CN102468795A - 一种同步电机转子静止位置检测方法 - Google Patents

Abstract

一种同步电机转子静止位置检测方法，测量电机定子感应出的线电压信号，检测出电机定子感应出的线电压信号的最大瞬时值，再利用采用线电压信号最大瞬时值的计算公式；测量电机定子感应出的线电压信号后，可再由低通数字滤波，滤除干扰并适当放大信号，检测出经滤波后线电压信号中的最大瞬时值，再利用采用线电压的计算公式，计算出电机转子磁通方向与相绕组轴线的夹角，以获得准确的转子位置。本发明用于同步电机静止变频启动控制，与以往同步电机转子静止位置检测方法相比，本发明更能有效地提取准确反映转子静止位置的线电压信息，并以此线电压信息准确地计算出转子静止时的相对位置。

Description

一种同步电机转子静止位置检测方法

技术领域

本发明涉及一种同步电机转子静止位置检测方法，实现同步电机静止时转子位置的准确、可靠检测，防止同步电机初始转动时反转，提高电机静止变频启动设备的工作可靠性，确保电机的快速、平稳启动。

背景技术

静止变频系统在启动同步电机时，首先要获得电机转子的初始位置，以决定该给定子绕组哪两相通电流，产生正向转矩，使电机正向转动。以往的初始位置检测方法是给电机转子绕组施加直流电流阶跃，测量电流施加瞬间电机定子感应出的相电压值，计算出电机转子绕组磁通方向与A相绕组轴线的夹角θ₀，如图1，获得转子初始位置。受电流阶跃信号陡度的限制、直流电流纹波的存在以及电机参数的影响，感应出的电压量值比较小，且叠加有各种干扰信号，信号波形差；并且，经测量回路中电压互感器传变后，信号更弱，有用信号与干扰信号大小可比。因此，以往方法不能准确测量电流施加瞬间电机定子感应出的相电压值，从而不能准确获得转子初始位置，容易使电机反转。国内文献《抽水蓄能电站发电电动机变频启动原理》(姜树德等，第二届水力发电技术国际会议论文集，北京：中国电力出版社，2009年)给出了电机初始位置检测采用相电压的原理性方法，没有提及通过测量电机定子线电压，采用线电压计算转子位置，也没有给出实际应用中准确提取有用信号的方法。

发明内容

本发明要解决的问题是：给同步电机的转子绕组加直流电流阶跃时，受电流阶跃信号陡度的限制、直流电流纹波(直流电流由整流设备提供)的存在以及电机参数的影响，电机定子感应出的电压信号量值比较小，且叠加有各种干扰信号，信号波形差；并且，经测量回路中的电压互感器传变后，信号更弱，有用信号与干扰信号大小可比，因此，不能准确测量到电流施加瞬间电机定子感应出的相电压值，从而不能准确获得转子初始位置，容易使电机反转。对此，本发明提供一种新的同步电机转子静止位置检测方法。

本发明的技术方案为：一种同步电机转子静止位置检测方法，在给电机转子绕组施加直流电流阶跃，测量电机定子绕组感应出的线电压信号，检测出电机定子感应出的线电压信号的最大瞬时值，再利用采用线电压信号最大瞬时值的计算公式，计算出电机转子磁通方向与A相绕组轴线的夹角θ₀，以获得准确的转子位置，计算流程如图2所示。线电压信号可再由数字滤波器滤除干扰信号并适当放大滤波，再检测出电机定子感应出的线电压信号的最大瞬时值，再利用采用线电压信号最大瞬时值的计算公式，计算出电机转子磁通方向与A相绕组轴线的夹角θ₀。

接入电机定子AB线电压原始信号u_ABp、BC线电压原始信号u_BCp、CA线电压原始信号u_CAp，消除相电压信号中与有用信号大小可比的共模干扰成份；并且，线电压信号比相应的相电压信号大。

针对u_ABp、u_BCp及u_CAp信号，设计如式①所示的滤波器：

F(z)＝K*G(z)*G(z)                ①

其中：

$G\left(z\right)=\frac{b_0+b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}}{a_0+a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}}$                            ②

式中b₀、b₁、b₂及a₀、a₁、a₂为滤波器系数。式②所示的滤波器G(z)为低通滤波器，用来滤除线电压信号中的高频信号；u_ABp、u_BCp及u_CAp信号为单调衰减的直流电压信号即线电压信号，如图3所示。

式①中的K为放大倍数，用于对滤波后的线电压信号适当放大。

定子线电压原始信号u_ABp、u_BCp及u_CAp经上述滤波器滤波后，产生u_AB、u_BC及u_CA信号后，进而获得u_AB、u_BC及u_CA信号中的最大瞬时值u_ABmax、u_BCmax及u_CAmax。

