CN111313784A - 一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法及系统，其方法包括：当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，计算角度θdq；当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动至给定转速nref；计算稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0。本发提供了一种可以简单方便的准确测量永磁同步电机旋转变压器初始零位的方法，解决了现有方法存在测量精度不高、测量设备和过程复杂等缺点，难以实现电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测的问题。

Description

一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法及系统
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法及系统。
背景技术
永磁同步电机控制通常需要获取电机转子的实时位置信号。旋转变压器因其具有精度高、可靠性好，适应恶劣环境等的特点，被广泛应用于诸如电动汽车永磁电机等场合。旋转变压器与电机转子同轴连接，在初次装配中旋转变压器与电机转子的相对位置是随机的，从而造成旋变的初始零度位置(附图1中D轴方向)与实际转子磁极方向(附图1中d轴方向)存在偏差角θ0。为保证电机控制系统的正常运行和控制精度，需要通过一定的方法确定旋转变压器零位偏差。
目前，测量电机旋转变压器的初始零位角度θ0的方法通常有两种。一种是应用PI电流调节器和PI电压调节器来调节d轴电压Ud为零时得到测量校正角度αc，但是，该方法需要针对旋变零位校准功能设置专门的软件或者硬件设施，而且在具体实施过程中需要调整PI参数来保证测量结果的准确性。另一种是利用电机反电势零点角度与旋转变压器角度信号做比较来确定初始零位，但是，该方法中对电机反电势过零位置的判断将很大程度影响到测量结果的准确性。
综上，通常的旋变零位测量方法中，需要整定试验特定参数或增加特定试验设备，测量过程较为复杂，不便于操作。另一种常见方法则是通过对电机施加不同位置的电压矢量来实现测量，该方法会受到测量系统轴系摩擦力、电机定位力矩等因素的影响，测量精度不够准确。面对现有方法存在测量精度不高、测量设备和过程复杂等缺点，难以实现电机旋转变压器的初始零位角度简单方便的准确检测，实际生产中需要一种可以解决上述问题的永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法。
发明内容
本发明提供了一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法及系统，旨在解决目前电机旋转变压器的初始零位角度难以简单方便的准确检测的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，包括：
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速给定转速，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到角度θDQ+和θDQ-，根据角度θDQ+和θDQ-通过θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2计算得到角度θdq；
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动正转至给定转速nref，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；
根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ-θdq。
为实现上述目的，发明提供了一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，包括：
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速给定转速，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到角度θDQ+和θDQ-，根据角度θDQ+和θDQ-通过θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2计算得到角度θdq；
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动反转至给定转速nref，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；
根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ+θdq。
与现有技术相比，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，当电机稳定运行于给定转速nref时，由于存在转动摩擦力等阻力因素，电流矢量Is会稳定于与d轴负半轴呈θDQ夹角的位置，对于角度θDQ，当电机正转至给定转速nref时，角度θDQ和初始零位角度θ0存在关系式θ0＝θDQ-θdq；当电机正转至给定转速nref时，角度θDQ和初始零位角度θ0存在关系式θ0＝θDQ+θdq；故而当角度θdq已知时，可以根据计算式θ0＝θDQ±θdq得到初始零位角度θ0。而对于同一测试系统，电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq是确定的，在给定转速n下，电机正转和反转时Isn±在真实dq坐标系下的角度是相等的，即：|θdq+|＝|θdq-|,其中θdq+和θdq-分别表示电机正转和电机反转时电流矢量相较于dq轴的位置。