CN105932921B - 一种永磁同步电机svpwm矢量扇区判断法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机SVPWM矢量扇区判断法，在所述电机定子的主绕组A、主绕组B和主绕组C上根据设定的匝数分别绕制副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁，副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁的引线位于电机外部；检测副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁输出的反电动势，或者分别获得反电动势U_A1、反电动势U_B1和反电动势U_C1，反电动势U_A1、反电动势U_B1和反电动势U_C1分别对应u_a、u_b、u_c，根据对应关系，即可判断出合成矢量所在的扇区。

Description

一种永磁同步电机SVPWM矢量扇区判断法

技术领域

本发明属于永磁同步电机技术领域，特别涉及一种永磁同步电机SVPWM矢量扇区判断法。

背景技术

SVPWM全称为空间矢量脉冲宽度调制，主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。如图1所示，U_ref为合成矢量。

目前，在永磁同步电机控制正弦波领域所采用的控制策略主要有两种，一种是磁场定向控制，另一种是基于SVPWM电压矢量控制，但目前这两种控制策略都需要有霍尔传感器。其主要作用用来检测电机转子的位置以及合成矢量所在扇区的判断。目前，针对以正弦波作为永磁同步电机驱动波形的控制策略，还没有出现无霍尔传感器控制，虽然有人提出无传感器磁场定向控制(无感FOC)，但这种控制策略也只是停留在理论和仿真层面上。并没有真正应用在实际产品中。作为这两种控制策略不可缺少的一部分，合成矢量所在扇区的判断法则也是十分重要的。对于停留在理论和仿真层面的无感FOC控制策略，其在进行合成矢量所在扇区判断时，主要采用的策略是间接判断，即通过比如基于状态观测器的估算法、模型自适应法、高频信号注入法等来获得电机转子的位置，然后再通过一系列的数学运算确定合成矢量所在的扇区。不过这种策略较涉及较多的数学运算，实现起来较为复杂，同时对微处理器的要求比较高。

目前市场上还未出现基于正弦波驱动永磁同步电机无霍尔传感器控制器以及其他产品，其根本原因是理论还不成熟，实现过于困难。前面已经叙述，针对永磁同步电机所采用的无传感器磁场定向控制，还只是停留在理论和仿真层面，并且在电机转子位置检测方面需要特定的方法，这些方法都是一些复杂的数学理论。同时针对合成矢量所在扇区的检测也是在电机转子位置事先检测到的基础上才能实现的。这使得基于SVPWM无传感器合成矢量所在扇区的判断变得更为困难，在实际应用中也是十分困难。

发明内容

本发明的主要目的是为实现基于正弦波驱动永磁同步电机无霍尔传感器控制策略提供一种简单的合成矢量扇区判断的方法，这种方法能够降低合成矢量所在扇区判断的难度，同时提高系统的快速性以及降低控制系统对微处理器性能的要求。

本发明的技术方案是，一种永磁同步电机SVPWM矢量扇区判断法，在所述电机定子的主绕组A、主绕组B和主绕组C上根据设定的匝数分别绕制副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁，副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁的引线位于电机外部；

检测副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁输出的反电动势，或者分别获得反电动势U_A1、反电动势U_B1和反电动势U_C1，

反电动势U_A1、反电动势U_B1和反电动势U_C1分别对应u_a、u_b、u_c，

根据表1的对应关系，即可判断出合成矢量所在的扇区，

表1

本发明解决了基于正弦波驱动的永磁同步电机无传感器控制策略中扇区判断的问题，相比于有传感器的正弦波驱动控制策略来说，本发明利用额外的电机副绕组所产生的正弦波反电动势来判断合成矢量所在扇区，判断过程迅速，实现较为简单，同时为以后无传感器正弦波控制策略提供了一种扇区判断法。

本发明不需要复杂的数学计算来判断合成矢量所在扇区，只需要改变一部分电机的结构，并在不影响电机性能的前提下，在主绕组上增加一部分副绕组，这对于电机成本的增加并不多。然后通过检测副绕组端的反电动势进行比较即可判断出合成矢量所在的扇区。此种方法对降低了对微处理器性能的要求，实现更为简单，降低了生产成本，同时为无传感器正弦波驱动控制提供了扇区判断的解决方案。

