CN102983803A - 永磁同步电机初始定位方法 - Google Patents
永磁同步电机初始定位方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102983803A CN102983803A CN2012104498750A CN201210449875A CN102983803A CN 102983803 A CN102983803 A CN 102983803A CN 2012104498750 A CN2012104498750 A CN 2012104498750A CN 201210449875 A CN201210449875 A CN 201210449875A CN 102983803 A CN102983803 A CN 102983803A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- angle
- rotor
- motor
- winding
- synchronous motor
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明提供永磁同步电机初始定位方法，包括步骤：增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，旋转变压器的定子绕组和转子绕组分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信；系统首次上电，转子停在0角度位置，主处理器获得电机初始角A0；继而永磁同步电机闭环矢量运行，主处理器获得电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角θ=Ax-A0；系统每次断电，将当前的转子位置角进行存储，再次上电时作为电机初始角。
Description
技术领域
本发明涉及变频调速系统，具体为基于旋转变压器的永磁同步电机初始定位方法。
背景技术
对永磁同步电机进行伺服控制时，控制器控制定子三相电流合成磁场的矢量方向。为了有效控制定子磁场矢量，需要对转子位置进行精确测量。通常经济有效的方法是：在电机转子上安装增量式编码器，用编码器输出脉冲数量来表征转子位置变化。该方法中，控制器需要先得知转子的初始位置，再根据编码器送来的AB脉冲才能确定转子旋转的方向和已转过的角度。在系统首次上电时，电机转子的绝对位置是不确定的。因此只能让电机先转起来，当检测到Z信号时，才能给电机转子位置准确定位，进行矢量控制。这种方法的弊端是：控制器每次重新上电时都要对电机转子初始位置进行辩识。而且每次辩识初始角时，电机可能要转过360゜才能寻找到零点，对电机准确定位。在某些场合，如电动汽车上是不允许这么做的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种永磁同步电机初始定位方法，能够避免每次上电都要重新辨识初始角的麻烦。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：永磁同步电机初始定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：
增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，其中：旋转变压器包括定子绕组和转子绕组，分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块通过差分放大器给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信传输绝对角度信号；
当系统首次上电时，使得转子停在0角度位置，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机初始角A0，并进行存储；继而使得永磁同步电机闭环矢量运行，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角θ=Ax-A0；
系统每次断电时，将当前的转子位置角进行存储，再次上电时作为电机初始角用于计算转子位置角。
按上述方案，获得电机初始角A0时，利用直流制动的方法使转子停到与A相轴线重合的位置，即0角度位置。
按上述方案，安装好旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块后，使得电机在VF控制模式下运转，并记录获得的绝对角度信号，若绝对角度信号平滑连续，则表明该信号有效。
本发明的工作原理为：当旋转变压器转子随电机同步旋转时，在初级励磁绕组上外加交流励磁电压，次极输出绕组中便会产生感应电动势，大小为励磁与转子旋转角正余弦的乘积。设 
为旋转变压器定子侧绕组轴线与电机定子A相轴线的交角，旋转变压器定子安装到电机端盖上后，
即被固定；设
为旋转变压器转子侧绕组轴线与电机转子d轴的交角，当旋转变压器转子安装到电机转子轴上后，
即被固定；设
为电机定子A相轴线与电机转子d轴的交角，即电机位置角；A x 为旋转变压器定子轴线与旋转变压器转子轴线的交角，即绝对角度，可以通过旋变-数字转换模块根据旋转变压器得到，并由系统主处理器获得。可以看到，电机位置角可以表示为：
，由于A x 可以通过旋变-数字转换模块得到，为了能求出电机位置角
，还需要测出(
)的值。为此，只要在电机位置角
时，通过旋变-数字转换模块得到此时的绝对角度即可。
本发明的有益效果为：
1、本发明将旋转变压器的特性运用到电机上，使得电机转子的旋转角度与旋转变压器同步，通过获得旋转变压器的旋转角度来得知电机转子的位置角，并且在每次断电时将当前位置角保存，用于下一次位置角的计算，因此仅需在首次上电时需要计算初始角，从而避免了每次上电都要重新辨识初始角的麻烦。
2、在获得电机初始角A0时利用直流制动的方法，直接利用软件反推出控制电压，无需增加其它硬件设备。
3、通过在VF控制模式对绝对角度信号进行检测，以保证各硬件是否连接正确、解码是否成功。
4、本方法涉及的硬件结构简单、常规，可在原有的系统中进行改进，操作方便。
附图说明
图1为旋转变压器的工作原理图。
图2为旋变-数字转换模块外围功能电路图。
图3为旋变-数字转换模块与DSP的接线图。
图4为电机转子位置角与绝对角度的关系图。
图5为直流制动构架图。
具体实施方式
图1为旋转变压器的工作原理图，旋转变压器的初级励磁绕组（R1-R2）和二相正交的次极感应绕组（S1-S3为第一次级感应绕组，S2-S4为第二次级感应绕组）同在定子侧。转子侧则是与初级绕组和次极绕组磁通耦合的绕组线圈。当旋转变压器转子随电机同步旋转时，在初级励磁绕组上外加交流励磁电压，次极输出绕组中便会产生感应电动势，大小为励磁与转子旋转角正余弦的乘积。旋转变压器输入输出关系如下：
式中：
-励磁最大幅值；
-初级励磁绕组励磁电压；
-励磁角频率；
-第一次级感应绕组励磁电压；
-第二次级感应绕组励磁电压；k-旋转变压器变比；
-转子旋转角度，即转子的位置角。
永磁同步电机初始定位方法，包括以下步骤：
一、增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，其中：旋转变压器包括定子绕组和转子绕组，分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块通过差分放大器给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号，其电路图如图2所示；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信传输绝对角度信号，其电路图如图3所示。
