CN105978419A - 一种永磁同步电机的启动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种永磁同步电机的启动方法及装置，涉及电机领域，解决了现有技术中由于电机转子的预设位置与实际位置之间存在角度差而导致永磁电机启动失败的问题。该方法包括：通过确定电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；其次，将角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；然后，根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少；最后，当角度差θ₁减少至0时，启动永磁同步电机。本发明应用于永磁同步电机的启动。

Description

一种永磁同步电机的启动方法及装置

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种永磁同步电机的启动方法及装置。

背景技术

永磁同步电机中包括转子和定子，其中在转子中设置有永磁体，该永磁体产生固定的磁场。当在永磁同步电机的定子中通入电流时会产生旋转磁场，带动转子的磁极进行转动，从而实现永磁同步电机的同步运行。

一般情况下，永磁同步电机在启动的时候，首先需要确定转子的位置，然后根据转子的位置，控制永磁同步电机带动负载进行正常工作。在现有技术中，永磁同步电机在正常启动时，会直接根据转子的预设位置以及永磁同步电机的初始电流确定出电机负载实际运行所需的电流，当永磁同步电机的转速达到预设转速时，将该永磁同步电机的初始电流切换至该电机负载实际运行所需的电流。但是，由于上述过程中所应用的转子的预设位置不准确，与转子的实际位置之间存在角度差，从而导致永磁同步电机所计算出的电机负载实际运行所需的电流不准确，使得切换后的电流不能满足永磁同步电机的正常运行，而导致永磁同步电机启动失败。

发明内容

本发明的实施例提供一种永磁同步电机的启动方法及装置，解决了现有技术中由于电机转子的预设位置与实际位置之间存在角度差而导致永磁电机启动失败的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种永磁同步电机的启动方法，包括：

确定所述电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；

将所述角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；

根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少；

当所述角度差θ₁减少至0时，启动所述永磁同步电机。

第二方面，提供一种永磁同步电机的启动装置，包括：

确定模块，用于确定所述电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；

划分模块，用于将所述角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；

减小模块，用于根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少；

启动模块，用于当所述角度差θ₁减少至0时，启动所述永磁同步电机。

本发明实施例提供一种永磁同步电机的启动方法及装置，通过确定电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；而将角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；然后，根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少；当该角度差θ₁减少至0时，启动永磁同步电机。本方案中通过将电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁进行逐步减小，直到将该角度差θ₁减为0时，完全消除了电机转子的预设位置与实际位置之间的角度差，从而使得该永磁同步电机可以正常运行，避免了由于角度差的存在而导致启动失败。同时，本方案中是以角度值为Δθ的子角度差来进行减小电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁，来使得减小角度差θ₁处于匀速的过程，从而保证了永磁同步电机可以平稳运行，避免出现转子失步而导致启动失败。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明实施例提供的一种永磁同步电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种永磁同步电机的启动方法的方法流程图；

图3为本发明的实施例提供的一种初始电流与角度差以及负载电流之间的关系图；

图4为本发明的实施例提供的另一种初始电流与角度差以及负载电流之间的关系图；

图5为本发明的实施例提供的永磁同步电机的定子中的电流波形图；

图6为本发明实施例提供的一种永磁同步电机的启动装置的结构示意图。

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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中的永磁同步电机可以应用于空调、冰箱以及风扇等。如图1所示，本发明实施例中的永磁体包括定子100和转子200，其中，定子具备定子芯130和线圈(图中未标识)，该定子芯130包括多个齿120，该线圈由分别卷绕于多个齿120的导线形成。该定子100的结构可以参考现有技术中的永磁体同步电机的定子的结构，这里不在进行说明。而转子包括转轴220以及转子芯体(图中未标识)，该转子芯体上安装有永磁体，该永磁体产生固定的磁极。对于转子200结构可以参考现有技术中的永磁体同步电机的转子的结构，该转子芯体上安装的永磁体与转子芯体之间的结构关系包括但不限于：凸装式转子、嵌入式转子以及笼型绕组式转子。该永磁同步电机的工作原理是：给永磁同步电机的定子线圈中通入电流，使得定子上产生旋转的磁场，该旋转的磁场带动转子的磁极进行旋转，使得转子的磁正极永远跟着定子的旋转磁场中的负极旋转，从而使得永磁同步电机中的定子与转子进入到同步状态。

