CN204408238U - 凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置，即本装置在电机高频注入法检测系统的基础上增加了取幅值模块、极性估算模块和比较补偿模块，clarke变换模块输出信号传输至取幅值模块输入端，取幅值模块输出端连接极性估算模块输入端，极性估算模块输出端连接比较补偿模块输入端，反正切变换模块输出的电机转子角度信号注入比较补偿模块，比较补偿模块输出电机转子带极性的角度信号。本装置基于电机高频注入法检测系统，利用定子铁芯饱和作用，在高频注入法检测转子初始位置的基础上进一步确定转子的磁极极性，得到电机转子的真实位置信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置。
背景技术
通常传统的基于高频注入法检测凸极永磁同步电机静止状态下转子位置时，检测系统控制框图如图1所示，其基于电机两相模型，在静止状态电机的绕组上注入的旋转高频电压信号 ，经PWM逆变器2后得到驱动信号驱动电机1，测量出电机1三相绕组中ab两相上的电流和，通过Clarke变换模块3将电机定子的三相模型转换为两相模型,将电机abc三相等效为正交的αβ两相，可以得到在αβ轴上的电流。
分析注入高频旋转电压信号之后得到的反馈电流，可知其负序分量中包含了转子的位置信息，满足方程：
式中和为反馈电流中电机正向旋转电流分量和反向旋转电流分量的幅值，为旋转高频电压信号角频率，t为运行时间， 为电机转子角度。
经同步轴高通滤波器4提取负序分量之后,由于旋转高频电压信号瞬时相角为已知量, 分离出电流在αβ轴上的分量之后可通过反正切变换模块5运算得到电机转子的角度。
但是由于以为周期变化，一个周期内会有两个稳定解，无法直接从中得到电机转子磁极的极性信息及电机转子的真实位置，还需进一步分析和运算，才可得到电机转子带极性的真实位置信息。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置，本装置基于电机高频注入法检测系统，利用定子铁芯饱和作用，在高频注入法检测转子初始位置的基础上进一步确定转子的磁极极性，得到电机转子的真实位置信息。
为解决上述技术问题，本实用新型凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置包括电机、PWM逆变器、clarke变换模块、同步轴高通滤波器和反正切变换模块，所述PWM逆变器输入端连接旋转高频电压信号、输出端连接所述电机，所述clarke变换模块采集所述电机的两相电流信号并且输出端连接所述同步轴高通滤波器的输入端，所述同步轴高通滤波器的输出端连接所述反正切变换模块的输入端，所述反正切变换模块注入旋转高频电压信号瞬时相角，所述反正切变换模块输出电机转子角度信号，本系统还包括取幅值模块、极性估算模块和比较补偿模块，所述clarke变换模块输出信号传输至所述取幅值模块输入端，所述取幅值模块输出端连接所述极性估算模块输入端，所述极性估算模块输出端连接所述比较补偿模块输入端，所述反正切变换模块输出的电机转子角度信号注入所述比较补偿模块，所述比较补偿模块输出电机转子带极性的角度信号。
由于本实用新型凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置采用了上述技术方案，即本装置在电机高频注入法检测系统的基础上增加了取幅值模块、极性估算模块和比较补偿模块，clarke变换模块输出信号传输至取幅值模块输入端，取幅值模块输出端连接极性估算模块输入端，极性估算模块输出端连接比较补偿模块输入端，反正切变换模块输出的电机转子角度信号注入比较补偿模块，比较补偿模块输出电机转子带极性的角度信号。本装置基于电机高频注入法检测系统，利用定子铁芯饱和作用，在高频注入法检测转子初始位置的基础上进一步确定转子的磁极极性，得到电机转子的真实位置信息。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：
图1为传统电机转子高频注入法检测系统的原理框图；