本实施例中，选用的旋变-数字转换模块为AD2S1200芯片，其主要工作特性和参数是：（1）5V单电源供电；（2）输出12位绝对位置信息和带符号位的11位速度信息；（3）具有串行通信接口和并行通信借口；（4）励磁频率为10KHz，12KHz，15KHz，20KHz可编程。本系统采用ISE70-30D08型旋转变压器，它所需的激磁电压为3-7V（有效值）。初次级电压比为0.286，而AD2S1200输出的励磁信号峰-峰值为8.2V，接收的正余弦信号峰-峰值为（3.6±10%）V，所以励磁电压信号从图2所示AD2S1200的EXC+和EXC-输出，经过差分放大器后电压峰-峰值变为8.2*1.575=12.9V，该电压作为旋转变压器的初级励磁电压，次极输出电压的峰-峰值为Upp=12.9*0.286=3.69V。旋转变压器次极输出信号
，，
和
经滤波电路后直接进入AD2S1200的SIN，SINLO，COS，COSLO四个管脚。功能电路图如图2。AD2S1200被设置成串行输出模式，与系统的主CPU（TMS320F28335）通信。由电平转换芯片ADG3308BRUZ实现AD2S1200输出的5V电平到DSP输入3.3V电平之间的转换。
安装好旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块后，使得电机在VF控制模式下运转，并记录获得的绝对角度信号，若绝对角度信号平滑连续，说明此处旋变解码芯片解码成功，表明该信号有效。
二、当系统首次上电时，利用直流制动的方法使得转子停在0角度位置，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机初始角A0，并进行存储；继而使得永磁同步电机闭环矢量运行，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角θ=Ax-A0。
旋转变压器初始定位的主要目的是获得在电机位置角为0度时对应的编码器绝对角度，根据这一信息可以使得电机位置角与编码器的绝对角度一一对应。图4中，
为旋转变压器定子侧绕组轴线与电机定子A相轴线的交角，旋转变压器定子安装到电机端盖上后，即被固定；为旋转变压器转子侧绕组轴线与电机转子d轴的交角，当旋转变压器转子安装到电机转子轴上后，
即被固定；
为电机定子A相轴线与电机转子d轴的交角，即电机位置角；A x 为旋转变压器定子轴线与旋转变压器转子轴线的交角，即绝对角度，可以通过旋变-数字转换模块根据旋转变压器得到，并由系统主处理器获得。可以看到，电机位置角可以表示为：
，由于A x 可以通过旋变-数字转换模块得到，为了能求出电机位置角
，还需要测出(
)的值。为此，只要在电机位置角
时，通过旋变-数字转换模块得到此时的绝对角度即可。
利用直流制动的方法使得转子停在0角度位置：直流制动构架图如图5所示，在dq轴坐标系下，基于坐标变换和SVPWM原理，通过软件设计可生成0-360゜的高分辨率电压矢量。由SVPWM主导转子的定位，使得d轴电压
为固定值，q轴电压
为0，park反变换角度给定固定值为θ，此时电机转子磁场方向和定子给定电压矢量方向一致，永磁体转到θ位置。
把电机停到0位置，也就是给电机提供一个与定子A轴轴线重合的电压矢量即可。选择两相静止定子坐标系，由永磁同步电机的数学模型可地它的定子电压方程为：
式中：为d轴电压，为q轴电压，Rs为定子电阻，id为d轴电流，iq为q轴电流，Ls为定子电感，
为转子角速度，为磁链，
为转子位置角，dt为对时间t的微分因子；
可得：
永磁同步电机在空间矢量坐标系里，同步旋转dq轴系经反PARK变换到静止的αβ轴系，再经由反CLARK变化到三相ABC轴坐标系。
具体的变化方程式如式（6）：
(6)，
由式（5）-式（6）可以获得当电机通iq=0，id=IN（IN为任意大小的给定电流），θ=0的矢量电压时，三相电流状态iA、iB、iC为
，电机永磁体在电枢磁场效应下转到与A轴、α轴、d轴三轴重合的位置，电机永磁体在电枢磁场效应下转到与A轴、α轴、d轴三轴重合的位置。直流制动时电机的电流表征为电流从A相进电机并从BC相出电机。
三、系统每次断电时，将当前的转子位置角存储到外部eeprom存储器里面，再次上电时作为电机初始角用于计算转子位置角，这样就避免了每次上电都要重新辨识初始角的麻烦。
Claims (3)
1.永磁同步电机初始定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：
增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，其中：旋转变压器包括定子绕组和转子绕组，分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块通过差分放大器给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信传输绝对角度信号；
当系统首次上电时，使得转子停在0角度位置，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机初始角A0，并进行存储；继而使得永磁同步电机闭环矢量运行，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角θ=Ax-A0；
系统每次断电时，将当前的转子位置角进行存储，再次上电时作为电机初始角用于计算转子位置角。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机初始定位方法，其特征在于：获得电机初始角A0时，利用直流制动的方法使转子停到与A相轴线重合的位置，即0角度位置。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机初始定位方法，其特征在于：安装好旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块后，使得电机在VF控制模式下运转，并记录获得的绝对角度信号，若绝对角度信号平滑连续，则表明该信号有效。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012104498750A CN102983803A (zh) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | 永磁同步电机初始定位方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012104498750A CN102983803A (zh) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | 永磁同步电机初始定位方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102983803A true CN102983803A (zh) | 2013-03-20 |
Family