故而，分别计算在转速值相同的条件下，电机处于正转n+时的电流矢量Isn+相对于DQ轴的位置θDQ+和电机处于反转n-时的电流矢量Isn-相对于DQ轴的位置θDQ-。由于存在θ0＝θDQ+-θdq+＝θDQ-+θdq-，可得θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2。本发明利用对于参数一定的电机及台架系统，在三相短路状态下，电流矢量在电机真实dq坐标系下的相位是一确定值的原理，简化了测量旋变零位的过程，适用于批量的电机旋变初始位置标定工作。同时，该方法考虑了电机转动过程中的摩擦力等阻力矩的影响，有效克服了永磁同步电机定位力矩在静态测量时的影响，具有较高的测量精度。提供了一种可以简单方便的准确测量永磁同步电机旋转变压器初始零位的方法，解决了现有方法存在测量精度不高、测量设备和过程复杂等缺点，难以实现电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测的问题。
进一步的，所述记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ包括以下步骤：
记录稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ；
根据计算式θDQ＝arctan(|iQ|/|iD|)计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ。
本发明一个优选的实施例中，通过D轴电流iD和Q轴电流iQ简单方便的得到角度θDQ。具体而言，由于表示由旋转变压器角度信号通过Clark-park变换得到的交直轴坐标系，稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ满足iD＝-Is·cos(θDQ)和iQ＝Is·sin(θDQ),由此可知θDQ＝arctan(|iQ|/|iD|)。故而，通过记录稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ结合计算式可以简单方便的得到电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ的值，提供了一个简单快速的计算θDQ值的实施例。
进一步的，所述角度θDQ+和θDQ-通过以下步骤计算得到；
测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n+，记录稳定状态下的D轴电流iD+和Q轴电流iQ+，根据计算式θDQ+＝arctan(|iQ+|/|iD+|)计算得到此时电流矢量Isn+在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ+；
测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n-，其中n+的绝对值和n-的绝对值相等，记录稳定状态下的D轴电流iD-和Q轴电流iQ-，根据计算式θDQ-＝arctan(|iQ-|/|iD+|)计算得到此时电流矢量Isn-在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ-。
本发明的一个优选的实施例中，在被测电机以设定速率上升至给定转速n+，并且定运行时，D轴电流iD+满足式子iD+＝-Isn+·cos(θDQ+)，Q轴电流iQ+满足式子iQ+＝Isn+·sin(θDQ+),由此可知θDQ+＝arctan(|iQ+|/|iD+|)。由于n+的绝对值和n-的绝对值相等，同理可得θDQ-＝arctan(|iQ-|/|iD-|)。本实施例中通过记录稳定状态下的D轴电流iD+、iD-和Q轴电流iQ+、iQ-结合计算式可以简单方便的得到电流矢量Isn+和Isn-在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ+和θDQ-的值，提供了一个简单快速的计算θDQ+和θDQ-值的实施例。
进一步的，所述测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n+，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验；所述测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n-，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。
本发明的一个优选的实施例中，记录电机处于三相短路状态的时间，通过预设的短路时间阈值控制试验时间。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，为避免出现过热，短路状态下测量时间应尽量缩短。但是测量时间应尽量缩短并不好把握，故而，在本实施例中，通过预设短路时间阈值，此阈值为被测电机及电机控制器等试验设备支持的处于三相短路状态的时间，记录电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。避免电机长时间处于三相短路状态导致试验设备过热，损坏试验设备，引发试验危险。
进一步的，当电机正转至给定转速nref时得到的角度θDQ通过计算式θ0＝θDQ-θdq得到电机旋转变压器的初始零位角度θ0；
当电机反转至给定转速nref时得到的角度θDQ通过计算式θ0＝θDQ+θdq得到电机旋转变压器的初始零位角度θ0。
