CN1808052A - 测量永磁同步电机的初始转子位置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量永磁同步电机的初始转子位置方法，是通过以下步骤实现的：包括通过采用给电机电枢绕组施加恒定电压空间矢量的步骤；还包括给电枢绕组施加等宽电压脉冲，用于判断初始转子磁极指向的步骤：施加第一个电压脉冲，A相上桥臂导通，B和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间A相电流为目的电流，即要检测A相电流峰值；依次类推，检测并计算各自的目的电流；比较三相绕组上的电流变化率，转子磁极轴线和电流变化率最大的那一相的轴线离得最近，并且方向和变化的电流方向一致；本发明的有益效果是：能确切地将初始转子的角度定在一定的范围内，从而提高转子初始位置判断的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机，尤其涉及测量该电机的初始转子位置方法。
背景技术
永磁同步电机初始转子位置判断的准确性直接关系到电机能否顺利起动，以及能否以最大转矩起动的问题。
现有的测量永磁同步电机的初始转子位置方法是通过采用给电机电枢绕组施加恒定电压空间矢量的步骤，在电机气隙内形成等效磁链圆，然后检测在各个矢量作用下对应的电枢电流，将相电流等效变换成为dq坐标系下的电流分量，比较在各个电压矢量作用下d轴电流的大小，最大电流对应的电压矢量所在的角度即为转子的初始位置角度。在该方法中，为了在施加电压空间矢量时不使电机转动，需要对电压空间矢量的施加顺序作出调整，即采取“一正一反”的矢量施加方法。“一正一反”即在施加了某一个矢量之后，接下来施加该矢量的反矢量。
由图1可见：在一个电周期内，分配12个电压空间矢量，每个矢量间隔角度为30°电角度；12个电压矢量具有相同的调制度。每个电压矢量施加一个开关周期，任何两个电压矢量之间需要关闭六只开关管若干开关周期。
具体施加方法如下：矢量1施加完之后，关闭六只开关管若干开关周期，然后施加矢量2，之后关闭六只开关管与前面同样的开关周期；接着，施加矢量3，接着关闭六只开关管若干周期，继续施加矢量4，如此依次类推，直到12个矢量施加完成。在每个电压矢量作用期间，需要检测电机两相的相电流幅值，并进行等效变换。12个电压矢量施加完毕之后，比较各自对应的dq坐标系下d轴方向的电流幅值大小，电流幅值最大的对应的矢量所在角度为初步得到的转子位置。
图2所示为转子位置继续进行精确判断时的电压矢量施加原理示意图。以上面一步判断得到的转子位置为θ角度为例说明。该步骤施加电压矢量的规则如下：施加的第一个电压矢量角度为(θ-15)电角度，接下来，关闭六只开关管若干开关周期，之后需要施加矢量2，该矢量为矢量1的反矢量，即其角度与(θ-15)相差180°电角度；矢量3的角度为θ，矢量4为矢量3的反矢量，矢量5的角度为(θ+15)，矢量6为矢量5的反矢量。依据从矢量1～矢量6的顺序依次施加，每个矢量施加一个开关周期，在每个矢量作用期间，检测电机相电流并进行等效变换，变换为dq坐标系下的电流值，并比较在d轴方向的电流值大小，六个电流值中最大的电流所在的矢量对应的角度即为得到的精度为15°电角度的转子位置角度。
依据如上的精确判断方法，在电流采样电路和软件条件允许的情况下，可以将电压矢量进一步进行细分，从而得到更高精确度的转子位置角度。
但是，这种方法应用于实际时，有时也会出现这样的问题：实际的角度是θ角，而通过上述的方法判断得到的结果也许是θ+180°或θ-180°，甚至可能是其他角度，这样即使有较精确的硬件电路和较复杂软件算法，由于基数θ是错的，也会有估计误差较大、甚至估计失败的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种测量永磁同步电机的初始转子位置方法，旨在解决上述的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：
本发明包括通过采用给电机电枢绕组施加恒定电压空间矢量的步骤；
还包括给电枢绕组施加等宽电压脉冲，用于判断初始转子磁极指向的步骤：
施加第一个电压脉冲，A相上桥臂导通，B和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间A相电流为目的电流，即要检测A相电流峰值；
施加第二个电压脉冲，A相下桥臂导通，B和C相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间A相电流为目的电流，但此时电流为负值；
施加第三个电压脉冲，B相上桥臂导通，A和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间B相电流为目的电流，即要检测B相电流峰值；
施加第四个电压脉冲，B相下桥臂导通，A和C相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间B相电流为目的电流，但此时电流为负值；
施加第五个电压脉冲，C相上桥臂导通，A和B相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间C相电流为目的电流，即要检测C相电流峰值；
施加第六个电压脉冲，C相下桥臂导通，A和B相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间C相电流为目的电流，但此时电流为负值；