附图说明

图1是SVPWM控制矢量图。

图2为本发明外转子永磁同步电机定子结构示意图。

图3是本发明电机三相反电动势的波形与SVPWM矢量图扇区号相对应的关系。

具体实施方式

本发明是在永磁同步电机的结构上进行改进，为合成矢量所在扇区提供判断依据。如图2所示，此图为外转子永磁同步电机定子绕组示意图，其和内转子永磁同步电机在原理上完全一样，故本发明对于内转子永磁同步电机同样适用。从图中可以看出共有6个绕组，分别是绕组A、绕组B、绕组C、绕组A₁、绕组B₁、绕组C₁、，其中绕组A、B、C是电机出线的三相绕组，可以称之为主绕组，这三相绕组负责电机的通电旋转；而绕组A₁、B₁、C₁也是出线绕组，可以称之为副绕组，这3个绕组是不需要通电的，其主要作用是随着电机的旋转产生反电动势，然后用来判断合成矢量所在的扇区。图3表示的是电机三相反电动势的波形与SVPWM矢量图扇区号相对应的关系。此种关系并不是固定不变的，可以任意变化。

本发明附图2为外转子永磁同步电机定子结构示意图，从图中可以看出，定子的绕组的结构发生了变化。首先定子上的绕组，也就是主绕组A、B、C的匝数按照实际要求先设计好，而副绕组A₁、B₁、C₁的匝数则根据控制系统对反电动势大小的要求进行设计。无论是主绕组A、B、C，还是副绕组A₁、B₁、C₁最终都需要引出电机，主绕组用于电机旋转供电，副绕组用于检测反电动势。

根据对控制系统检测的精度的要求，可以将副绕组设计成不同的匝数，然后将A₁、B₁、C₁三相输出的反电动势输入三个运算放大器进行比较，最终通过软件编程获得U_A1、U_B1、U_C1三个反电动势的大小次序，按照表1中的对应关系，即可判断出合成矢量所在的扇区。表中的u_a、u_b、u_c均是带符号数。

表1

扇区	合成矢量所在扇区的充分必要条件
		Ⅰ	u<sub>c</sub>&amp;gt;u<sub>a</sub>&amp;gt;u<sub>b</sub>
Ⅱ	u<sub>a</sub>&amp;gt;u<sub>c</sub>&amp;gt;u<sub>b</sub>
		Ⅲ	u<sub>a</sub>&amp;gt;u<sub>b</sub>&amp;gt;u<sub>c</sub>
Ⅳ	u<sub>b</sub>&amp;gt;u<sub>a</sub>&amp;gt;u<sub>c</sub>
		Ⅴ	u<sub>b</sub>&amp;gt;u<sub>c</sub>&amp;gt;u<sub>a</sub>
Ⅵ	u<sub>c</sub>&amp;gt;u<sub>b</sub>&amp;gt;u<sub>a</sub>

Claims (1)

1.一种永磁同步电机SVPWM矢量扇区判断法，其特征在于，在所述电机定子的主绕组A、主绕组B和主绕组C上根据设定的匝数分别绕制副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁，副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁的引线位于电机外部；

检测副绕组A₁、副绕组B₁和副绕组C₁输出的反电动势，分别获得反电动势U_A1、反电动势U_B1和反电动势U_C1，

将副绕组A₁、副绕组B₁、副绕组C₁三相输出的反电动势U_A1、U_B1和U_C1进行比较，获得U_A1、U_B1、U_C1三个反电动势的大小次序，按照大小顺序，即可判断出合成矢量所在的扇区，反电动势U_A1、反电动势U_B1和反电动势U_C1分别对应为u_a、u_b、u_c，即：

当u_c>u_a>u_b时，合成矢量处于扇区Ⅰ，

当u_a>u_c>u_b时，合成矢量处于扇区Ⅱ，

当u_a>u_b>u_c时，合成矢量处于扇区Ⅲ，

当u_b>u_a>u_c时，合成矢量处于扇区Ⅳ，

当u_b>u_c>u_a时，合成矢量处于扇区Ⅴ，

当u_c>u_b>u_a时，合成矢量处于扇区Ⅵ。