本发明的一个优选的实施例中，在电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动至给定转速nref，可以是测功机动处于三相短路状态的被测电机正转运行至给定转速nref，也可以是测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机反转运行至给定转速nref，当电机正转时电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ-θdq，当电机反转时电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ+θdq，本实施例中给出了电机正转和反转两种情况下的计算方法，使得本试验支持不同的试验条件，在电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，不对电机的旋转方向做出限定，在电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，只需将被测电机拖动运行至正转或者反转速度nref，通过记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，并计算此时电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标轴中的相位角θDQ，再利用已确定的角度θdq即可得到旋变零位值θ0。本实施例进一步简化了测试步骤，不限定被测电机旋转方向，任意方向均有对应的计算式可以得到电机旋转变压器的初始零位角度θ0，保障了电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测。
进一步的，所述将处于三相短路状态的被测电机拖动至给定转速nref，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。
本发明的一个优选的实施例中，记录电机处于三相短路状态的时间，通过预设的短路时间阈值控制试验时间。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，为避免出现过热，短路状态下测量时间应尽量缩短。但是测量时间应尽量缩短并不好把握，故而，在本实施例中，通过预设短路时间阈值，此阈值为被测电机及电机控制器等试验设备支持的处于三相短路状态的时间，记录电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。避免电机长时间处于三相短路状态导致试验设备过热，损坏试验设备，引发试验危险。
本发明还提供一种适用于永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的系统，包括被测电机、测功机、旋转变压器、电机控制器、扭矩传感器、电池模拟器、低压电源和测功机台架，所述电机控制器设置为三相桥臂上管关断，下管导通的状态，使得与电机控制器连接的被测电机处于三相短路状态。
与现有技术相比，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统，可以配合发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法使用，其中电机控制器设置为三相桥臂上管关断，下管导通的状态，使得与电机控制器连接的被测电机处于三相短路状态。由于在三相短路状态下，电流矢量在电机真实dq坐标系下的相位是一确定值，对于同一测试系统，电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq是确定的，故而通过计算电机稳定运行于给定转速nref时，电流矢量Is与d轴负半轴呈θDQ夹角，根据角度θDQ和已知的角度θdq可以计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0。本发明利用对于参数一定的电机及台架系统，在三相短路状态下，电流矢量在电机真实dq坐标系下的相位是一确定值的原理，简化了测量旋变零位的过程，适用于批量的电机旋变初始位置标定工作。同时，该方法考虑了电机转动过程中的摩擦力等阻力矩的影响，有效克服了永磁同步电机定位力矩在静态测量时的影响，具有较高的测量精度。提供了一种可以简单方便的准确测量永磁同步电机旋转变压器初始零位的方法，解决了现有方法存在测量精度不高、测量设备和过程复杂等缺点，难以实现电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测的问题。
进一步的，电机控制器内部包含温度检测单元，并将电机控制器IGBT温度、电机绕组温度上传测功台架上位机，可实时观测到电机控制器和电机绕组温度。
本发明的一个优选的实施例中，检测系统的发热情况，主要检测电机、电机控制器及高压线缆等部件的发热情况。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，为避免出现过热，短路状态下测量时间应尽量缩短。但是测量时间应尽量缩短并不好把握，故而，在本实施例中，通过电机控制器内部包含的温度检测单元，并将电机控制器IGBT温度、电机绕组温度上传测功台架上位机，可实时观测到电机控制器和电机绕组温度。用户可以通过温度检测单元把握系统发热情况，当系统过热是可以暂停试验，避免电机长时间处于三相短路状态导致试验设备过热，损坏试验设备，引发试验危险。
进一步的，所述永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统，还包括测功机台架上位机，所述测功机台架上位机根据电机控制器上传的温度信号判断试验过程中是否临近或者超过电机控制器的温度保护限值和测功台架上位机设定的温度保护限值，当电机控制器或者电机绕组温度超过其保护限值时，触发保护动作停止运行。
本发明的一个优选的实施例中，设置报警装置在系统过热时对用户报警，所述的温度阈值为系统支持的工作温度最高值，当系统温度超过阈值时报警装置报警。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，根据电机控制器上传至测功机台架上位机的温度信号判断试验过程中是否临近或者超过电机控制器内部软件的温度保护限值和测功台架上位机设定的温度保护限值，当电机控制器或者电机绕组温度超过其保护限值时，会触发保护动作停止运行。试验人员应尽量缩短电机处于三相短路时的工作时间，以避免电机控制器和电机等设备过热损坏。。
附图说明
图1是旋转变压器初始零位示意图；
图2是本发明一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的一个实施例的流程图；
