control device for brushless DC servo motor | |
| EP2689527B1 (en) | A method and apparatus for control of electrical machines | |
| CN1193497C (zh) | 异步电机转动惯量辨识方法 | |
| US7024332B2 (en) | Method and device for identifying a faulty rotor position angle signal | |
| US9742330B2 (en) | Motor control method and apparatus | |
| CN107167735A (zh) | 电机零位标定***和方法 | |
| US20050187735A1 (en) | Method for determining a rotor position of a synchronous motor | |
| CN1647360A (zh) | 用于控制永磁电动机的***和方法 | |
| Zheng et al. | Parameters adaptive backstepping control of PMSM using DTC method | |
| CN113131818B (zh) | 一种霍尔传感器安装误差辨识方法、装置及电机控制*** | |
| JP3405115B2 (ja) | 電動機の電気角偏差の測定方法 | |
| Bahov et al. | Comparative Analysis of Conventional Methods for Braking a Three-phase Induction Motor and Research on Efficient Combinations of Methods for Efficient Braking Process | |
| Safdarzadeh et al. | Effective magnetic decoupling control realization for rotary-linear switched reluctance motors utilized in drilling tools | |
| Kim et al. | High-Performance Permanent Magnet Synchronous Motor Control With Electrical Angle Delayed Component Compensation | |
| JP2019129600A (ja) | 制御装置 | |
| Brecher et al. | Feed Axes in Machine Tools | |
| Lin et al. | Research on torque-variable control method for stepping motors in service robot arm |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070704 Termination date: 20200326 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |