CN105162372A - 一种校正初始零位偏差的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种校正初始零位偏差的方法，通过对永磁同步电机的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；然后根据所述旋转变压器的转子的位置获取旋转变压器测得的旋转角度θ₂；根据公式计算旋转变压器的安装偏差Δθ；最后根据精度的要求，再调整旋转变压器的位置。该方法操作简单，能够校正永磁同步电机和旋转变压器的初始零位偏差。

Description

一种校正初始零位偏差的方法及系统

技术领域

本发明涉及永磁同步电机和旋转变压器技术领域，特别是涉及一种校正初始零位偏差的方法及系统。

背景技术

要实现高性能的永磁同步电机调速，需要旋转变压器能够准确地检测永磁同步电机的转子的位置。永磁同步电机的转子位置检测的准确性对电机控制系统性能有重要影响，甚至可能导致电机调速系统不能稳定工作。在具体实施中为方便使用，在旋转变压器的安装时，要确保电机的初始零位和旋转变压器的初始零位一致，然而，受诸多因素的影响，要确保电机的初始零位和旋转变压器的初始零位一致较困难。

无刷旋转变压器电气原理如图1所示，旋转变压器的初级励磁绕组(R1-R2)和相互正交的次级感应绕组(S1-S3，S2-S4)同在定子侧。不过，可变磁阻旋变的转子上不存在绕组，转子侧的特殊设计使得次级耦合随着角位置变化而发生正弦变化，如图1所示。当旋转变压器转子随电机同步旋转、初级励磁绕组外加交流励磁电压后，次级两输出绕组中便会产生感应电势，大小为励磁与转子旋转角的正、余弦值的乘积。从而可以利用旋转变压器来测量转子角度。旋转变压器输入输出关系如下：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{R1-R2}=E_{0}sin\mathrm{\ω}t\\ E_{S1-S3}={\mathrm{KE}}_{R1-R2}\sin \mathrm{\θ}\\ E_{S2-S4}={\mathrm{KE}}_{R1-R2}cos\mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：E₀为励磁最大幅值；ω为励磁角频率；K为旋转变压器变比；θ为转子转过的轴角度。

当给电机定子绕组加直流电流时，会在这套绕组的轴线上产生恒定的磁场，理想情况下，恒定的磁场与永磁转子的磁场相互吸引至同一位置，从而可用这种方法来检测永磁转子的初始位置。

图2为现有技术中永磁同步电机初始定位示意图。如图2所示，旋转变压器初始定位时，通常的做法是从A相(A1-A2)通入直流，电流从B相(B1-B2)、C相(C1-C2)流出，此时合成磁场方向为A相的轴线方向，即水平线的垂直方向(定义为电机零位)，理想情况下，恒定的定子磁场与永磁转子的磁场会相互吸引至同一位置，即将电机转子拉到并锁定在电机零位，由此来校正旋转变压器的零位与电机零位的偏差。然而，即使空载，永磁同步电机也存在摩擦阻力和齿槽转矩，在旋转变压器初始定位时，电机的转子并不能完全被拉到并锁定在A相轴线方向(即电机零位)，从而在对电机转子磁场初始定向时会存在一个误差角Δθ。

由此可见，如何校正永磁同步电机和旋转变压器的初始零位偏差是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种校正初始零位偏差的方法，用于校正永磁同步电机和旋转变压器的初始零位偏差。

为解决上述技术问题，本发明提供一种校正初始零位偏差的方法，用于永磁同步电机和旋转变压器，包括：

拖动所述永磁同步电机的转子至恒定转速；

获取所述永磁同步电机的定子的反电动势和所述旋转变压器的转子的位置；

根据所述永磁同步电机的定子的反电动势计算所述反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；

根据所述旋转变压器的转子的位置获取所述旋转变压器测得的旋转角度θ₂；

根据公式计算所述空间矢量相位角θ₁和所述旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ；

通过调整所述旋转变压器的位置直到所述安装偏差Δθ符合精度要求；

其中，所述公式为

优选地，包括：通过拖动机拖动所述永磁同步电机的转子。

优选地，当所述安装偏差Δθ符合精度要求时，点亮指示灯。

优选地，根据所述永磁同步电机的定子的反电动势计算所述反电动势对应的空间矢量相位角θ₁包括：

将所述永磁同步电机的定子的反电动势进行坐标变换；

将坐标变换后q轴的分量输入至PI调节器；

将所述PI调节器的输出值与所述永磁同步电机的转子的电角速度相加、积分和求余得到所述空间矢量相位角θ₁。

优选地，通过手动调整所述旋转变压器的位置直至所述安装偏差Δθ符合精度要求。

优选地，所述坐标变换为：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\θ}}_1& \frac{1}{2}{\mathrm{cos\θ}}_1+\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{sin\θ}}_1\\ -{\mathrm{sin\θ}}_1& -\frac{1}{2}{\mathrm{sin\θ}}_1+\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{cos\θ}}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_{ab}\\ e_{bc}\end{array}\right]$

其中，e_q为坐标变换后q轴的分量；k为常数；e_ab和e_bc为所述永磁同步电机的定子的反电动势。

一种校正初始零位偏差的系统，用于永磁同步电机和旋转变压器，包括：

动力装置，用于拖动所述永磁同步电机的转子至恒定转速；

信号采集器，用于获取所述永磁同步电机的定子的反电动势和所述旋转变压器测得的旋转角度θ₂；

微处理器，用于根据所述永磁同步电机的定子的反电动势计算所述反电动势对应的空间矢量相位角θ₁，然后根据公式计算所述空间矢量相位角θ₁和所述旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ；

调节器，用于调整所述旋转变压器的位置直到所述安装偏差Δθ符合精度要求；

其中，所述公式为

优选地，所述动力装置为拖动机。

优选地，还包括指示灯；

其中，当所述安装偏差Δθ符合精度要求时，通过所述微处理器点亮所述指示灯。

优选地，所述调节器为手动调节器。

本发明提供的校正初始零位偏差的方法，通过对永磁同步电机的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；然后通过旋转变压器的转子的位置获取旋转变压器测得的旋转角度θ₂；根据公式计算旋转变压器的安装偏差Δθ；最后根据精度的要求，再调整旋转变压器的位置。该方法操作简单，能够校正永磁同步电机和旋转变压器的初始零位偏差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中无刷旋转变压器电气原理图；

图2为现有技术中永磁同步电机初始定位示意图；

图3为本发明提供的一种校正初始零位偏差的方法的流程图；

图4为本发明提供的计算空间矢量相位角的原理框图；

图5为本发明提供的一种校正初始零位偏差的系统的结构图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种校正初始零位偏差的方法及系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图3为本发明提供的一种校正初始零位偏差的方法的流程图。如图3所示，校正初始零位偏差的方法，用于永磁同步电机和旋转变压器，包括：

S10：拖动永磁同步电机的转子至恒定转速。

S11：获取永磁同步电机的定子的反电动势和旋转变压器的转子的角度。

S12：根据永磁同步电机的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁。

S13：根据所述旋转变压器的转子的位置获取旋转变压器测得的旋转角度θ₂。

S14：根据公式计算空间矢量相位角θ₁和旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ。

S15：通过调整旋转变压器的位置直到安装偏差Δθ符合精度要求。

其中，公式为

在具体实施中，当用外力拖动永磁同步电机的转子以一定转速旋转时，永磁同步电机的定子便会由于切割磁场产生三相对称的反电动势，同时在旋转变压器上也会产生相互正交的正余弦信号。如图1所示，设转子逆时针旋转且反电动势方向以下标为1的端口到下标为2的端口为正，虚拟的反电动势空间矢量逆时针旋转，并且位置与转子重合，当三相反电动势某一相达到最大值时，转子与这一相轴线垂直。如果知道了某一时刻反电动势的相位，同时还知道旋转变压器所测得的角度，那么便知道了旋转变压器的安装偏差。