检测并计算各自的目的电流；
比较三相绕组上的电流变化率，转子磁极轴线和电流变化率最大的那一相的轴线离得最近，并且方向和变化的电流方向一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能确切的将初始转子的角度定在一定的范围内，从而提高转子初始位置判断的准确性和可靠性。
附图说明
图1是现有的测量永磁同步电机的初始转子位置方法中施加电压空间矢量的顺序示意图；
图2是现有的测量永磁同步电机的初始转子位置方法中转子初始位置判断时，细分角度、精确判断的电压矢量施加顺序示意图；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明是通过以下步骤实现的：
本发明包括通过采用给电机电枢绕组施加恒定电压空间矢量的步骤；
还包括给电枢绕组施加等宽电压脉冲，用于判断初始转子磁极指向的步骤：
施加第一个电压脉冲，A相上桥臂导通，B和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间A相电流为目的电流，即要检测A相电流峰值；
施加第二个电压脉冲，A相下桥臂导通，B和C相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间A相电流为目的电流，但此时电流为负值；
施加第三个电压脉冲，B相上桥臂导通，A和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间B相电流为目的电流，即要检测B相电流峰值；
施加第四个电压脉冲，B相下桥臂导通，A和C相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间B相电流为目的电流，但此时电流为负值；
施加第五个电压脉冲，C相上桥臂导通，A和B相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间C相电流为目的电流，即要检测C相电流峰值；
施加第六个电压脉冲，C相下桥臂导通，A和B相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间C相电流为目的电流，但此时电流为负值；
检测并计算各自的目的电流；
比较三相绕组上的电流变化率，转子磁极轴线和电流变化率最大的那一相的轴线离得最近，并且方向和变化的电流方向一致。
以第一个脉冲为例说明，假设三相电流中，A相电流的变化率最大且为负值，则可以判断转子磁极轴线和A相绕组轴线离得最近，且磁极指向为A相绕组轴线的负方向。结合图1可知，A相绕组轴线负方向区域包含的角度应该在-150°～210°之间，如果以12个矢量为例，则包含了矢量11，矢量2，矢量4。因此，如果得到的转子的精确位置在该区域之间，说明转子位置的判断角度是正确的，如果不是，则说明判断有误。
表1是等宽电压脉冲施加的规则：
| 电压脉冲顺序 | 规则S(ABC) | 目的电流 | 所在区域包含电压空间矢量 |
| 1 | 100 | iA+ | A+：12，1，3 |
| 2 | 011 | iA- | A-：11，2，4 |
| 3 | 010 | iB+ | B+：7，9，11 |
| 4 | 101 | -iB- | B-：8，10，12 |
| 5 | 001 | iC+＝(iA+iB) | C+：4，6，8 |
| 6 | 110 | iC-＝(iA+iB) | C-：3，5，7 |
本发明依靠给电枢绕组依次施加等宽电压脉冲，测量每相绕组的正电流和负电流，通过比较其电流变化率和正负来判断转子磁极的具体指向，提高判断的可靠性和准确性，降低判断失败的可能性。
Claims (1)
1.一种测量永磁同步电机的初始转子位置方法，是通过以下步骤实现的：
包括通过采用给电机电枢绕组施加恒定电压空间矢量的步骤；其特征在于还包括给电枢绕组施加等宽电压脉冲，用于判断初始转子磁极指向的步骤：
施加第一个电压脉冲，A相上桥臂导通，B和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间A相电流为目的电流，即要检测A相电流峰值；
施加第二个电压脉冲，A相下桥臂导通，B和C相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间A相电流为目的电流，但此时电流为负值；
施加第三个电压脉冲，B相上桥臂导通，A和C相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间B相电流为目的电流，即要检测B相电流峰值；
施加第四个电压脉冲，B相下桥臂导通，A和C相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间B相电流为目的电流，但此时电流为负值；
施加第五个电压脉冲，C相上桥臂导通，A和B相下桥臂导通，三者导通宽度相等，导通期间C相电流为目的电流，即要检测C相电流峰值；
施加第六个电压脉冲，C相下桥臂导通，A和B相上桥臂导通，三者导通宽度相等且和第一个脉冲的宽度也相等，导通期间C相电流为目的电流，但此时电流为负值；
检测并计算各自的目的电流；
比较三相绕组上的电流变化率，转子磁极轴线和电流变化率最大的那一相的轴线离得最近，并且方向和变化的电流方向一致。
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