CN113328670B - 一种永磁电机旋转变压器零位调整方法 - Google Patents

一种永磁电机旋转变压器零位调整方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种永磁电机旋转变压器零位调整方法，包括上位机通过CAN总线向电机控制器发送旋变调零指令；电机控制器以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为0°；比较电机A相绕组电流和旋变调零电流指令，直到A相绕组电流Ia等于旋变调零电流指令，此时的d轴指令电压为固定值ud0；读取旋变数字量，手动调节旋变定子；上位机发送电机定位角度为120；读取转子位置角为120°的旋转数字量；转子位置角指令为240°；读取转子位置角为240°的旋转数字量Ang240；调零结束。本申请提供的永磁电机旋转变压器零位调整方法能够解决高母线电压下旋变调零问题；在旋变调零过程中同步解决了电机的相序检测和旋变接线检测问题。

Description

一种永磁电机旋转变压器零位调整方法
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁电机旋转变压器零位调整方法。
背景技术
永磁电机由于电机效率高、功率密度大，成为电动汽车领域的主流驱动电机，永磁电机的高质量控制需要准确地检测转子电器角度。旋转变压器简称旋变，是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。
永磁伺服电机使用旋变等角度传感器的原因是为了进行矢量控制，让定子绕组产生的电磁场始终与转子永磁场正交，从而得到最佳的输出效果。要达到这一特性，需要准确得到当前电机的转子位置状态。为便于精确获得电机转子的位置和转速，作为位置检测元件的旋转变压器在安装时要准确定位其零位。现有技术在低压下实现旋变调零，高压旋变调零未见报道；在旋变调零过程中，未对电机相序和旋变接线进行检测，同时存在准确性、通用性和安全性问题。
发明内容
本申请提出一种永磁电机旋转变压器零位调整方法，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本申请公开了以下技术方案：
一种永磁电机旋转变压器零位调整方法，所述方法包括以下步骤：
S1：上位机通过CAN总线向电机控制器发送旋变调零指令、电机定位角度、旋变调零电流指令和电流保护阈值；
S2：电机控制器接收到旋变调零指令，以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为0°；
S3：比较电机A相绕组电流和旋变调零电流指令，若A相绕组电流小于旋变调零电流指令，则继续以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，若A相绕组电流大于旋变调零电流指令，则以0.0001为步进减小d轴指令电压ud，直到A相绕组电流Ia等于旋变调零电流指令，此时的d轴指令电压为固定值ud0；
S4：读取旋变数字量，手动调节旋变定子，使读取的旋变数字量为一固定值，该值的大小依赖于电机极对数和旋变极对数的比值；
S5：上位机发送电机定位角度为120°，控制器中d轴指令电压为ud0，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为120°；
S6：读取转子位置角为120°的旋转数字量Ang120，
若Ang120和43690接近，表明旋变接线错误；
若Ang120和21845相差600以上，表明旋变定位不准确，增大旋变调零电流指令，然后跳转至S2；
否则执行S7；
S7：上位机发送电机定位角度为240°，控制器中d轴指令电压为ud0，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为240°；
S8：读取转子位置角为240°的旋转数字量Ang240，
若Ang240和21845接近，表明旋变接线错误；
若Ang240和43690相差600以上，表明旋变定位不准确，增大旋变调零电流指令，然后跳转至S2；
否则执行S9。
S9：上位机关闭旋变调零，旋变调零结束。
优选地，所述步骤S2后还包括步骤S21：电机相序检测，观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流(Ia，Ib，Ic)均为直流量，且满足关系Ia＝-2Ib＝-2Ic，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错；
优选地，所述步骤S5后还包括步骤S51：电机相序检测，观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流(Ia，Ib，Ic)均为直流量，且满足关系Ib＝-2Ia＝-2Ic，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错；
优选地，所述步骤S7后还包括步骤S71：电机相序检测，观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流(Ia，Ib，Ic)均为直流量，且满足关系Ic＝-2Ib＝-2Ia，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错。
本申请所采用的一种永磁电机旋转变压器零位调整方法，通过上述技术方案，与现有技术相比，本申请取得以下技术效果；通过循环执行增加定位电流故该方案有较宽的电压工作范围，解决高母线电压下旋变调零问题；在旋变调零过程中同步解决了电机的相序检测和旋变接线检测问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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中记载的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种永磁电机旋转变压器零位调整的工作原理图；
图2为本申请实施例提供的一种永磁电机旋转变压器零位调整方法的流程图。
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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
旋转变压器包括旋变转子、旋变定子，旋变转子套设在电机转子上，旋变转子固定在电机转子上，与电机转子同轴，因此，通过直流电源给永磁同步电机某两相绕组通大电流直流电，可以吸合电机转子和旋变转子固定到恒定位置，即固定到永磁电机的零位位置。
具体参见图1，本申请提供一种永磁电机旋转变压器零位调整的工作原理图，上位机通过CAN设备将指令下发至电机控制器，电机控制器通过PWM控制实现将直流电逆变为三相交流电供给电机，电机控制器实时采集电机内转子位置角θ及电机三相绕组的电流Ia，Ib和Ic，通过旋变数字转换器(RDC)读取电子转子位置的旋变数字量。
本申请的调零原理为直流制动法，具体的原理为，通过电机控制器产生固定方向和大小的电压矢量，从而在电机三相绕组中产生大小和相位恒定的直流电流，电机绕组中的电流产生大小和方向固定的定子电流矢量，定子电流矢量和转子永磁磁链相互作用，产生电磁转矩，将转子拉到电机A相绕组轴线处，此时实际的电机转子位置角为零度。先对电机绕组通一低压直流电，例如A相接正，B相或B、C相接负，电机转子会被拉倒一个固定位置，此时电机转子理论上与A相绕组周线重合，转子理论电机转子位置角为0°。
