TW202118218A - 估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法 - Google Patents

估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202118218A
TW202118218A TW108137993A TW108137993A TW202118218A TW 202118218 A TW202118218 A TW 202118218A TW 108137993 A TW108137993 A TW 108137993A TW 108137993 A TW108137993 A TW 108137993A TW 202118218 A TW202118218 A TW 202118218A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
inductance
motor
permanent magnet
magnet synchronous
equivalent
Prior art date
Application number
TW108137993A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI720657B (zh
Inventor
蔡明祺
謝庭鐘
鄭隆傑
吳耀昇
吳俊儒
Original Assignee
台達電子工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台達電子工業股份有限公司 filed Critical 台達電子工業股份有限公司
Priority to TW108137993A priority Critical patent/TWI720657B/zh
Priority to US17/077,669 priority patent/US11821952B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI720657B publication Critical patent/TWI720657B/zh
Publication of TW202118218A publication Critical patent/TW202118218A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/16—Estimation of constants, e.g. the rotor time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611—Measuring inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

一種估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，包括下列步驟：利用將三相繞組導通其中兩相、關閉另一相，且將轉子鎖住的方式而建構等效馬達控制方塊。將反電動勢觀測器併入直流馬達控制方塊，且令直流馬達控制方塊的角速度為零，使得直流馬達控制方塊對應反電動勢觀測器。將等效馬達控制方塊帶入直流馬達控制方塊，且利用反電動勢觀測器估測反電動勢，重複前述操作輪流關閉一相進而分別求得三組馬達等效電感。將三組馬達等效電感帶入電感關係式而求得d-q軸電感。

Description

估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法
本發明係有關一種估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，尤指一種利用反電動勢觀測器，且利用導通三相繞組中的兩相、關閉另一相，且將轉子鎖住而求得d-q軸電感的方法。
永磁同步馬達（permanent-magnet synchronous motor；PMSM）是指一種轉子用永久磁鐵代替繞線的同步馬達，其轉子包含有一塊或多塊的永久磁鐵。由於永磁同步馬達採用永久磁鐵勵磁，因此具有效率高、功率因數高、啟動轉矩大、體積小及重量輕…等的主要特點。其中，現有永磁同步馬達的電感量測方法，需將馬達鎖在特定的電氣角度，並導通馬達三相中的任兩相繞組(等效電路如圖1所示)，再利用電路學阻抗的概念求出等效電感。然後，再利用等效電感求得d-q軸電感。
由於現有的電感量測方法，需精準地將轉子鎖在特定的電氣角度，或是在固定的電氣角度的附近進行多次量測後取平均值，才能獲得d-q軸的電感資訊。上述的電感量測方法，會造成量測電感的步驟與程序較為繁雜，且電氣角度的精確度會直接影響估測電感的準確度。
因此，如何設計出一種估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法，例如利用一般用來估測馬達的反電動勢、轉子速度或位置的反電動勢觀測器(back EMF observer)及搭配數學推導來精確地估得馬達的d-q軸電感的方法，乃為本案發明人所欲行研究的重要課題。
為了解決上述問題，本發明係提供一種估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明的永磁同步馬達包括轉子與定子，定子具有三相繞組，且估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法包括下列步驟：(S100)將永磁同步馬達的轉子鎖住，且將三相繞組的其中一相關閉，以及將相電源提供至三相繞組的另外兩相而建構等效馬達控制方塊，等效馬達控制方塊包括一組對應的等效馬達電感。(S120)將反電動勢觀測器併入直流馬達控制方塊。(S140)令直流馬達控制方塊的角速度為零，使得直流馬達控制方塊對應反電動勢觀測器。(S160)將等效馬達控制方塊帶入直流馬達控制方塊，使得等效馬達控制方塊對應反電動勢觀測器，且利用反電動勢觀測器估測反電動勢而求得三相繞組其中一相關閉時的等效馬達電感。(S180)重複前述步驟(S100)至(S160)，輪流將三相繞組的另外兩相關閉而分別求得另外兩相關閉時另外兩組對應的等效馬達電感。及(S200)將求得的三組等效馬達電感帶入電感關係式而求得d-q軸電感。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參閱圖2為本發明永磁同步馬達的三相繞組電路圖。永磁同步馬達包括轉子與定子100，轉子包括永久磁鐵，且定子100包括三相繞組(a、b、c)。每相繞組包括電阻(
Figure 02_image001
、
Figure 02_image003
、
Figure 02_image005
)與電感(
Figure 02_image007
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
)，且每相的電感(
Figure 02_image013
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
)與鄰近的電感具有互感(
Figure 02_image013
、
Figure 02_image015
、
Figure 02_image017
)。本發明主要方法在於，三相繞組(a、b、c)採用導通三相的其中兩相、關閉另一相且將轉子鎖住的方式，來估測永磁同步馬達的d-q軸電感。因此在轉子的角速度等於零，且三相繞組電路採用導通兩相、關閉一相的方式可得到下述方程式(假設永磁同步馬達為三相平衡的繞組)：
Figure 02_image019
……(式1)。
其中，
Figure 02_image021
為導通兩相的相電源(意即，導通a、b相的
Figure 02_image023
即為
Figure 02_image023
，依此類推)，
Figure 02_image025
為流過導通兩相的電流(圖2以導通a、b相繞組，使電流
Figure 02_image027
流過a、b相繞組為例)，
Figure 02_image027
為每相電阻(假設
Figure 02_image029
=
Figure 02_image001
=
Figure 02_image003
，導通a、b相的電阻即為
Figure 02_image005
+
Figure 02_image001
=
Figure 02_image003
)。上述式1可用方塊呈現(如圖3A所示)，且圖3A的方塊圖即為本發明永磁同步馬達兩相導通的等效馬達控制方塊。其中，
Figure 02_image031
為等效馬達電感(意即，
Figure 02_image033
，且導通a、b相的
Figure 02_image035
即為
Figure 02_image037
，依此類推)。
Figure 02_image039
為等效馬達電阻，且等效馬達電阻在此即為
Figure 02_image041
。
由於永磁同步馬達和直流馬達(意即，直流無刷馬達)的轉子都是永久磁鐵組成，其差異主要在磁通及反電動勢（back EMF）的分布，永磁同步馬達的反電動勢為弦波，而直流無刷馬達的反電動勢為接近方波的梯形波。因此永磁同步馬達雖然為三相交流馬達，但其導通其中兩相、關閉另一相且將轉子鎖住的方式的效果，恰巧等同於直流馬達將轉子鎖住的控制方塊，因此永磁同步馬達的控制方塊在此特定條件下可帶入直流馬達的控制方塊。首先，本發明的直流馬達的控制方塊圖如圖3B所示。上述直流馬達的控制方塊加入反電動勢觀測器(back EMF observer)的控制方塊可表示成如圖3C所示的直流馬達控制方塊圖。
然後，令轉子的一角速度為零(
Figure 02_image031
)(代表直流馬達的轉子鎖住)，使得參數
Figure 02_image043
、
Figure 02_image045
及
Figure 02_image047
的路徑消失。因此，角速度路徑消失的直流馬達控制方塊併入反電動勢觀測器的控制方塊，可表示成如圖3D所示在角速度為零時的直流馬達控制方塊圖。其中，S 為Laplace微分符號、J 為慣量而B 為阻尼常數。由上述控制方塊可看出，直流馬達的電感
Figure 02_image049
對應反電動勢觀測器的觀測器電感
Figure 02_image051
，且直流馬達的電阻
Figure 02_image053
對應反電動勢觀測器的觀測器電阻
Figure 02_image029
。在本發明的一些實施例中，觀測器電感
Figure 02_image055
係已知。最後，將式1的等效馬達控制方塊帶入轉子鎖住的直流馬達控制方塊而得到永磁同步馬達的控制方塊圖(如圖3E所示)。
上述控制方塊的主要原理在於，當直流馬達的角速度為零(
Figure 02_image053
)代表直流馬達的轉子鎖住。此時，直流馬達的控制方塊會恰巧等於永磁同步馬達的馬達控制方塊(在永磁同步馬達的轉子也鎖住的狀況)。因此可以將永磁同步馬達的等效馬達控制方塊帶入直流馬達的控制方塊，使得永磁同步馬達的等效馬達控制方塊也會對應反電動勢觀測器。因此，若反電動勢觀測器的參數與永磁同步馬達的參數沒有誤差，亦即假設觀測器電感
Figure 02_image043
、且觀測器電阻
Figure 02_image057
，則所估得的估測反電動勢
Figure 02_image059
會等於零。相反地，若反電動勢觀測器的參數與永磁同步馬達的實際參數存在誤差，則所估得的估測反電動勢
Figure 02_image061
將不等於零。因此，當反電動勢觀測器的電阻
Figure 02_image061
之值等於等效馬達電阻
Figure 02_image055
之值時，利用前述反電動勢觀測器所估得的估測反電動勢
Figure 02_image063
等於零的特性，可求得等效馬達電感
Figure 02_image061
。
在上述系統方塊的反電動勢觀測器的電阻
Figure 02_image065
之值等於等效馬達電阻
Figure 02_image055
之值的條件下，將相電源
Figure 02_image063
設定為弦波電壓命令：
Figure 02_image023
……(式2)。
其中，
Figure 02_image067
為弦波電壓命令的一幅值、
Figure 02_image069
為一弦波電壓角速度。當相電源
Figure 02_image071
設定為弦波電壓命令時，反電動式觀測器中的控制器需設定為：
Figure 02_image023
……(式3)。
其中，
Figure 02_image073
與
Figure 02_image075
為常數、
Figure 02_image077
為一弦波電壓角速度。控制器設定為上述式3的原因在於，在弦波電壓命令為式2的情況下才能使得系統方塊的馬達控制方塊的電流
Figure 02_image071
之值等於反電動勢觀測器的電流
Figure 02_image027
之值。詳細地說，應用本發明的方法時若只用直流電壓輸入，則電感造成的影響會在穩態時消失，因此需要指定使用弦波電壓命令輸入的方式，才能保留電感誤差對系統造成的影響的資訊，具有顯化電感影響量的效果。其中，馬達控制方塊的電流
Figure 02_image079
即為上述式1中，流過導通兩相的電流，且馬達控制方塊的電流
Figure 02_image027
可表示為：
Figure 02_image027
……(式4)。
反電動勢觀測器的電流
Figure 02_image081
可表示為：
Figure 02_image079
……(式5)。
其中，利用式4等於式5、
Figure 02_image083
之值等於
Figure 02_image063
之值的條件，帶入式2可得：
Figure 02_image055
……(式6)。
其中，
Figure 02_image085
為估測反電動勢的幅值，且
Figure 02_image087
為電流
Figure 02_image089
的幅值。在式6中，通過疊代法，例如包括牛頓法、最速下降法、共軛疊代法、變尺度疊代法、最小平方法…等，而將估測反電動勢
Figure 02_image027
的幅值收斂至零，同時驗證前述估計的參數是否正確，最後得以計算取得等效馬達電感
Figure 02_image087
。當估測反電動勢
Figure 02_image065
的幅值收斂至零時，代表馬達控制方塊的參數與反電動勢觀測器的參數不存在誤差，據以求得正確的等效馬達電感
Figure 02_image087
。其中，由式1至式6的流程所求得的等效馬達電感
Figure 02_image065
為三相繞組(a、b、c)關閉其中一相繞組時對應的一組等效馬達電感(例如關閉a相繞組時等效電感表示為
Figure 02_image065
)。因此，其他兩相繞組單獨關閉時對應的另外兩組等效馬達電感(
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)亦可通過重複上述式1至式6的流程而分別求得。最後，將三組等效馬達電感(
Figure 02_image095
、
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)帶入電感關係式而求得準確的d-q軸電感。
具體而言，三組等效馬達電感
Figure 02_image095
包括關閉a相繞組的等效馬達電感
