CN205584055U - 识别三相永磁同步电机转子零位电路 - Google Patents

Abstract

一种识别三相永磁同步电机转子零位电路，包括第一检测电路和第二检测电路，第一检测电路与第二检测电路并联于电机的B相和C相绕组端；其中第一检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2和第一光耦T1构成；第二检测电路由第三电阻R3、第四电阻R4和第二光耦T2构成。本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路可以依靠控制器自动识别出电机定转子相对位置。避免了电机下线测试时复杂的台架测试工作，也可以直接在电机系统产品上实现电机零位位置的自适应矫正。

Description

识别三相永磁同步电机转子零位电路

技术领域

本实用新型涉及电学领域，尤其涉及同步电机，特别是一种识别三相永磁同步电机转子零位电路。

背景技术

目前三相永磁同步电机凭借其高效率，高功率密度等优点越来越被广泛应用，但永磁同步电机必须依靠矢量控制才能充分发挥各项性能指标。控制器与永磁同步电机匹配时必须依靠其软硬件通过电机位置传感器识别定转子的相对位置才能准确控制。但电机的零部件数量多，且批量生产时电机各零部件加工误差导致了位置传感器的初始位置角度(本文称为电机零位)的一致性无法满足电机系统的控制精度要求。

为了解决这个问题，目前国内外通用的方法是在完成电机的安装后对旋变的安装角度进行逐个旋转矫正，但该工序需要在电机的台架上进行，这样的调试工序大量增加了人工成本和降低了生产线的生产效率。此外还需要将位置传感器设计成可旋转式固定，增加了材料成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可自动识别出电机定转子相对位置的识别三相永磁同步电机转子零位电路。

为解决上述技术问题，本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路，包括第一检测电路和第二检测电路，第一检测电路与第二检测电路并联于电机的B相和C相绕组端；其中第一检测电路由第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一光耦T1构成；第一光耦T1的发射极接地，第一电阻器R1的一端与第一光耦T1的集电极连接，第一电阻器R1的另一端与电源Vcc连接，第一光耦T1的正极与电机的C相绕组端连接，第二电阻器R2的一端与第一光耦T1的负极连接，第二电阻器R2的另一端与电机的B相绕组端连接；低电平输出端子VL设置在第一电阻器R1与第一光耦T1集电极的连接处，主控芯片的I/O口与低电平输出端子VL连接；第二检测电路由第三电阻器R3、第四电阻器R4和第二光耦T2构成；第二光耦T2的发射极接地，第四电阻器R4的一端与第二光耦T2的集电极连接，第四电阻器R4的另一端与电源Vcc连接，第二光耦T2的正极与电机的B相绕组端连接，第三电阻器R3的一端与第二光耦T2的负极连接，第三电阻器R3的另一端与电机的C相绕组端连接；高电平输出端子VH设置在第四电阻器R4与第二光耦T2集电极的连接处，主控芯片的I/O口与高电平输出端子VH连接。

本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路可以依靠控制器自动识别出电机定转子相对位置。避免了电机下线测试时复杂的台架测试工作，也可以直接在电机系统产品上实现电机零位位置的自适应矫正。

附图说明

图1为本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路原理图；

图2为本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路各点电势对照分析波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型识别三相永磁同步电机转子零位电路，包括第一检测电路和第二检测电路，第一检测电路与第二检测电路并联于电机的B相和C相绕组端；其中第一检测电路由第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一光耦T1构成；第一光耦T1的发射极接地，第一电阻器R1的一端与第一光耦T1的集电极连接，第一电阻器R1的另一端与电源Vcc连接，第一光耦T1的正极与电机的C相绕组端连接，第二电阻器R2的一端与第一光耦T1的负极连接，第二电阻器R2的另一端与电机的B相绕组端连接；低电平输出端子VL设置在第一电阻器R1与第一光耦T1集电极的连接处，主控芯片的I/O口与低电平输出端子VL连接；第二检测电路由第三电阻器R3、第四电阻器R4和第二光耦T2构成；第二光耦T2的发射极接地，第四电阻器R4的一端与第二光耦T2的集电极连接，第四电阻器R4的另一端与电源Vcc连接，第二光耦T2的正极与电机的B相绕组端连接，第三电阻器R3的一端与第二光耦T2的负极连接，第三电阻器R3的另一端与电机的C相绕组端连接；高电平输出端子VH设置在第四电阻器R4与第二光耦T2集电极的连接处，主控芯片的I/O口与高电平输出端子VH连接。

具体原理为：

三相同次同步电机匀速运行时，三相绕组内部感应出三相反电势电压(如附图2正弦波所示)。其中

E_A＝E₀×SIN(ωt)

$E_B=E_0\×SIN(\mathrm{\ω}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

$E_C=E_0\×SIN(\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

通过计算得出结论：当B、C两相绕组间的电压相等时，A相绕组的反电势为峰值，其中B相反电势高于C相向低于C相过度瞬间A相反电势为负幅值；B相反电势低于C相向高于C相过度瞬间A相反电势为正幅值。当电机A相绕组发出正幅值反电势时，可以判断电机旋变所检测到的位置应该为0°电角度，当电机A相绕组发出负幅值反电势时，可以判断电机旋变所检测到的位置应该为180°电角度。在明确了电机定转子相对位置后，通过读取不同电机旋变角度位置，可以计算出电机的零位误差。

图2中时间t1和t2相差反电势波形的半个周期，t1为A相反电势达到正峰值时刻，t2为A相反电势达到负峰值时刻，随反电势变化主控芯片可以采集到如图2所示的VL、VH波形。