本发明实施例提供一种永磁同步电机的启动方法，如图2所示，该方法包括：

301、永磁同步电机的启动装置确定电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁。

示例性的，上述电机转子的预设角度为电机定子通上电流带动电机进行旋转时所对应的起始角度，而电机转子的实际角度为电机上一次进行使用结束后所停留的位置。

其中，由于电机处于一个封闭的容器内，而无法判断电机上一次停止的位置，因此，需要首先对电机转子进行定位。本发明中采用无传感器估算器对电机转子的位置进行定位，而运用该算法的前提是必须使得电机旋转起来才能进行，因此需要首先预设一个电机转子的预设角度，然后给电机定子通上电流，使得电机转子旋转起来，通过无传感器估算器对电机转子的实际角度进行估算，最后永磁同步电机的启动装置根据电机转子的预设角度与实际角度来确定它们之间的角度差θ₁。

此外，上述的电机转子的实际角度还可以根据安装在电机转子处的位置传感器进行检测。

需要说明的是，本发明实施例中在对电机转子进行定位时，所采用无传感器估算器是一种运算算法，该算法使得电机转子运行在同步开环启动阶段。

302、永磁同步电机的启动装置将角度差θ₁划分为N等份子角度差。

其中，本发明实施例中的每份子角度差的角度值为Δθ。

示例性的，上述的子角度差的角度值Δθ可以通过以下公式计算得到：Δθ＝θ₁/N，其中，θ₁为电机转子的预设角度与实际角度间的角度差，N为将该角度差Δθ减小至零所需的次数，由于该次数N决定永磁同步电机的运行时间，因此需要合理选用，该次数N的具体数值可以通过无数次实验来确定。

303、永磁同步电机的启动装置根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少。

示例性的，上述的初始电流是在保证负载可以正常运转起来在永磁同步电机定子上所预设的一个数值较大的电流，该初始电流使得永磁同步电机处于同步开环启动阶段；而上述的负载电流为永磁同步电机处于闭环控制阶段时定子上的实际电流，该负载电流能够带动负载运行，相比于初始电流的数值大小，该负载电流的数值小于等于初始电流。

示例性的，在步骤303之前，该方法还包括：

303a、基于负载电流的计算公式、根据角度差θ₁以及电机定子的初始电流确定出负载电流。

其中，上述负载电流的计算公式为iq_e＝iq_s0*cosθ₁；公式中的iq_e为负载电流，公式中的iq_s0为电机定子的初始电流，而公式中的θ₁为电机转子的预设角度与实际角度间的角度差。

示例性的，参照图3所示，图中坐标轴q_s0和d_s0所在位置代表电机转子的预设位置，坐标轴q_e和d_e所在位置代表转子的实际位置(即无传感器估算器的位置)，而θ_e0为无传感器估算器估算的位置和预设位置之间的角度差。在同步永磁电机的定位和同步启动过程中定子的初始电流包括q轴上的iq_s0以及d轴上的id，为了计算方便使得该d轴上的id＝0。由此，在给定iq_s0和角度差θ_e0的条件下，可以满足此刻负载运行要求，从图3可以得出，电机定子中的负载电流iq_e＝iq_s0*cosθ_e0。

示例性的，上述步骤303具体包括如下内容：

A1、根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，将角度差θ₁减小子角度差的角度值Δθ，确定电机转子当前的实际角度与预设角度间的角度差θ₂。