ID=47857595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012104498750A Pending CN102983803A (zh) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | 永磁同步电机初始定位方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102983803A (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103401502A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-11-20 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | 永磁同步电机初始角度辨识系统及方法 |
| CN103825524A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-05-28 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 一种永磁同步电机基本电器参数的离线辨识方法 |
| CN104836506A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-08-12 | 许继集团有限公司 | 一种永磁同步电机转子零位校正系统及方法 |
| CN105391368A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-03-09 | 沈阳东软医疗系统有限公司 | 一种测量直线加速器治疗头光阑位置的系统 |
| CN106533277A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-03-22 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种电机旋变零点位置的校验方法及装置 |
| WO2017059723A1 (zh) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种校正初始零位偏差的方法及系统 |
| CN107404272A (zh) * | 2016-05-16 | 2017-11-28 | 广州汽车集团股份有限公司 | 永磁同步电机旋变零位初始角标定方法及标定系统 |
| CN109347393A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-02-15 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种电机初始位置角的测试方法、装置和设备 |
| CN109586250A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-05 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 一种针对旋变初始角偏差的检测与保护方法 |
| CN113054882A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种pmsm的磁编码器初始角度识别及矫正方法 |
| CN113328670A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-31 | 江苏交科能源科技发展有限公司 | 一种永磁电机旋转变压器零位调整方法 |
| CN114362628A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-15 | 中国科学院电工研究所 | 对转永磁同步电机转子初始位置检测方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1148168A (zh) * | 1996-08-08 | 1997-04-23 | 中国科学院电工研究所 | 交流伺服系统中电机转子初始位置的检测方法及装置 |
| JP2006166677A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Hitachi Ltd | 同期モータ駆動装置及び方法 |
| CN101110559A (zh) * | 2006-07-20 | 2008-01-23 | 比亚迪股份有限公司 | 一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统 |
| CN101924514A (zh) * | 2010-09-30 | 2010-12-22 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种旋转变压器初始位置信号自动校正方法 |
-
2012
- 2012-11-12 CN CN2012104498750A patent/CN102983803A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1148168A (zh) * | 1996-08-08 | 1997-04-23 | 中国科学院电工研究所 | 交流伺服系统中电机转子初始位置的检测方法及装置 |
| JP2006166677A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Hitachi Ltd | 同期モータ駆動装置及び方法 |
| CN101110559A (zh) * | 2006-07-20 | 2008-01-23 | 比亚迪股份有限公司 | 一种混合动力车用永磁同步发电机的控制系统 |
| CN101924514A (zh) * | 2010-09-30 | 2010-12-22 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种旋转变压器初始位置信号自动校正方法 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103401502B (zh) * | 2013-07-22 | 2015-12-09 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | 永磁同步电机初始角度辨识系统及方法 |
| CN103401502A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-11-20 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | 永磁同步电机初始角度辨识系统及方法 |
| CN103825524A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-05-28 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 一种永磁同步电机基本电器参数的离线辨识方法 |
| CN104836506A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-08-12 | 许继集团有限公司 | 一种永磁同步电机转子零位校正系统及方法 |