因此，本发明首先需要获取永磁同步电机的定子的反电动势和旋转变压器的转子的角度；其次根据永磁同步电机的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；然后获取旋转变压器测得的旋转角度θ₂。根据公式计算空间矢量相位角θ₁和旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ。由于不同的场合要求，对于旋转变压器的安装偏差的精度有不同的要求，因此，当获取了旋转变压器的安装偏差Δθ后，需要根据精度的要求调整旋转变压器的位置，直到安装偏差Δθ符合精度要求。

本发明提供的校正初始零位偏差的方法，通过对永磁同步电机的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；然后根据所述旋转变压器的转子的位置获取旋转变压器测得的旋转角度θ₂；根据公式计算旋转变压器的安装偏差Δθ；最后根据精度的要求，再调整旋转变压器的位置。该方法操作简单，能够校正永磁同步电机和旋转变压器的初始零位偏差。

需要说明的是，在θ₁和θ₂中的第一个角度超过2π而求余时，将另一个角度减去2π，因此得到安装偏差

其中，步骤S10中，可以通过拖动机拖动永磁同步电机的转子。

优选的，在步骤S15后，还可以通过点亮指示灯提醒工作人员当前的位置已经满足精度要求。

通过点亮指示灯，可以及时提醒工作人员当前的位置已经满足精度要求，节约校正的时间，提高了工作效率。

作为一种优选的实施方式，S12根据永磁同步电机的定子的反电动势和旋转变压器的转子的角度计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁包括：

将永磁同步电机的定子的反电动势进行坐标变换。

将坐标变换后q轴的分量输入至PI调节器。

将PI调节器的输出值与永磁同步电机的转子的电角速度相加、积分和求余得到空间矢量相位角θ₁。

为了让本领域技术人员更加理解本发明提供的计算空间矢量相位角θ₁的过程，图4为本发明提供的计算空间矢量相位角的原理框图。

将永磁同步电机的定子的反电动势e_ab和e_bc进行坐标变化。其中，该坐标变换采用如下公式：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\θ}}_1& \frac{1}{2}{\mathrm{cos\θ}}_1+\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{sin\θ}}_1\\ -{\mathrm{sin\θ}}_1& -\frac{1}{2}{\mathrm{sin\θ}}_1+\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{cos\θ}}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_{ab}\\ e_{bc}\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中，e_q为坐标变换后q轴(交轴)的分量；k为常数，一般取值为2/3或)；e_ab和e_bc为永磁同步电机的定子的反电动势。

通过上述坐标变换公式后，分别得到d轴和q轴的分量，取q轴的分量e_q输入至PI调节器。然后PI调节器的输出值Δω_e与永磁同步电机的转子的电角速度ω_e相加得到估算的电角速度然后再积分得到ω_et+θ₀，最后求余得到空间矢量相位角θ₁。其中，θ₀是初始值。

需要说明的是，本发明中的PI调节器可以为比例积分调节器。另外，由于图4为离散的控制过程，初始θ₀可以任意给定。

其中，步骤S15中，可以通过手动调整旋转变压器的位置直至安装偏差Δθ符合精度要求。

实施例二

图5为本发明提供的一种校正初始零位偏差的系统的结构图。校正初始零位偏差的系统，用于永磁同步电机30和旋转变压器31，包括：

动力装置32，用于拖动永磁同步电机30的转子至恒定转速；

信号采集器33，用于获取永磁同步电机的定子的反电动势和旋转变压器31测得的旋转角度θ₂；

微处理器34，用于根据永磁同步电机30的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁，然后根据公式计算空间矢量相位角θ₁和旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ；

调节器35，用于调整旋转变压器31的位置直到安装偏差Δθ符合精度要求；

其中，公式为

需要说明的是，为了方便查看安装偏差的精度，可以在微处理器上设置精度选择按钮，该按钮的作用是可以调整精度的等级，而该等级的选择可以根据实际情况设定。

本发明提供的校正初始零位偏差的系统，通过微处理器对永磁同步电机的定子的反电动势计算反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；然后根据所述旋转变压器的转子的位置获取旋转变压器测得的旋转角度θ₂；根据公式计算旋转变压器的安装偏差Δθ；最后根据精度的要求，再调整旋转变压器的位置。该装置操作简单，能够校正永磁同步电机和旋转变压器的初始零位偏差。