图3是本发明一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的一个实施例的流程图；
图4是本发明一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的另一个实施例的流程图；
图5是本发明一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的工作原理示意图；
图6是本发明一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的另一个实施例的流程图；
图7是本发明一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统的一个实施例的流程图。
具体实施方式
如图2所示，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，包括：当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速给定转速，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到角度θDQ+和θDQ-，根据角度θDQ+和θDQ-通过θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2计算得到角度θdq；当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动正转至给定转速nref；记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ-θdq。
如图3所示，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，包括：当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速给定转速，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到角度θDQ+和θDQ-，根据角度θDQ+和θDQ-通过θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2计算得到角度θdq；当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动反转至给定转速nref，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ+θdq。
与现有技术相比，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，当电机稳定运行于给定转速nref时，由于存在转动摩擦力等阻力因素，电流矢量Is会稳定于与d轴负半轴呈θDQ夹角的位置，对于角度θDQ，当电机正转至给定转速nref时，角度θDQ和初始零位角度θ0存在关系式θ0＝θDQ-θdq；当电机正转至给定转速nref时，角度θDQ和初始零位角度θ0存在关系式θ0＝θDQ+θdq；故而当角度θdq已知时，可以根据计算式θ0＝θDQ±θdq得到初始零位角度θ0。而对于同一测试系统，电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq是确定的，在给定转速n下，电机正转和反转时Isn±在真实dq坐标系下的角度是相等的，即：|θdq+|＝|θdq-|,其中θdq+和θdq-分别表示电机正转和电机反转时电流矢量相较于dq轴的位置。故而，分别计算在转速值相同的条件下，电机处于正转n+时的电流矢量Isn+相对于DQ轴的位置θDQ+和电机处于反转n-时的电流矢量Isn-相对于DQ轴的位置θDQ-。由于存在θ0＝θDQ+-θdq+＝θDQ-+θdq-，可得θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2。本发明利用对于参数一定的电机及台架系统，在三相短路状态下，电流矢量在电机真实dq坐标系下的相位是一确定值的原理，简化了测量旋变零位的过程，适用于批量的电机旋变初始位置标定工作。同时，该方法考虑了电机转动过程中的摩擦力等阻力矩的影响，有效克服了永磁同步电机定位力矩在静态测量时的影响，具有较高的测量精度。提供了一种可以简单方便的准确测量永磁同步电机旋转变压器初始零位的方法，解决了现有方法存在测量精度不高、测量设备和过程复杂等缺点，难以实现电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测的问题。
进一步的，所述记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ包括以下步骤：记录稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ；根据计算式θDQ＝arctan(|iQ|/|iD|)计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ。本发明一个优选的实施例中，通过D轴电流iD和Q轴电流iQ简单方便的得到角度θDQ。具体而言，由于表示由旋转变压器角度信号通过Clark-park变换得到的交直轴坐标系，稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ满足iD＝-Is·cos(θDQ)和iQ＝Is·sin(θDQ),由此可知θDQ＝arctan(|iQ|/|iD|)。故而，通过记录稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ结合计算式可以简单方便的得到电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ的值，提供了一个简单快速的计算θDQ值的实施例。