| CN104836506B (zh) * | 2015-05-29 | 2019-09-27 | 许继集团有限公司 | 一种永磁同步电机转子零位校正系统及方法 |
| WO2017059723A1 (zh) * | 2015-10-09 | 2017-04-13 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种校正初始零位偏差的方法及系统 |
| US10263556B2 (en) | 2015-10-09 | 2019-04-16 | Crrc Zhuzhou Institute Co., Ltd. | Method and system for correcting initial zero offset |
| CN105391368A (zh) * | 2015-10-13 | 2016-03-09 | 沈阳东软医疗系统有限公司 | 一种测量直线加速器治疗头光阑位置的系统 |
| CN105391368B (zh) * | 2015-10-13 | 2018-03-20 | 沈阳东软医疗系统有限公司 | 一种测量直线加速器治疗头光阑位置的系统 |
| CN107404272B (zh) * | 2016-05-16 | 2019-08-23 | 广州汽车集团股份有限公司 | 永磁同步电机旋变零位初始角标定方法及标定系统 |
| CN107404272A (zh) * | 2016-05-16 | 2017-11-28 | 广州汽车集团股份有限公司 | 永磁同步电机旋变零位初始角标定方法及标定系统 |
| CN106533277A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-03-22 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种电机旋变零点位置的校验方法及装置 |
| CN109347393B (zh) * | 2018-10-22 | 2020-06-30 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种电机初始位置角的测试方法、装置和设备 |
| CN109347393A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-02-15 | 北京新能源汽车股份有限公司 | 一种电机初始位置角的测试方法、装置和设备 |
| CN109586250A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-04-05 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 一种针对旋变初始角偏差的检测与保护方法 |
| CN109586250B (zh) * | 2018-12-03 | 2020-05-08 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 一种针对旋变初始角偏差的检测与保护方法 |
| CN113054882A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种pmsm的磁编码器初始角度识别及矫正方法 |
| CN113054882B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-05-24 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种pmsm的磁编码器初始角度识别及矫正方法 |
| CN113328670A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-31 | 江苏交科能源科技发展有限公司 | 一种永磁电机旋转变压器零位调整方法 |
| CN114362628A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-15 | 中国科学院电工研究所 | 对转永磁同步电机转子初始位置检测方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102983803A (zh) | 永磁同步电机初始定位方法 | |
| CN103066911B (zh) | 估算电机转子角的方法及系统 | |
| CN103856139B (zh) | 无速度传感器永磁同步电机转子磁极初始位置识别方法 | |
| CN103401502B (zh) | 永磁同步电机初始角度辨识系统及方法 | |
| CN102401626B (zh) | 一种永磁同步电机转子位置传感器安装偏差估计方法 | |
| CN202261137U (zh) | 一种开关磁阻电机用旋转变压器角位置传感器 | |
| CN204465405U (zh) | 一种永磁同步电机转子初始角度调零与校准装置 | |
| 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 | |
| CN103222168B (zh) | 一种伺服电机和伺服控制系统 | |
| CN102938628A (zh) | 一种永磁同步电机转子初始位置定位的方法 | |
| CN107192947A (zh) | 基于磁场监测的永磁同步电机故诊断方法 | |
| CN107834935A (zh) | 一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法 | |
| CN102545524B (zh) | 永磁电机的转子位置检测装置 | |
| CN105811831A (zh) | 凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法 | |
| CN104660120A (zh) | 一种电机零位检测方法及装置 | |
| CN103916066A (zh) | 无位置传感器的电励磁同步电机转子静止初始位置估算方法 | |
| CN103178768A (zh) | 永磁同步电机转子初始位置的检测装置及其使用方法 | |
| CN102361430A (zh) | 一种内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制装置 | |
| CN103078572A (zh) | 一种永磁同步电机高精度转子位置估计方法 | |
| CN107167735A (zh) | 电机零位标定系统和方法 | |
| CN104767456A (zh) | 用于永磁同步驱动电机的旋转变压器安装误差校正方法 | |
| CN102005995A (zh) | 永磁同步电机转子初始位置的快速检验方法及装置 | |
| CN203554345U (zh) | 无刷直流电机恒相移换相信号检测器 | |
| CN1279687C (zh) | 交流永磁同步电机控制系统首次上电时转子的定位方法 | |
| CN202206340U (zh) | 永磁同步电机转子位置自动标定工具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130320 |