其中，动力装置为拖动机。

其中，校正初始零位偏差的系统，还包括指示灯。当安装偏差Δθ符合精度要求时，通过微处理器点亮指示灯。

其中，调节器为手动调节器。

由于实施例二是实施例一对应的系统，因此，具体描述请参见实施例一，这里暂不赘述。

以上对本发明所提供的校正初始零位偏差的方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种校正初始零位偏差的方法，用于永磁同步电机和旋转变压器，其特征在于，包括：

拖动所述永磁同步电机的转子至恒定转速；

获取所述永磁同步电机的定子的反电动势和所述旋转变压器的转子的位置；

根据所述永磁同步电机的定子的反电动势计算所述反电动势对应的空间矢量相位角θ₁；

根据所述旋转变压器的转子的位置获取所述旋转变压器测得的旋转角度θ₂；

根据公式计算所述空间矢量相位角θ₁和所述旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ；

通过调整所述旋转变压器的位置直到所述安装偏差Δθ符合精度要求；

其中，所述公式为

2.根据权利要求1所述的校正初始零位偏差的方法，其特征在于，包括：

通过拖动机拖动所述永磁同步电机的转子。

3.根据权利要求1所述的校正初始零位偏差的方法，其特征在于，当所述安装偏差Δθ符合精度要求时，点亮指示灯。

4.根据权利要求1所述的校正初始零位偏差的方法，其特征在于，根据所述永磁同步电机的定子的反电动势计算所述反电动势对应的空间矢量相位角θ₁包括：

将所述永磁同步电机的定子的反电动势进行坐标变换；

将坐标变换后q轴的分量输入至PI调节器；

将所述PI调节器的输出值与所述永磁同步电机的转子的电角速度相加、积分和求余得到所述空间矢量相位角θ₁。

5.根据权利要求1所述的校正初始零位偏差的方法，其特征在于，通过手动调整所述旋转变压器的位置直至所述安装偏差Δθ符合精度要求。

6.根据权利要求4所述的校正初始零位偏差的方法，其特征在于，所述坐标变换为：

$\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]=k\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\θ}}_1& \frac{1}{2}{\mathrm{cos\θ}}_1+\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{sin\θ}}_1\\ -{\mathrm{sin\θ}}_1& -\frac{1}{2}{\mathrm{sin\θ}}_1+\sqrt{\frac{3}{2}}{\mathrm{cos\θ}}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_{ab}\\ e_{bc}\end{array}\right]$

其中，e_q为坐标变换后q轴的分量；k为常数；e_ab和e_bc为所述永磁同步电机的定子的反电动势。

7.一种校正初始零位偏差的系统，用于永磁同步电机和旋转变压器，其特征在于，包括：

动力装置，用于拖动所述永磁同步电机的转子至恒定转速；

信号采集器，用于获取所述永磁同步电机的定子的反电动势和所述旋转变压器测得的旋转角度θ₂；

微处理器，用于根据所述永磁同步电机的定子的反电动势计算所述反电动势对应的空间矢量相位角θ₁，然后根据公式计算所述空间矢量相位角θ₁和所述旋转角度θ₂对应的安装偏差Δθ；

调节器，用于调整所述旋转变压器的位置直到所述安装偏差Δθ符合精度要求；

其中，所述公式为

8.根据权利要求7所述的校正初始零位偏差的系统，其特征在于，所述动力装置为拖动机。

9.根据权利要求7所述的校正初始零位偏差的系统，其特征在于，还包括指示灯；

其中，当所述安装偏差Δθ符合精度要求时，通过所述微处理器点亮所述指示灯。

10.根据权利要求7所述的校正初始零位偏差的系统，其特征在于，所述调节器为手动调节器。