图2为本实用新型凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置原理框图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本实用新型凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置包括电机1、PWM逆变器2、clarke变换模块3、同步轴高通滤波器4和反正切变换模块5，所述PWM逆变器2输入端连接旋转高频电压信号、输出端连接所述电机1，所述clarke变换模块3采集所述电机1的两相电流信号并且输出端连接所述同步轴高通滤波器4的输入端，所述同步轴高通滤波器4的输出端连接所述反正切变换模块5的输入端，所述反正切变换模块5注入旋转高频电压信号瞬时相角，所述反正切变换模块5输出电机转子角度信号，本系统还包括取幅值模块6、极性估算模块7和比较补偿模块8，所述clarke变换模块3输出信号传输至所述取幅值模块6输入端，所述取幅值模块6输出端连接所述极性估算模块7输入端，所述极性估算模块7输出端连接所述比较补偿模块8输入端，所述反正切变换模块5输出的电机转子角度信号注入所述比较补偿模块8，所述比较补偿模块8输出电机转子带极性的角度信号。
本装置的各个模块可采用英飞凌TC1797主控芯片实现，其中三相电机经过Clarke变换模块得到电机的两相模型，由Clarke变换模块计算出电机稳定状态下一个旋转周期内的反馈电流，并由取幅值模块记录转子处于各个不同位置点时候对应的反馈电流幅值，极性估算模块将各个点的反馈电流幅值进行比较，如果幅值最大点的电机转子角度与反正切变换模块输出的电机转子角度之间的相差角度小于，说明反正切变换模块输出的电机转子角度就是实际的转子角度；如果两个角度差大于，则经过比较补偿模块给反正切变换模块输出的电机转子角度加上作为补偿，得到的值即为转子的实际角度。
本装置利用定子铁芯饱和作用最终确定电机转子的实际角度位置，在电机两相旋转坐标系中，不考虑定子铁芯饱和的情况下，定子磁链和定子电流为线性关系；但是在实际电机中，定子d轴电流对定子铁芯饱和程度有一定影响，当定子d轴电流产生的磁通方向与转子磁通方向一致时会加剧定子铁芯饱和程度，当定子d轴电流产生磁通方向与转子磁通方向相反时会减弱定子铁芯饱和程度。在定子绕组上施加高频旋转电压信号时，定子铁芯饱和程度的不同会导致电感值的变化，从而影响电流的响应。
当电机定子三相绕组合成电流矢量与转子d轴夹角为零时，绕组磁势起增磁作用，d轴磁路趋向饱和，电感值减小，电流较大；夹角为时，绕组磁势与转子磁势反向，起去磁作用，d轴磁路饱和度降低，电感值增大，电流较小。夹角为和时，绕组磁势单独作用在交轴上，不会使交轴磁路进入饱和状态，对电感值影响不大。
因此在一个周期内，当合成电流矢量方向与转子N极同向时，电流幅值达到最大；在整个周期内合成电流矢量的轨迹从不考虑饱和状态的椭圆变成了延长轴方向N极部分拉伸，S级部分收缩的形状。
在稳定状态下一个周期内，由clarke变换模块根据两相静止坐标系下的电流分量计算出合成电流幅值,由取幅值模块记录下转子各个点的电流幅值，极性估算模块将转子各个点的电流幅值进行比较，如果幅值最大点的转子角度与采用高频注入法确定的转子角度之间相差角度小于，则说明高频注入法确定的转子角度就是实际的转子角度；如果两个角度差大于，则通过比较补偿模块给高频注入法确定的转子角度加上作为补偿，得到的值即为转子的实际角度。
Claims (1)
1.一种凸极永磁同步电机静止状态下转子极性的检测装置，包括电机、PWM逆变器、clarke变换模块、同步轴高通滤波器和反正切变换模块，所述PWM逆变器输入端连接旋转高频电压信号、输出端连接所述电机，所述clarke变换模块采集所述电机的两相电流信号并且输出端连接所述同步轴高通滤波器的输入端，所述同步轴高通滤波器的输出端连接所述反正切变换模块的输入端，所述反正切变换模块注入旋转高频电压信号瞬时相角，所述反正切变换模块输出电机转子角度信号，其特征在于：本系统还包括取幅值模块、极性估算模块和比较补偿模块，所述clarke变换模块输出信号传输至所述取幅值模块输入端，所述取幅值模块输出端连接所述极性估算模块输入端，所述极性估算模块输出端连接所述比较补偿模块输入端，所述反正切变换模块输出的电机转子角度信号注入所述比较补偿模块，所述比较补偿模块输出电机转子带极性的角度信号。
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| CN107769633A (zh) * | 2016-08-22 | 2018-03-06 | 湖景创新有限公司 | 无传感器地确定无铁pmsm电机的转子的取向的方法 |
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