在DQ坐标系中，电流矢量(Id，Iq)和电机三相绕组电流(Ia，Ib，Ic)、转子位置角θ之间的变换关系如下式所示：
Figure BDA0003060455370000051
参见图2，一种永磁电机旋转变压器零位调整方法，包括：
(1)上位机通过CAN总线向电机控制器发送旋变调零指令、电机定位角度、旋变调零电流指令和电流保护阈值；
(2)控制器接收到旋变调零指令，以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令θ为0°；
此时电机接通Id＝IN，Iq＝0，转子位置角θ＝0的矢量电压，三相电流状态为Ia＝(2/3)IN，Ib＝Ic＝-(1/3)IN，即Ia＝-2Ib＝-2Ic，电机永磁体在电枢磁场效应下转到与A相绕组轴线、d轴和α轴三轴重合的位置，此时电机的电流表征为电流从A相进电机从B、C相出电机；
观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流均为直流量，且满足关系Ia＝-2Ib＝-2Ic，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错；
(3)比较A相绕组电流和旋变调零电流指令，若A相绕组电流小于旋变调零电流指令，则继续以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，若A相绕组电流大于旋变调零电流指令，则以0.0001为步进减小d轴指令电压ud，直到A相绕组电流Ia等于旋变调零电流指令，此时的d轴指令电压为固定值ud0；
(4)读取旋变数字量，通过手动调节旋变定子，使读取的旋变数字量为一固定值，该值的大小依赖于电机极对数和旋变极对数的比值；
(5)上位机发送电机定位角度为120°，控制器中d轴指令电压为ud0，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令θ为120°；
此时电机接通Id＝IN，Iq＝0，转子位置角θ＝120°的矢量电压，三相电流状态为Ib＝(2/3)IN，Ia＝Ic＝-(1/3)IN，即Ib＝-2Ia＝-2Ic，电机永磁体在电枢磁场效应下转到与B相绕组轴线、d轴和α轴三轴重合的位置，此时电机的电流表征为电流从B相进电机从A、C相出电机；
观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流均为直流量，且满足关系Ib＝-2Ia＝-2Ic，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错；
(6)读取转子位置角为120°的旋变数字量Ang120，转子位置角为360°时对应的旋变数字量为65535，定位转子位置角120°时对应的数字量理论上为21845，定位转子位置角240°时对应的数字量理论上为43690，若Ang120和43690接近，表明旋变接线错误；
若Ang120和21845相差600以上，表明旋变定位不准确，可增大旋变调零电流指令，然后重新从(2)开始；否则执行(7)；
(7)上位机发送电机定位角度为240°，控制器中d轴指令电压为ud0，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令θ为240°；
此时电机接通Id＝IN，Iq＝0，转子位置角θ＝240°的矢量电压，三相电流状态为Ic＝(2/3)IN，Ia＝Ib＝-(1/3)IN，即Ic＝-2Ib＝-2Ia，电机永磁体在电枢磁场效应下转到与C相绕组轴线、d轴和α轴三轴重合的位置，此时电机的电流表征为电流从C相进电机从A、B相出电机；
观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流均为直流量，且满足关系Ic＝-2Ib＝-2Ia，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错；
(8)读取转子位置角为240°的旋转数字量Ang240，若Ang240和21845接近，表明旋变接线错误，若Ang240和43690相差600以上，表明旋变定位不准确，可增大旋变调零电流指令，然后重新从(2)开始；
(9)上位机关闭旋变调零，旋变调零结束。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种永磁电机旋转变压器零位调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：上位机通过CAN总线向电机控制器发送旋变调零指令、电机定位角度、旋变调零电流指令和电流保护阈值；
S2：所述电机控制器接收到旋变调零指令，以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为0°；
S3：比较电机A相绕组电流和旋变调零电流指令，若A相绕组电流小于旋变调零电流指令，则继续以0.0001为步进增大d轴指令电压ud，若A相绕组电流大于旋变调零电流指令，则以0.0001为步进减小d轴指令电压ud，直到A相绕组电流Ia等于旋变调零电流指令，此时的d轴指令电压为固定值ud0；
S4：读取旋变数字量，手动调节旋变定子，使读取的旋变数字量为一固定值；
S5：上位机发送电机定位角度为120°，所述电机控制器中d轴指令电压为ud0，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为120°；
S6：读取转子位置角为120°的旋转数字量Ang120，
若Ang120和43690接近，表明旋变接线错误；
若Ang120和21845相差600以上，表明旋变定位不准确，增大旋变调零电流指令，然后跳转至S2；
执行S7；
S7：上位机发送电机定位角度为240°，所述电机控制器中d轴指令电压为ud0，q轴指令电压uq为零，转子位置角指令为240°；
S8：读取转子位置角为240°的旋转数字量Ang240，
若Ang240和21845接近，表明旋变接线错误；
若Ang240和43690相差600以上，表明旋变定位不准确，增大旋变调零电流指令，然后跳转至S2；
执行S9；
S9：上位机关闭旋变调零，旋变调零结束。
2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2后还包括：步骤S21：电机相序检测，观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流(Ia，Ib，Ic)均为直流量，且满足关系Ia＝-2Ib＝-2Ic，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错。
3.一种如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S5后还包括：步骤S51：电机相序检测，观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流(Ia，Ib，Ic)均为直流量，且满足关系Ib＝-2Ia＝-2Ic，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错。
4.一种如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S7后还包括：
步骤S71：电机相序检测，观测电机三相绕组的电流，三相绕组的电流(Ia，Ib，Ic)均为直流量，且满足关系Ic＝-2Ib＝-2Ia，若三相电流不满足此关系，表明三相相序接错。
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