CN113271043B - 旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，包括：步骤一：获得旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差；步骤二：对于旋转变压器输入最大最小值的校正；步骤三：更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差。本发明对于旋转变压器转子的安装时间大为缩短，不需要通过机械键槽来严格限定旋转变压器的位置，也不需要要求旋转变压器角度正方向和永磁体一致，只需要通过自校正软件调试即可实现旋转变压器同永磁体角度偏差和方向的自校正，使得旋转变压器的选择和装配更为便捷化，从而减小加工和安装成本；使得角度偏差的测量更为准确，控制效率提升。

Description

旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法

技术领域

本发明涉及旋转变压器同永磁同步电机磁场定向控制技术领域，特别涉及旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法。

背景技术

参见图1，安装有旋转变压器的永磁同步电机在进行磁场定向控制(FOC)时，通过旋转变压器来解算永磁同步电机永磁体转子的电气角度，需要获取旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差。

第一，旋转变压器的转子和永磁同步电机的永磁体转子一般采用键槽过盈配合而限定偏差角的方案，这样对于出厂安装和后期更换都有很高的安装操作要求。一般而言，安装时键槽配合的机械公差在30-50μm之间，对于轴径较小且极数较多的永磁电机而言，其因安装带来的电气角度偏差可以达到几度到十几度不等(例如，轴径9.5mm，极数为16的永磁电机，机械和实际安装导致公差可能达到3-5°电气角)。对于永磁电机而言，会造成转矩无功电流的增加，增加电机的温升，降低电机的效率。

第二，用于进行电气角度解算的旋转变压器正弦余弦采样的包络线峰峰值都是出厂前固定的标定值，该峰峰值同旋转变压器定转子之间的气隙相关，如果现场更换有安装偏差或者旋转变压器单体差异导致气隙同标准值有偏差，就会造成采样的包络线峰峰值同标定值有偏差，这样使得采样包络线中点的直流偏置产生偏移，若不加以校正，就会导致解算的电气角度出现失真，无法遍历一些电气角度，进而也会影响到电气角度偏差的识别和校正。因此，为了校正旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差，需要对于采样的包络线峰峰值先进行校正，这样解算出来的角度再用于偏差的校正才能更加的准确。

参见图2至图6，旋转变压器由AC输入给转子侧的激励(R1-R2，V_r＝V_p×sinωt，其中，V_p为激励信号幅值，ω为激励信号角速度)，定子侧的正弦调幅(S1-S3，N_sin＝V_s×sinωt×sinθ，其中，V_s为激励信号耦合到定子侧的幅值，θ为旋转变压器转子角度)和余弦调幅(S2-S4，V_cos＝V_s×sinωt×cosθ)三组信号组成，其中，正弦调幅和余弦调幅信号是差分输入。通过移相电路和过零检测部可将调幅信号解调，提取出正弦和余弦的包络线(envelope)信号。通过角度解算部对于旋转变压器转子的电气角度进行解算。

一般而言，这两组包络线的峰峰值是出厂前标定的，这样可以直接获得包络线电压采集值与旋转变压器转子的电气角度之间的映射关系。就实际安装工况和旋转变压器单体差异而言，可能出现包络线峰峰值的偏移，这样会引起采样包络线中点的直流偏置的偏移。如果不加以校正，会影响解算算法中对于电气角度解算的精准性，可能会出现电气角度的失真(削顶/底，或者无法遍历一些电气角度从而会产生转矩脉动)。因此需要在解算之前进行正弦和余弦的包络线峰峰值的校正。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术所存在的不足而提供一种旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，其所设计的旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差的校正方法可对于该偏差角的准确测量，误差精度可小于2°电气角度，使得给定到磁场定向控制器的永磁同步电机的永磁体转子的电气角度更为准确，可以使得控制效率有效提升，同时可以减少转矩无功电流，使得电机系统和驱动系统的温升大为降低，使用寿命增强。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，包括如下步骤：