如图4所示，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，所述角度θDQ+和θDQ-通过以下步骤计算得到；测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n+，记录稳定状态下的D轴电流iD+和Q轴电流iQ+，根据计算式θDQ+＝arctan(|iQ+|/|iD+|)计算得到此时电流矢量Isn+在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ+；测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n-，其中n+的绝对值和n-的绝对值相等，记录稳定状态下的D轴电流iD-和Q轴电流iQ-，根据计算式θDQ-＝arctan(|iQ-|/|iD+|)计算得到此时电流矢量Isn-在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ-。
本发明的一个优选的实施例中，在被测电机以设定速率上升至给定转速n+，并且定运行时，D轴电流iD+满足式子iD+＝-Isn+·cos(θDQ+)，Q轴电流iQ+满足式子iQ+＝Isn+·sin(θDQ+),由此可知θDQ+＝arctan(|iQ+|/|iD+|)。由于n+的绝对值和n-的绝对值相等，同理可得θDQ-＝arctan(|iQ-|/|iD-|)。本实施例中通过记录稳定状态下的D轴电流iD+、iD-和Q轴电流iQ+、iQ-结合计算式可以简单方便的得到电流矢量Isn+和Isn-在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ+和θDQ-的值，提供了一个简单快速的计算θDQ+和θDQ-值的实施例。
进一步的，所述测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n+，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验；所述测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n-，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。本发明的一个优选的实施例中，记录电机处于三相短路状态的时间，通过预设的短路时间阈值控制试验时间。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，为避免出现过热，短路状态下测量时间应尽量缩短。但是测量时间应尽量缩短并不好把握，故而，在本实施例中，通过预设短路时间阈值，此阈值为被测电机及电机控制器等试验设备支持的处于三相短路状态的时间，记录电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。避免电机长时间处于三相短路状态导致试验设备过热，损坏试验设备，引发试验危险。
进一步的，所述被测电机拖动至给定转速nref包括电机正转至给定转速nref和电机反转至给定转速nref；当电机正转至给定转速nref时得到的角度θDQ通过计算式θ0＝θDQ-θdq得到电机旋转变压器的初始零位角度θ0；当电机反转至给定转速nref时得到的角度θDQ通过计算式θ0＝θDQ+θdq得到电机旋转变压器的初始零位角度θ0。本发明的一个优选的实施例中，在电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动至给定转速nref，可以是测功机动处于三相短路状态的被测电机正转运行至给定转速nref，也可以是测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机反转运行至给定转速nref，当电机正转时电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ-θdq，当电机反转时电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ+θdq，本实施例中给出了电机正转和反转两种情况下的计算方法，使得本试验支持不同的试验条件，在电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，不对电机的旋转方向做出限定，在电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，只需将被测电机拖动运行至正转或者反转速度nref，通过记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，并计算此时电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标轴中的相位角θDQ，再利用已确定的角度即可得到旋变零位值θ0。本实施例进一步简化了测试步骤，不限定被测电机旋转方向，任意方向均有对应的计算式可以得到电机旋转变压器的初始零位角度θ0，保障了电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测。
进一步的，所述将处于三相短路状态的被测电机拖动至给定转速nref，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。本发明的一个优选的实施例中，记录电机处于三相短路状态的时间，通过预设的短路时间阈值控制试验时间。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，为避免出现过热，短路状态下测量时间应尽量缩短。但是测量时间应尽量缩短并不好把握，故而，在本实施例中，通过预设短路时间阈值，此阈值为被测电机及电机控制器等试验设备支持的处于三相短路状态的时间，记录电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。避免电机长时间处于三相短路状态导致试验设备过热，损坏试验设备，引发试验危险。
如图5所示，图中DQ表示由旋转变压器角度信号通过Clark-park变换得到的交直轴坐标系，dq表示电机转子实际的交直轴坐标系。角度θ0表示为旋转变压器的零位偏差。