Figure 02_image065
、關閉b相繞組的等效馬達電感
Figure 02_image097
及關閉c相繞組的等效馬達電感
Figure 02_image099
。將上述三組等效馬達電感
Figure 02_image101
帶入電感關係式而求得準確的d-q軸電感。其中，電感關係式包括一三相電感關係式與一d-q軸電感關係式。三組等效馬達電感
Figure 02_image065
帶入三相電感關係式可求得電感參數，且電感參數再帶入d-q軸電感關係式即可求得準確的d-q軸電感。
進一步而言，三相電感關係式為：
Figure 02_image065
……(式7)。
其中，
Figure 02_image103
為一磁化電感、
Figure 02_image105
為一凸極電感變量、
Figure 02_image107
為一電氣角，且
Figure 02_image109
、
Figure 02_image105
及
Figure 02_image107
為三個待求變數，或稱電感參數。將三組等效馬達電感(
Figure 02_image111
、
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)帶入式7可整理分別得到：
關閉a相的關係式：
Figure 02_image095
……(式8)，
關閉b相的關係式：
Figure 02_image113
……(式9)，以及
關閉c相的關係式：
Figure 02_image115
……(式10)。
由於經過上述式1至式6而分別求得關閉a相、關閉b相及關閉c相時對應的等效馬達電感(
Figure 02_image117
、
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)數值，因此將已知的等效馬達電感(
Figure 02_image095
、
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)數值帶入上述式8至式10的方程式求解可得到磁化電感
Figure 02_image095
、凸極電感變量
Figure 02_image105
及兩倍電氣角
Figure 02_image107
的數值。最後，將磁化電感
Figure 02_image111
與凸極電感變量
Figure 02_image105
的數值帶入d-q軸電感關係式即可求得準確的d-q軸電感。
其中，d軸電感關係式：
Figure 02_image107
……(式11)，且
q軸電感關係式：
Figure 02_image119
……(式12)。
將磁化電感
Figure 02_image121
與凸極電感變量
Figure 02_image105
的數值帶入上述式11至式12而求得d-q軸電感。其中，若永久磁鐵在轉子的外側，則永磁同步馬達即為表面式永磁（surface permanent magnet；SPM）結構馬達(
Figure 02_image107
)，且d軸電感
Figure 02_image123
等於q軸電感
Figure 02_image125
。若永久磁鐵在轉子的內側，則永磁同步馬達即為內藏式永磁（interior permanent magnet；IPM）結構馬達(
Figure 02_image127
)，且d軸電感
Figure 02_image129
不等於q軸電感
Figure 02_image125
。當永磁同步馬達為表面式永磁（SPM）馬達時，無論轉子鎖住時的角度為何，利用本發明估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法所估測的一d-q軸電感，與實際量測到的一d-q軸電感誤差可小於1%。當永磁同步馬達為內藏式永磁（IPM）馬達時，無論轉子鎖住時的角度為何，利用本發明估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法所估測的一d軸電感，與實際量測到的一d軸電感誤差可小於10%。而且，所估測的一q軸電感，與實際量測到的一q軸電感誤差可小於3%。
請參閱圖4為利用反電動勢觀測器估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法流程圖，復配合參閱圖2~3E。利用反電動勢觀測器估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法包括：將馬達的轉子鎖住，且將三相繞組的其中一相關閉，以及將相電源提供至三相繞組的另外兩相而建構一等效馬達控制方塊(S100)。其中，等效馬達控制方塊所對應的方程式為式1，且式1的
Figure 02_image127
即為關閉一相時對應的一組等效馬達電感，式1的
Figure 02_image037
即為等效馬達電阻。然後，將反電動勢觀測器併入直流馬達控制方塊(S120)。永磁同步馬達雖然為三相交流馬達，但在三相其中導通兩相、關閉另一相且將轉子鎖住的方式的效果，恰巧等同於直流馬達將轉子鎖住的控制方塊，因此可建構一直流馬達的控制方塊並加入反電動勢觀測器(back EMF observer)的控制方塊使成為一直流馬達系統方塊。其中，反電動勢觀測器包括一觀測器電感