步骤一：获得旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差；

步骤二：对于旋转变压器输入最大最小值的校正；

步骤三：更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差。

在本发明的一个优选实施例中，步骤一中，所述旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差的具体步骤如下：

1.1)初始状态时，使用出厂标定的正弦和余弦包络线的峰峰值；

1.2)将永磁同步电机的永磁体转子分别定位到0°和一指定电气角，两次定位结束时分别记录解算的旋转变压器转子的角度；

1.3)旋转变压器输入信号检测：两次解算的旋转变压器转子的角度做差求绝对值乘以永磁同步电机的极对数和旋转变压器的极对数之比，得到解算出的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，若等效到永磁同步电机的永磁体转子侧两次解算的电气角度偏差在设定阈值之内，则认为旋转变压器输入信号是正确的，否则输出旋转变压器信号异常的故障信息，提示检查旋转变压器输入信号；

1.4)旋转变压器输入信号正确后，判断旋转变压器的转子正方向是否同永磁同步电机的永磁体转子正方向一致：判断步骤为：判断步骤1.3)计算的角度差的符号，如果为正，说明旋转变压器的转子正方向同永磁同步电机的永磁体转子正方向一致，旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差为永磁同步电机的永磁体转子定位到0°时的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，实际永磁同步电机的永磁体转子角度为解算等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度加上该偏差；如果为负，说明旋转变压器的转子正方向同永磁同步电机的永磁体转子正方向相反，旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差为永磁同步电机的永磁体转子定位到0°时的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，实际永磁同步电机的永磁体转子角度为解算等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度取负号加上该偏差。

在本发明的一个优选实施例中，步骤二中，所述对于旋转变压器输入最大最小值的校正的具体步骤是：

2.1)按照步骤一所述计算的旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差，获得永磁同步电机的永磁体转子的角度值，驱动永磁同步电机的永磁体转子在顺时针和逆时针方向各慢速转动一定圈数，其间捕捉正弦和余弦包络线的采样值；

2.2)对捕捉采样值进行滤波处理，滤除异常值；

2.3)更新正弦和余弦包络线峰峰值参数。

在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差的具体步骤是：

3.1)重复步骤1.2)和步骤1.3)；

3.2)依据步骤1.4)，更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差。

由于采用了如上的技术方案，本发明方便了旋转变压器的安装调试，无论是生产出厂调试还是使用过程中更换，对于旋转变压器的转子安装角度时间大为缩短，不需要通过机械键槽来严格限定旋转变压器的位置，也不需要要求旋转变压器的角度正方向和永磁同步电机的永磁体转子角度正方向一致，只需要通过自校正软件调试即可实现旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差和偏差方向的自校正，使得旋转变压器的选择和装配更为便捷化，从而减小加工和安装成本；同时对于旋转变压器角度解算的相关参数也在自校正流程中进行了校正，使得角度偏差的测量更为准确，控制效率提升。

附图说明

图1为使用旋转变压器的永磁同步电机控制部示意图。

图2为旋转变压器的等效示意图。

图3为激励信号示意图。

图4为正弦调幅信号示意图。

图5为余弦调幅信号示意图。

图6为角度解算框图。

图7为本发明旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。

参见图7，图中所述的一种旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，包括如下步骤：

步骤一：获得旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差，具体是：1.1)初始状态时，使用出厂标定的正弦和余弦包络线的峰峰值；

1.2)将永磁同步电机的永磁体转子分别定位到0°和一指定电气角，两次定位结束时分别记录解算的旋转变压器转子的角度；

1.3)旋转变压器输入信号检测：两次解算的旋转变压器转子的角度做差求绝对值乘以永磁同步电机的极对数和旋转变压器的极对数之比，得到解算出的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，若等效到永磁同步电机的永磁体转子侧两次解算的电气角度偏差在设定阈值之内，则认为旋转变压器输入信号是正确的，否则输出旋转变压器信号异常的故障信息，提示检查旋转变压器输入信号；