A2、根据负载电流以及子角度差的角度值Δθ，将角度差θ₂减小子角度差的角度值Δθ，确定电机转子当前的实际角度与预设角度间的角度差θ₃。

A3、重复上述过程，直至电机转子的实际角度与预设角度间的角度差为0。

示例性的，如图4所示，图中θ_e0为电机转子的实际角度与预设角度间的角度差，iq_s0为电机定子的初始电流，iq_e为负载电流。

具体的，减小角度差θ_e0的过程如下：

1)计算子角度差的角度值Δθ的数值

具体的，设分n次逐渐减小角度差θ_e0，则每次需要减小的子角度差的角度值为Δθ＝θ₁/N。

2)计算第m次电机转子当前的实际角度与预设角度间的角度差以及电机定子电流。

如图4所示，第m(0<m<n)次的电机转子当前的实际角度与预设角度间的角度差为θ_em＝θ_e0-m*Δθ，此时对应的第m次的电机定子的电流为iq_sm＝iq_e/cosθ_em。

3)逐步减小上述θ_em，直至θ_em的值为0。

当θ_em减小到0时，此时iq_s0＝iq_e，永磁同步电机启动。在这个过程中，电机定子的电流波形如图5所示。由于在上述减小电机转子的实际角度与预设角度间的角度差θ_e0的过程中，该角度差θ_e0每次均以子角度差的角度值为Δθ来减小，因此对应的电流的减小过程比较平稳，从而使得永磁同步电机不会出现失步的问题。

304、当角度差θ₁减少至0时，启动永磁同步电机。

示例性的，步骤304具体包括：

304a、当角度差θ₁减少至0时，上述的初始电流等于负载电流；

304b、根据该负载电流启动永磁同步电机。

示例性的，在上述步骤303之前，该方法还包括：

判断所述电机转子的转速是否等于预定转速；

进一步的，步骤303具体包括：

当电机转子的转速等于预定转速时，根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少。

本发明实施例提供一种永磁同步电机的启动方法，通过确定电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；而将角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；然后，根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少；当该角度差θ₁减少至0时，启动永磁同步电机。本方案中通过将电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁进行逐步减小，直到将该角度差θ₁减为0时，完全消除了电机转子的预设位置与实际位置之间的角度差，从而使得该永磁同步电机可以正常运行，避免了由于角度差的存在而导致启动失败。同时，本方案中是以角度值为Δθ的子角度差来进行减小电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁，来使得减小角度差θ₁处于匀速的过程，从而保证了永磁同步电机可以平稳运行，避免出现转子失步而导致启动失败。

下面将基于图2对应的永磁同步电机的启动方法的实施例中的相关描述对本发明实施例提供的一种永磁同步电机的启动装置进行介绍。以下实施例中与上述实施例相关的技术术语、概念等的说明可以参照上述的实施例，这里不再赘述。

本发明实施例提供一种永磁同步电机的启动装置，如图6所示，该永磁同步电机的启动装置4包括：确定模块41、划分模块42、减小模块43以及启动模块44。其中：

确定模块41，用于确定电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；

划分模块42，用于将角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；

减小模块43，用于根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少；

启动模块44，用于当角度差θ₁减少至0时，启动所述永磁同步电机。

示例性的，上述减小模块43具体用于：

根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，将角度差θ₁减小子角度差的角度值Δθ，确定电机转子当前的实际角度与预设角度间的角度差θ₂。