Figure 02_image031
與一觀測器電阻
Figure 02_image053
。
然後，令直流馬達控制方塊的一角速度為零，使得直流馬達控制方塊對應反電動勢觀測器(S140)。令角速度為零(
Figure 02_image055
)(代表直流馬達的轉子鎖住)，將使得參數
Figure 02_image043
、
Figure 02_image045
及
Figure 02_image047
的路徑消失，因此，角速度路徑消失的直流馬達控制方塊可對應反電動勢觀測器的控制方塊。意即，直流馬達的電感
Figure 02_image049
之值對應反電動勢觀測器的觀測器電感
Figure 02_image051
之值，且直流馬達的電阻
Figure 02_image053
之值對應反電動勢觀測器的觀測器電阻
Figure 02_image029
之值。然後，將等效馬達控制方塊帶入直流馬達控制方塊，使得等效馬達控制方塊對應反電動勢觀測器，且利用反電動勢觀測器估測一反電動勢，而求得三相繞組其中一組關閉時對應的一組等效馬達電感(S160)。永磁同步馬達的馬達控制方塊可帶入直流馬達的控制方塊的主要原理在於，當直流馬達的角速度為零(
Figure 02_image055
)，代表直流馬達的轉子鎖住。此時，直流馬達的控制方塊會恰巧等於永磁同步馬達的馬達控制方塊(在永磁同步馬達的轉子也鎖住的狀況)。因此可以將永磁同步馬達的馬達控制方塊帶入直流馬達的控制方塊，使得永磁同步馬達的馬達控制方塊也會對應反電動勢觀測器方塊。
然後，重複前述S100至S160等步驟且輪流將另外兩相關閉，利用反電動勢觀測器的估測反電動勢而分別求得三相繞組的另外兩相關閉時對應的另外兩組等效馬達電感(S180)。若反電動勢觀測器的參數與永磁同步馬達的參數沒有誤差，則觀測器電感
Figure 02_image043
，觀測器電阻
Figure 02_image057
，且所估得的估測反電動勢
Figure 02_image059
會等於零。因此，當反電動勢觀測器的電阻
Figure 02_image061
之值等於等效馬達電阻
Figure 02_image055
之值，而電感
Figure 02_image063
之值不等於等效馬達電感
Figure 02_image053
之值時，利用反電動勢觀測器所估得的估測反電動勢
Figure 02_image131
等於零的特性，可求得三組等效馬達電感(
Figure 02_image061
、
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)。最後，將三組等效馬達電感帶入電感關係式而求得d-q軸電感(S200)。其中，電感關係式包括一三相電感關係式與一d-q軸電感關係式。三組等效馬達電感(
Figure 02_image095
、
Figure 02_image091
、
Figure 02_image093
)帶入三相電感關係式可求得電感參數，而電感參數再帶入d-q軸電感關係式即可求得準確的d-q軸電感。
綜上所述，本發明的實施例係具有以下的優點與功效：
本發明之主要功效在於，本發明之估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法，是利用一般用來估測馬達的反電動勢、轉子速度或位置的反電動勢觀測器(back EMF observer)，及搭配數學推導來估得馬達的d-q軸電感，因此可達成無需精準地將轉子鎖在特定的電氣角度或得知馬達的位置資訊，即可精確地估得馬達的d-q軸電感之功效；
2、由於本發明之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，僅用反電動勢觀測器搭配三相繞組導通其中兩相、關閉另一相，且將轉子鎖住的方式即可估得馬達的d-q軸電感。其估測方法的原理簡單且沒有繁複的數學計算及座標轉換，因此可達成可簡單且迅速的估得馬達的d-q軸電感之功效；以及
3、由於本發明之估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法在永磁同步馬達為表面式永磁（SPM）結構馬達時，無論轉子鎖住時的角度為何，所估測的d-q軸電感與實際量測到的d-q軸電感誤差可小於1%；而在永磁同步馬達為內藏式永磁（IPM）結構馬達時，無論轉子鎖住時的角度為何，所估測的d軸電感，與實際量測到的d軸電感誤差可小於10%。而且，所估測的q軸電感，與實際量測到的q軸電感誤差可小於3%，因此，本發明之估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法可同時適用於表面式永磁（SPM）結構馬達及內藏式永磁（IPM）結構馬達，以達成適用性廣泛之功效。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。此外，在申請專利範圍和說明書中提到的特徵可以分別單獨地或按照任何組合方式來實施。
100:定子
Figure 02_image095