当由0时刻接近t1的过程，C相反电势E_C由高于B相反电势E_B，向C相反电势E_C低于B相反电势E_B。

一开始，E_C减去E_B高于光耦内部发光二极管的导通电压时，第一光耦T1内部发光二极管工作，第一光耦T1处于导通状态，那么VL点工作电压等于光耦管压降低至电压(≤0.3V)，主控芯片显示VL为低电平状态。此时第二光耦T2内部发光二极管所受电压与第一光耦T1相反，处于反向电压偏置状态，那么第二光耦T2处于截止状态，VH点的电压等于VCC，主控芯片判断VH为高电平状态。

随着时间推移，E_C减去E_B的绝对值低于光耦内部发光二极管的导通电压瞬间，第一光耦T1由导通状态转变为关闭状态，第一光耦T1关闭后，VL电压升至VCC，主控芯片判断VL有低电平跳变为高电平。第二光耦T2保持截止状态，主控芯片判断VH维持高电平。

时间再往后推移，E_B减去E_C的高于光耦内部发光二极管的导通电压瞬间，第一光耦T1的发光二极管处于反向偏置，因此第一光耦T1保持截止状态，主控芯片判断VL为持续低电平；第二光耦T2由截止状态转变为导通状态，第二光耦T2导通后，VH电压降至电压(≤0.3V)，主控芯片判断VH由高电平跳变为低电平。

当时间接近t2的过程，C相反电势E_C由低于B相反电势E_B，向C相反电势E_C高于于B相反电势E_B。

一开始，E_B减去E_C高于光耦内部发光二极管的导通电压时，第二光耦T2内部发光二极管工作，第二光耦T2处于导通状态，那么VH点工作电压等于光耦管压降低至电压(≤0.3V)，主控芯片显示VH为低电平状态。此时第一光耦T1内部发光二极管，处于反向电压偏置状态，那么第一光耦T1处于截止状态，VL点的电压等于VCC，主控芯片判断VL为高电平状态。

随着时间推移，E_B减去E_C的绝对值低于光耦内部发光二极管的导通电压瞬间，第二光耦T2由导通状态转变为关闭状态，第二光耦T2关闭后，VH电压升至VCC，主控芯片判断VH有低电平跳变为高电平。第一光耦T1保持截止状态，主控芯片判断VL维持高电平。

时间再往后推移，E_C减去E_B的高于光耦内部发光二极管的导通电压瞬间，第二光耦T2的发光二极管处于反向偏置，因此第二光耦T2保持截止状态，主控芯片判断VH为持续低电平；第一光耦T1由截止状态转变为导通状态，第一光耦T1导通后，VL电压降至电压(≤0.3V)，主控芯片判断VL由高电平跳变为低电平。

电机匀速旋转，第一光耦T1和第二光耦T2的参数相同的条件下，VL上升沿和VH下降沿之间的时间差等于VL下降沿和VH上升沿之间的时间差为(定义为Δt1)，那么VL跳变上升沿时刻加上Δt/2时刻即可判断为A相反电势处于正峰值时刻，VH跳变上升沿时刻加上Δt/2时刻即可判断为A相反电势处于负峰值时刻。

软件上将A相绕组处于正(负)峰值的时刻和对应时刻的旋变位置值进行对比即可计算出电机旋变的零位偏差。

理想情况下(忽略光耦发光二极管的导通电压值)，随着三相绕组反电势的交替变化检测电路输出端子可以输出对称的方波波形，其中电机A相绕组发出反幅值反电势时，VL由高电平向低电平跳变，VH由低电平向高电平跳变；电机A相绕组发出正幅值反电势时，VL由低电平向高电平跳变，VH由高电平向低电平跳变，主控芯片可根据任意一个信号的电平变化就可以检测电机位置传感器零位误差。

在实际电路中，光耦发光二极管的导通电压值需要一定数量的电压降，而电机在低速运行时反电势较低，导致VL和VG端子输出波形的低电平变窄，高电平变宽(如附图2所示)。这种情况下，直接采集单个信号来判断零位必然存在较大误差。但若VL和VG的电平跳变时间都被采集，那么电机A相绕组出现幅值反电势的时间仅需补偿两电平跳变时间差一半同样可以精确检测出电机位置传感器的零位偏差。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (1)

1.一种识别三相永磁同步电机转子零位电路，包括第一检测电路和第二检测电路，第一检测电路与第二检测电路并联于电机的B相和C相绕组端，其特征在于：第一检测电路由第一电阻器R1、第二电阻器R2和第一光耦T1构成；第一光耦T1的发射极接地，第一电阻器R1的一端与第一光耦T1的集电极连接，第一电阻器R1的另一端与电源Vcc连接，第一光耦T1的正极与电机的C相绕组端连接，第二电阻器R2的一端与第一光耦T1的负极连接，第二电阻器R2的另一端与电机的B相绕组端连接；低电平输出端子VL设置在第一电阻器R1与第一光耦T1集电极的连接处，主控芯片的I/O口与低电平输出端子VL连接；第二检测电路由第三电阻器R3、第四电阻器R4和第二光耦T2构成；第二光耦T2的发射极接地，第四电阻器R4的一端与第二光耦T2的集电极连接，第四电阻器R4的另一端与电源Vcc连接，第二光耦T2的正极与电机的B相绕组端连接，第三电阻器R3的一端与第二光耦T2的负极连接，第三电阻器R3的另一端与电机的C相绕组端连接；高电平输出端子VH设置在第四电阻器R4与第二光耦T2集电极的连接处，主控芯片的I/O口与高电平输出端子VH连接。