利用式③计算出转子静止时，转子磁通方向相对于定子A相绕组轴线的夹角θ₀。

${\mathrm{\θ}}_0=\arctan \left(\frac{\sqrt{3}*u_{\mathrm{BC}\max }}{u_{\mathrm{CA}\max }-u_{\mathrm{AB}\max }}\right)$                            ③

计算出了θ₀，也就获得了电机转子的位置，为电机启动的后续控制提供了条件。

为了确保同步电机成功启动，首先要准确测得电机静止时转子的初始位置，在此基础上，后续的启动控制才能正确进行。受电流阶跃信号、电机参数等的限制，电机定子感应出的电压信号量值比较小，且叠加有各种干扰信号，信号波形差；并且，经测量回路中的电压互感器传变后，信号更弱，有用信号与干扰信号大小可比，容易导致电机转子初始位置计算错误，引起电机启动失败，影响正常工业生产。本发明以获得真实、有效的线电压信号为基础，利用采用线电压的计算公式准确计算转子静止时的位置，为电机成功启动创造条件。

本发明的有益效果是：与以往的电机静止时转子位置计算方法相比，本发明通过采用线电压及数字滤波器获得了能够准确反映转子静止位置的线电压信号，进而利用采用线电压的初始角度计算公式，计算出转子初始角度，从而获得转子初始位置，提高同步电机静止变频启动系统的可靠性以及同步电机启动的成功率。

附图说明

图1是转子位置示意图。

图2是转子位置检测流程图。

图3电机定子感应线电压波形趋势图。

具体实施方式

接入电机定子AB线电压原始信号u_ABp、BC线电压原始信号u_BCp、CA线电压原始信号u_CAp，消除相电压信号中与有用信号大小可比的共模干扰成份。

将u_ABp、u_BCp及u_CAp信号，由如式①所示的滤波器滤波：

F(z)＝K*G(z)*G(z)                    ①

其中：

$G\left(z\right)=\frac{b_0+b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}}{a_0+a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}}$                                ②

式②所示的滤波器G(z)为低通滤波器，用来滤除线电压信号中的高频信号；设计滤波器的系数b₀、b₁、b₂及a₀、a₁、a₂。

式①中的K为放大倍数，用于对滤波后的线电压信号适当放大。

定子线电压原始信号u_ABp、u_BCp及u_CAp经上述滤波器滤波后，产生u_AB、u_BC及u_CA信号后，进而获得u_AB、u_BC及u_CA信号中的最大瞬时值u_ABmax、u_BCmax及u_CAmax。

利用式③计算出转子静止时，转子磁通方向相对于定子A相绕组轴线的夹角θ₀：

${\mathrm{\θ}}_0=\arctan \left(\frac{\sqrt{3}*u_{\mathrm{BC}\max }}{u_{\mathrm{CA}\max }-u_{\mathrm{AB}\max }}\right)$                                   ③

计算出了θ₀，也就获得了电机转子的位置。

Claims (3)

1.一种同步电机转子静止位置检测方法，其特征是测量电机定子感应出的线电压信号，检测出电机定子感应出的线电压信号的最大瞬时值，再利用采用线电压信号最大瞬时值的计算公式，计算出电机转子磁通方向与A相绕组轴线的夹角θ₀，以获得准确的转子位置。

2.根据权利要求1所述的一种同步电机转子静止位置检测方法，其特征是测量电机定子感应出的线电压信号，再由低通数字滤波，滤除干扰并适当放大信号，滤波器传递函数为：

F(z)＝K*G(z)*G(z)                ①

其中：

$G\left(z\right)=\frac{b_0+b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}}{a_0+a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}}$                             ②

式中b₀、b₁、b₂及a₀、a₁、a₂为滤波器系数。式②所示的滤波器G(z)为低通滤波器，用来滤除线电压信号中的高频信号，式①中的K为放大倍数，用于对经滤波后的线电压信号适当放大。

3.根据权利要求2所述的一种同步电机转子静止位置检测方法，其特征是接入电机定子AB线电压原始信号u_ABp、BC线电压原始信号u_BCp、CA线电压原始信号u_CAp，消除相电压信号中与有用信号大小可比的共模干扰成份；并且，线电压信号比相应的相电压信号大；

针对u_ABp、u_BCp及u_CAp信号，设计式①所示的滤波器：u_ABp、u_BCp及u_CAp信号为单调衰减的直流电压信号即线电压信号；

定子线电压原始信号u_ABp、u_BCp及u_CAp经上述滤波器滤波后，产生u_AB、u_BC及u_CA信号后，进而获得u_AB、u_BC及u_CA信号中的最大瞬时值u_ABmax、u_BCmax及u_Camax；

利用式③计算出转子静止时，转子磁通方向相对于定子A相绕组轴线的夹角θ₀：

${\mathrm{\θ}}_0=\arctan \left(\frac{\sqrt{3}*u_{\mathrm{BC}\max }}{u_{\mathrm{CA}\max }-u_{\mathrm{AB}\max }}\right)$                                   ③

计算出了θ₀，就获得了电机转子的位置。

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