电机在稳定运行于给定转速nref后，由于存在转动摩擦力等阻力因素，电流矢量Isn±会稳定于与d轴负半轴呈θDQ±夹角的位置。Isn+和Isn-分别表示电机处于正转n+和反转n-时的电流矢量。θDQ+和θDQ-分别表示电机正转和电机反转时电流矢量相较于DQ轴的位置，θdq+和θdq-分别表示电机正转和电机反转时电流矢量相较于dq轴的位置。
对于同一测试系统，在给定转速n下，电机正转和反转时Isn±在真实dq坐标系下的角度是相等的，即：|θdq+|＝|θdq-|，存在θ0＝θDQ+-θdq＝θDQ-+θdq。
因而实际应用中，只需拖动电机处于正转或者反转状态下即可测量到旋变零位误差。
如图6所示，在本发明的一个具体的实施例中，包括以下步骤：
步骤S1，判断角度θdq是否已计算，如果是则进入步骤S6，如果不是则进入步骤S2。
步骤S2，通过电机控制器中的软件设置控制器处于三相桥臂上管关断，下管导通的状态，测功机拖动被测电机以设定速率上升至给定转速n+，并稳定运行。
步骤S3，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，并计算此时电流矢量Isn+在旋转变压器读数建立的DQ坐标轴中的相位角θDQ+；
在此步骤S3中，此时，D轴电流iD+和Q轴电流iQ+可表示为：
iD+＝-Isn+·cos(θDQ+) 式一 iQ+＝Isn+·sin(θDQ+) 式二
因而θDQ+可以表示为：θDQ+＝arctan(|iQ+|/|iD+|)式三。
步骤S4，测功机反方向拖动被测电机运行至给定转速n-，其中|n+|＝|n-|,重复步骤S3，由式一至式三计算得到θDQ-；
即在此步骤中D轴电流iD+和Q轴电流iQ+可表示为：
iD-＝-Isn-·cos(θDQ-) 式四 iQ-＝Isn-·sin(θDQ-) 式五
因而θDQ-可以表示为：θDQ-＝arctan(|iQ-|/|iD-|)式六。
步骤S5，计算电流矢量Is相对于真实dq轴的相位角θdq为：θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2式七。
步骤S6，在三相短路状态下将被测电机拖动运行至正转或者反转速度nref，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，并计算此时电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标轴中的相位角θDQ，其中θDQ＝arctan(|iQ|/|iD|)。
步骤S7，计算零位偏差角,当电机正转时电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ-θdq，当电机反转时电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ+θdq。
如图7所示，本发明还提供一种适用于永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的系统，包括被测电机、测功机、旋转变压器、电机控制器、扭矩传感器、电池模拟器、低压电源和测功机台架，所述电机控制器设置为三相桥臂上管关断，下管导通的状态，使得与电机控制器连接的被测电机处于三相短路状态。
与现有技术相比，本发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统，可以配合发明公开的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法使用，其中电机控制器设置为三相桥臂上管关断，下管导通的状态，使得与电机控制器连接的被测电机处于三相短路状态。由于在三相短路状态下，电流矢量在电机真实dq坐标系下的相位是一确定值，对于同一测试系统，电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq是确定的，故而通过计算电机稳定运行于给定转速nref时，电流矢量Is与d轴负半轴呈θDQ夹角，根据角度θDQ和已知的角度θdq可以计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0。本发明利用对于参数一定的电机及台架系统，在三相短路状态下，电流矢量在电机真实dq坐标系下的相位是一确定值的原理，简化了测量旋变零位的过程，适用于批量的电机旋变初始位置标定工作。同时，该方法考虑了电机转动过程中的摩擦力等阻力矩的影响，有效克服了永磁同步电机定位力矩在静态测量时的影响，具有较高的测量精度。提供了一种可以简单方便的准确测量永磁同步电机旋转变压器初始零位的方法，解决了现有方法存在测量精度不高、测量设备和过程复杂等缺点，难以实现电机旋转变压器的初始零位角度的简单方便的准确检测的问题。
进一步的，电机控制器内部包含温度检测单元，并将电机控制器IGBT温度、电机绕组温度上传测功台架上位机，可实时观测到电机控制器和电机绕组温度。本发明的一个优选的实施例中，检测系统的发热情况，主要检测电机、电机控制器及高压线缆等部件的发热情况。由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，为避免出现过热，短路状态下测量时间应尽量缩短。但是测量时间应尽量缩短并不好把握，故而，在本实施例中，通过电机控制器内部包含的温度检测单元，并将电机控制器IGBT温度、电机绕组温度上传测功台架上位机，可实时观测到电机控制器和电机绕组温度。。用户可以通过温度检测装置把握系统发热情况，当系统过热是可以暂停试验，避免电机长时间处于三相短路状态导致试验设备过热，损坏试验设备，引发试验危险。
进一步的，所述永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统，测功机台架上位机，所述测功机台架上位机根据电机控制器上传的温度信号判断试验过程中是否临近或者超过电机控制器的温度保护限值和测功台架上位机设定的温度保护限值，当电机控制器或者电机绕组温度超过其保护限值时，触发保护动作停止运行。。本发明的一个优选的实施例中，由于电机处于三相短路状态，此时短路电流通常数值较大，电机、电机控制器及高压线缆等部件发热严重，根据电机控制器上传至测功机台架上位机的温度信号判断试验过程中是否临近或者超过电机控制器内部软件的温度保护限值和测功台架上位机设定的温度保护限值，当电机控制器或者电机绕组温度超过其保护限值时，会触发保护动作停止运行。试验人员应尽量缩短电机处于三相短路时的工作时间，以避免电机控制器和电机等设备过热损坏。