1.4)旋转变压器输入信号正确后，判断旋转变压器转子正方向是否同永磁同步电机的永磁体转子正方向一致：判断步骤为：判断步骤1.3)计算的角度差的符号，如果为正，说明旋转变压器的转子正方向同永磁同步电机的永磁体转子正方向一致，旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差为永磁同步电机的永磁体转子定位到0°时的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，实际永磁同步电机的永磁体转子电气角度为解算等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度加上该偏差；如果为负，说明旋转变压器的转子正方向同永磁同步电机的永磁体转子正方向相反，旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差为永磁同步电机的永磁体转子定位到0°时的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，实际永磁同步电机的永磁体转子角度为解算等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度取负号加上该偏差。

步骤二：对于旋转变压器输入最大最小值的校正，具体是：

2.1)按照步骤一所述计算的旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差，获得永磁同步电机的永磁体转子的角度值，驱动永磁同步电机的永磁体转子在顺时针和逆时针方向各慢速转动一定圈数，其间捕捉正弦和余弦包络线的采样值；

2.2)对捕捉采样值进行滤波处理，滤除异常值；

2.3)更新正弦和余弦包络线峰峰值参数。

步骤三：更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差，具体是：

3.1)重复步骤1.2)和步骤1.3)；

3.2)依据步骤1.4)，更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差。

Claims (3)

1.一种旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：获得旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差；

步骤二：对于旋转变压器输入最大最小值的校正；

步骤三：更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差；

步骤一中，所述获得旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差的具体步骤如下：

1.1)初始状态时，使用出厂标定的正弦和余弦包络线的峰峰值；

1.2)将永磁同步电机的永磁体转子分别定位到0°和一指定电气角，两次定位结束时分别记录解算的旋转变压器转子的角度；

1.3)旋转变压器输入信号检测：两次解算的旋转变压器转子的角度做差求绝对值乘以永磁同步电机的极对数和旋转变压器的极对数之比，得到解算出的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，若等效到永磁同步电机的永磁体转子侧两次解算的电气角度偏差在设定阈值之内，则认为旋转变压器输入信号是正确的，否则输出旋转变压器信号异常的故障信息，提示检查旋转变压器输入信号；

1.4)旋转变压器输入信号正确后，判断旋转变压器的转子正方向是否同永磁同步电机的永磁体转子正方向一致：判断步骤为：判断步骤1.3)计算的角度差的符号，如果为正，说明旋转变压器的转子正方向同永磁同步电机的永磁体转子正方向一致，旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差为永磁同步电机的永磁体转子定位到0°时的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，实际永磁同步电机的永磁体转子角度为解算等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度加上该偏差；如果为负，说明旋转变压器的转子正方向同永磁同步电机的永磁体转子正方向相反，旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差为永磁同步电机的永磁体转子定位到0°时的旋转变压器转子的电气角度等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的电气角度，实际永磁同步电机的永磁体转子电气角度为解算等效到永磁同步电机的永磁体转子侧的角度取负号加上该偏差。

2.根据权利要求1所述的一种旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，其特征在于：步骤二中，所述对于旋转变压器输入最大最小值的校正的具体步骤是：

2.1)按照步骤一所述计算的旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差，获得永磁同步电机的永磁体转子的角度值，驱动永磁同步电机的永磁体转子在顺时针和逆时针方向各慢速转动一定圈数，其间捕捉正弦和余弦包络线的采样值；

2.2)对捕捉采样值进行滤波处理，滤除异常值；

2.3)更新正弦和余弦包络线峰峰值参数。

3.根据权利要求2所述的一种旋转变压器转子同永磁同步电机转子角度偏差校正方法，其特征在于：步骤三中，所述更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差的具体步骤是：

3.1)重复步骤1.2)和步骤1.3)；

3.2)依据步骤1.4)，更新旋转变压器转子的电气零度角和永磁同步电机永磁体转子的电气零度角之间的偏差。

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