CN112414287B - 一种无电流传感器的永磁同步电机位置标定方法 - Google Patents

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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination

Abstract

一种无电流传感器的永磁同步电机位置标定方法，其通过切断三相电机其中一相电源线并通入特定电流的方式，使得电机内部产生可推导得知的磁场，因此可以不借助于电流传感器便可得知转子的理论位置，同时采用分别切断BC两相电源线分别得出角度并求均值的方法，能够有效克服传统方法计算繁琐的缺陷，还可减小摩擦阻力等扰动的影响，提高标定的准确性。在该方法在实施过程中，仅需要从电机外对电源线进行插拔，而不需要控制器内部的电流信息即可实现对永磁同步电机初始位置标定，显著降低了永磁同步电机标定的工作量。

Description

一种无电流传感器的永磁同步电机位置标定方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及针对不设置电流传感器的永磁同步电机初始位置进行标定的方法。
背景技术
在设置了位置传感器的永磁同步电机仿真中，位置传感器输出的角度值通常都等于电机转子的实际角度值，即在理论上忽略了位置传感器的安装误差。而在实际装配中，当转子磁场方向与静止坐标系下的α轴重合时，位置传感器输出的角度几乎不可能为0，而是存在一定的角度偏差。因此永磁同步电机在安装位置传感器后需要进行初始位置的标定。
现有传感器位置初始位置标定方法大多采用电流传感器，根据每相通入的电流计算出电机转子的理论位置，并结合位置传感器的输出角度进行标定。然而，采用该标定方式时，由于电流传感器的存在会显著增加永磁同步电机控制系统的重量和体积。为克服采用电流传感器标定方式的上述缺陷，现有技术中出现了一些不借助电流传感器，仅依据三相电流计算磁场角度方法，但也存在着计算过程较为繁琐的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无电流传感器的永磁同步电机位置标定方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将连接好的三相永磁同步电机电源线中的C相电源线拔下，使电机内部AB相连接成为一条通路；
步骤二、保持三相逆变器的
Figure BDA0002768271630000011
与Sb开关处于常闭状态，同时控制
Figure BDA0002768271630000012
与Sa开关根据输入的PWM信号交替开启，使A相的电压始终高于B相，电流的方向为从A相到B相，且AB相上的电流大小相等，待电机停止运动后，记录此时位置传感器输出的角度值θ1；
步骤三、将三相永磁同步电机的C相电源线插回，拔下三相电机的B相电源线，使电机内部AC相连接成为一条通路；
步骤四、保持三相逆变器的
Figure BDA0002768271630000013
与Sb开关处于常闭状态，同时控制
Figure BDA0002768271630000014
与Sa开关根据输入的PWM信号交替开启，使A相的电压始终高于C相，电流的方向为从A相到C相，且AC相上的电流大小相等，待电机停止运动后，记录此时位置传感器输出的角度值θ2；
步骤五、由前两次的输出量θ1和θ2进行处理可得角度偏移量Δ为：
Figure BDA0002768271630000021
将角度偏移量Δ与位置传感器的实际输出值做差即可得到电机转子的真实角度值，完成了电机无电流传感器的位置传感器初始位置标定工作。
进一步地，所述步骤一中和步骤三中分别拔下两相电源线的操作，能够帮助确定永磁同步电机内部的定子磁场方向。
进一步地，所述步骤二和步骤四中通过对开关状态组合的控制，使输入的电流近似为直流电，能够产生稳定的磁场，并且使转子旋转至固定的角度，以便于电机初始位置的标定。
上述本发明所提供的方法，通过切断三相电机其中一相电源线并通入特定电流的方式，使得电机内部产生可推导得知的磁场，因此可以不借助于电流传感器便可得知转子的理论位置，同时采用分别切断BC两相电源线分别得出角度并求均值的方法，能够有效克服传统方法计算繁琐的缺陷，还可减小摩擦阻力等扰动的影响，提高标定的准确性。在该方法在实施过程中，仅需要从电机外对电源线进行插拔，而不需要对原有电路进行任何改动，显著降低了永磁同步电机标定的工作量。
附图说明
图1为本发明所提供方法的流程示意图；
图2为本发明的一优选实例中拔下C相电源线后的电机示意图；
图3为本发明的一优选实例中采用的三相逆变器结构示意图；
图4为本发明的一优选实例中拔下B相电源线后的电机示意图；
图5为本发明的一优选实例中拔下C相电源线并通电后的电机内部磁场分布图；
图6为本发明的一优选实例中拔下B相电源线并通电后的电机内部磁场分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明所提供方法的优选实施例中，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤一、将连接好的三相永磁同步电机电源线中的C相电源线拔下，使电机内部AB相连接成为一条通路。此时，由图2可以看出，流过AB两相的电流大小相等,若A相电压高于B相电压，则电流将从A相流入、B相流出。因此，利用上述将C相电源线拔掉的操作，可通过AB端电压控制电机内部电流的方向，从而推出定子磁场的方向。
步骤二、保持三相逆变器的
Figure BDA0002768271630000022
与Sb开关处于常闭状态，同时控制
Figure BDA0002768271630000023