以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，其特征在于，包括：
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速给定转速，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到角度θDQ+和θDQ-，根据角度θDQ+和θDQ-通过θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2计算得到角度θdq；
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动正转至给定转速nref，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；
根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ-θdq。
2.一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，其特征在于，包括：
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq未知时，测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速给定转速，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到角度θDQ+和θDQ-，根据角度θDQ+和θDQ-通过θdq＝|θDQ+-θDQ-|/2计算得到角度θdq；
当电流矢量Is相对与电机转子实际的交直轴坐标系dq轴的相位角θdq已知时，将处于三相短路状态的被测电机拖动反转至给定转速nref，记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ；
根据得到的角度θDQ和已知的角度θdq计算电机旋转变压器的初始零位角度θ0＝θDQ+θdq。
3.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，其特征在于，所述记录稳定状态下的D轴电流和Q轴电流，根据D轴电流和Q轴电流反正切计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ包括以下步骤：
记录稳定状态下的D轴电流iD和Q轴电流iQ；
根据计算式θDQ＝arctan(|iQ|/|iD|)计算得到稳定状态下电流矢量Is在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ。
4.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，其特征在于，所述角度θDQ+和θDQ-通过以下步骤计算得到；测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n+，记录稳定状态下的D轴电流iD+和Q轴电流iQ+，根据计算式θDQ+＝arctan(|iQ+|/|iD+|)计算得到此时电流矢量Isn+在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ+；测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n-，其中n+的绝对值和n-的绝对值相等，记录稳定状态下的D轴电流iD-和Q轴电流iQ-，根据计算式θDQ-＝arctan(|iQ-|/|iD+|)计算得到此时电流矢量Isn-在旋转变压器读数建立的DQ坐标系中的相位角θDQ-。
5.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，其特征在于，所述测功机拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n+，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验；所述测功机反方向拖动处于三相短路状态的被测电机运行至给定转速n-，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。
6.根据权利要求1或2所述的一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法，其特征在于，所述将处于三相短路状态的被测电机拖动至给定转速nref，记录此步骤中被测电机处于三相短路状态的时间，当时间超过短路时间阈值时则暂停试验。
7.一种适用于权利要求1或2所述的永磁同步电机旋转变压器初始零位测量方法的系统，包括被测电机、测功机、旋转变压器、电机控制器、扭矩传感器、电池模拟器、低压电源和测功机台架，其特征在于，所述电机控制器设置为三相桥臂上管关断，下管导通的状态，使得与电机控制器连接的被测电机处于三相短路状态。
8.根据权利要求7所述一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统，其特征在于，电机控制器内部包含温度检测单元，并将电机控制器IGBT温度、电机绕组温度上传测功台架上位机，可实时观测到电机控制器和电机绕组温度。
9.根据权利要求7所述一种永磁同步电机旋转变压器初始零位测量系统，其特征在于，还包括测功机台架上位机，所述测功机台架上位机根据电机控制器上传的温度信号判断试验过程中是否临近或者超过电机控制器的温度保护限值和测功台架上位机设定的温度保护限值，当电机控制器或者电机绕组温度超过其保护限值时，触发保护动作停止运行。
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