根据负载电流以及子角度差的角度值Δθ，将角度差θ₂减小子角度差的角度值Δθ，确定电机转子当前的实际角度与预设角度间的角度差θ₃。

重复上述过程，直至电机转子的实际角度与预设角度间的角度差为0。

示例性的，上述确定模块41，还用于基于负载电流的计算公式、根据角度差θ₁以及电机定子的初始电流确定出负载电流。

其中，负载电流计算公式为iq_e＝iq_s0*cosθ₁；iq_e为负载电流，iq_s0为电机定子的初始电流，θ₁为电机转子的预设角度与实际角度间的角度差。

示例性的，上述启动模块44具体用于：

当角度差θ₁减少至0时，初始电流等于负载电流；根据负载电流启动永磁同步电机。

可选的，如图6所示，上述永磁同步电机的启动装置4还包括：判断模块45，其中：

判断模块45，用于判断电机转子的转速是否等于预定转速。

进一步的，上述减少模块43具体用于：

当电机转子的转速等于预定转速时，根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少。

本发明实施例提供一种永磁同步电机的启动装置，通过确定电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；而将角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；然后，根据角度差θ₁与电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及子角度差的角度值Δθ，逐步将角度差θ₁减少；当该角度差θ₁减少至0时，启动永磁同步电机。本方案中通过将电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁进行逐步减小，直到将该角度差θ₁减为0时，完全消除了电机转子的预设位置与实际位置之间的角度差，从而使得该永磁同步电机可以正常运行，避免了由于角度差的存在而导致启动失败。同时，本方案中是以角度值为Δθ的子角度差来进行减小电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁，来使得减小角度差θ₁处于匀速的过程，从而保证了永磁同步电机可以平稳运行，避免出现转子失步而导致启动失败。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的永磁同步电机的启动方法及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的双热源室内机的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机的启动方法，其特征在于，包括：

确定所述电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；

将所述角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；

根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少；

当所述角度差θ₁减少至0时，启动所述永磁同步电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少具体包括：

根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，将所述角度差θ₁减小所述子角度差的角度值Δθ，确定所述电机转子当前的实际角度与所述预设角度间的角度差θ₂；

根据所述负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，将所述角度差θ₂减小所述子角度差的角度值Δθ，确定所述电机转子当前的实际角度与所述预设角度间的角度差θ₃；

重复上述过程，直至所述电机转子的实际角度与所述预设角度间的角度差为0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少之前，所述方法还包括:

基于负载电流的计算公式、根据所述角度差θ₁以及所述电机定子的初始电流确定出负载电流；

其中，所述负载电流计算公式为iq_e＝iq_s0*cosθ₁；所述iq_e为负载电流，所述iq_s0为所述电机定子的初始电流，所述θ₁为所述电机转子的预设角度与实际角度间的角度差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述角度差θ₁减少至0时，启动所述永磁同步电机具体包括：

当所述角度差θ₁减少至0时，所述初始电流等于所述负载电流；

根据所述负载电流启动所述永磁同步电机。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少之前，所述方法还包括：

判断所述电机转子的转速是否等于预定转速；

进一步的，所述根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少具体包括：

当所述电机转子的转速等于预定转速时，根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少。

6.一种永磁同步电机的启动装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定所述电机转子的预设角度与实际角度间的角度差θ₁；

划分模块，用于将所述角度差θ₁划分为N等份子角度差，其中，每份子角度差的角度值为Δθ；

减小模块，用于根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少；

启动模块，用于当所述角度差θ₁减少至0时，启动所述永磁同步电机。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述减小模块具体用于：

根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，将所述角度差θ₁减小所述子角度差的角度值Δθ，确定所述电机转子当前的实际角度与所述预设角度间的角度差θ₂；

根据所述负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，将所述角度差θ₂减小所述子角度差的角度值Δθ，确定所述电机转子当前的实际角度与所述预设角度间的角度差θ₃；

重复上述过程，直至所述电机转子的实际角度与所述预设角度间的角度差为0。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述确定模块，还用于基于负载电流的计算公式、根据所述角度差θ₁以及所述电机定子的初始电流确定出负载电流；

其中，所述负载电流计算公式为iq_e＝iq_s0*cosθ₁；所述iq_e为负载电流，所述iq_s0为所述电机定子的初始电流，所述θ₁为所述电机转子的预设角度与实际角度间的角度差。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述启动模块具体用于：

当所述角度差θ₁减少至0时，所述初始电流等于所述负载电流；

根据所述负载电流启动所述永磁同步电机。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于判断所述电机转子的转速是否等于预定转速；

进一步的，所述减少模块具体用于：

当所述电机转子的转速等于预定转速时，根据所述角度差θ₁与所述电机定子的初始电流所确定出的负载电流以及所述子角度差的角度值Δθ，逐步将所述角度差θ₁减少。