与Sa开关根据输入的PWM信号交替开启，使A相的电压始终高于B相，电流的方向为从A相到B相，且AB相上的电流大小相等，待电机停止运动后，记录此时位置传感器输出的角度值θ1。
该步骤二中，由于电机内部每相可近似于一个大电感，因此每相线内的电流不会发生突变。如图3所示，由于三相逆变器中仅接入了AB相，当A相电压va大于B相电压vb时，即逆变器的
Figure BDA0002768271630000031
与Sa开关开启，
Figure BDA0002768271630000032
与Sb开关关闭，电流将从A相流入并从B相流出，而且由于电感的作用，电流不会瞬间增大，因此在通电瞬间可保护逆变器不被烧毁。由于电机绕组的电阻较小，若一直通入持续的电压，即使是非常小的电压也会产生非常大的最终电流，同时，当逆变器的
Figure BDA0002768271630000033
Sa、
Figure BDA0002768271630000034
与Sb开关关均处于关闭状态时，由于电感内的电流不能突变，此时电流将流过
Figure BDA0002768271630000035
与Sb开关上并联的二极管，且由于脉宽调制时间间隔很小，电流大小可认为基本没有变化。因此，可以通过选择安全的PWM占空比，来限制回路内电流的大小，避免烧坏逆变器，而且回路内的电流大小可近似为一稳定的直流电，由此产生一稳定的定子磁场。由于AB两相的电流大小相等，由此形成的磁场强度大小也相等，如图5所示，可推断出此时的定子磁场方向，设此时磁场的方向与定子坐标系α轴的夹角为φ1。此时转子在磁场的作用下转到指定的角度，在转子停止运动后，记录此时的位置传感器对应的角度为θ1，故有θ1＝φ1+Δ。
步骤三、将三相永磁同步电机的C相电源线插回，拔下三相电机的B相电源线，使电机内部AC相连接成为一条通路。由图4可以看出：流过AC两相的电流大小相等,若A相电压高于C相电压，则电流将从A相流入、C相流出。因此，利用上述将B相电源线拔掉的操作，可通过AC端电压控制电机内部电流的方向，从而推出定子磁场的方向。
步骤四、保持三相逆变器的
Figure BDA0002768271630000036
与Sb开关处于常闭状态，同时控制
Figure BDA0002768271630000037
与Sa开关根据输入的PWM信号交替开启，使A相的电压始终高于C相，电流的方向为从A相到C相，且AC相上的电流大小相等，待电机停止运动后，记录此时位置传感器输出的角度值θ2。
该步骤四的操作与步骤二类似，也能够产生稳定的定子磁场，如图6所示，可推断出此时的定子磁场方向，此时磁场的方向与定子坐标系α轴的夹角为φ2，在转子停止运动后，记录此时的位置传感器对应的角度为θ2，故有θ2＝φ2+Δ，且由图6以及电流的关系易得φ1＝-φ2。
步骤五、由前述几个步骤中得到的各角度间的关系即可计算得到角度偏移量Δ为：
Figure BDA0002768271630000038
从而完成了电机无电流传感器的位置传感器初始位置标定工作。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种无电流传感器的永磁同步电机位置标定方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、将连接好的三相永磁同步电机电源线中的C相电源线拔下，使三相永磁同步电机内部AB相连接成为一条通路；
步骤二、在三相逆变器的六个功率开关Sa、Sb、Sc、
Figure FDA0003314972230000012
以及
Figure FDA0003314972230000013
中，首先保持
Figure FDA0003314972230000014
与Sb开关处于常闭状态，同时控制
Figure FDA0003314972230000015
与Sa开关根据输入的PWM信号交替开启，选择安全的PWM占空比来限制回路内电流的大小，由此产生一稳定的定子磁场，使A相的电压始终高于B相，电流的方向为从A相到B相，且AB相上的电流大小相等，形成的定子磁场强度大小也相等，可推断出此时的定子磁场方向，设此时定子磁场的方向与定子坐标系α轴的夹角为φ1，待三相永磁同步电机转子停止运动后，记录此时位置传感器输出的角度值θ1＝φ1+Δ；
步骤三、将三相永磁同步电机的C相电源线插回，拔下三相永磁同步电机的B相电源线，使三相永磁同步电机内部AC相连接成为一条通路；
步骤四、保持三相逆变器的
Figure FDA0003314972230000016
与Sb开关处于常闭状态，同时控制
Figure FDA0003314972230000017
与Sa开关根据输入的PWM信号交替开启，使A相的电压始终高于C相，电流的方向为从A相到C相，且AC相上的电流大小相等，也产生稳定的定子磁场，此时定子磁场的方向与定子坐标系α轴的夹角为φ2，待三相永磁同步电机转子停止运动后，记录此时位置传感器输出的角度值θ2＝φ2+Δ，且有φ1＝-φ2；
步骤五、由前两次位置传感器输出的角度值θ1和θ2进行处理可得角度偏移量Δ为：
Figure FDA0003314972230000011
将角度偏移量Δ与位置传感器的实际输出值做差即可得到三相永磁同步电机转子的真实角度值，完成了三相永磁同步电机无电流传感器的位置传感器初始位置标定工作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中和步骤三中分别拔下两相电源线的操作，能够帮助确定三相永磁同步电机内部的定子磁场方向。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二和步骤四中通过对开关状态组合的控制，使输入的电流近似为直流电，能够产生稳定的定子磁场，并且使转子旋转至固定的角度，以便于三相永磁同步电机初始位置的标定。
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