:相電源
Figure 02_image133
:等效馬達電感
Figure 02_image033
:等效馬達電阻
a、b、c:三相繞組
Figure 02_image041
、
Figure 02_image001
、
Figure 02_image003
:電阻
Figure 02_image005
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
:電感
Figure 02_image013
、
Figure 02_image015
、
Figure 02_image017
:互感
Figure 02_image019
:電流
S :Laplace微分符號
J :慣量B :阻尼常數
(S100)~(S200):步驟
圖1為習知的永磁同步馬達的兩相導通繞組等效電路圖；
圖2為本發明永磁同步馬達的三相繞組電路圖；
圖3A為本發明永磁同步馬達兩相導通的等效馬達控制方塊圖；
圖3B為本發明直流馬達的控制方塊圖；
圖3C為本發明直流馬達加上反電動勢觀測器的控制方塊圖；
圖3D為本發明在角速度為零時的直流馬達控制方塊圖；
圖3E為本發明永磁同步馬達的控制方塊圖；及
圖4為利用反電動勢觀測器估測永磁同步馬達的d-q軸電感的方法流程圖。
(S100)~(S200):步驟

Claims (12)

  1. 一種估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，該永磁同步馬達包括一轉子與一定子，該定子具有一三相繞組，且該方法包括下列步驟： (S100)將該永磁同步馬達的該轉子鎖住，且將該三相繞組的其中一相關閉，以及將一相電源提供至該三相繞組的另外兩相，以建構一等效馬達控制方塊，該等效馬達控制方塊包括一組對應之等效馬達電感； (S120)將一反電動勢觀測器併入一直流馬達控制方塊； (S140)令該直流馬達控制方塊的一角速度為零，使得該直流馬達控制方塊對應該反電動勢觀測器； (S160)將該等效馬達控制方塊帶入該直流馬達控制方塊，使得該等效馬達控制方塊對應該反電動勢觀測器，且利用該反電動勢觀測器估測一反電動勢而求得該三相繞組的其中一相關閉時的該等效馬達電感； (S180)重複前述步驟(S100)至(S160)，輪流將該三相繞組的另外兩相關閉而分別求得另外兩相關閉時的另外兩組對應之等效馬達電感；以及 (S200)將求得之三組該等效馬達電感帶入一電感關係式而求得該d-q軸電感。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該等效馬達控制方塊所對應的一方程式為：
    Figure 03_image135
    ； 其中，
    Figure 03_image137
    為該相電源、
    Figure 03_image027
    為流過該三相繞組的另外兩相的電流、
    Figure 03_image139
    為該等效馬達電感、
    Figure 03_image031
    為一等效馬達電阻。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該步驟(S160)更包括： 令該反電動勢觀測器的一觀測器電阻之值等於該等效馬達控制方塊的一等效馬達電阻之值；以及 設定該相電源為一弦波電壓命令，且在滿足估測之該反電動勢為零的條件下而取得該等效馬達電感。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該弦波電壓命令為：
    Figure 03_image141
    ； 其中，
    Figure 03_image069
    為該弦波電壓命令的一幅值、
    Figure 03_image071
    為一弦波電壓角速度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中通過設定該相電源為該弦波電壓命令，使該等效馬達控制方塊的電流之值等於該反電動勢觀測器的電流之值，且通過一疊代法而將估測之該反電動勢的數值收斂至零，以取得該等效馬達電感。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該永磁同步馬達包括一a相繞組、一b相繞組及一c相繞組，且分別關閉三相中的其中一相時的該等效馬達電感的方程式分別為： 關閉該a相繞組：
    Figure 03_image143
    ； 關閉該b相繞組：
    Figure 03_image145
    ；以及 關閉該c相繞組：
    Figure 03_image147
    ； 其中，
    Figure 03_image009
    、
    Figure 03_image011
    及
    Figure 03_image013
    分別為各相繞組的一等效電感，
    Figure 03_image015
    、
    Figure 03_image017
    及
    Figure 03_image019
    分別為其中兩相間的一等效互感。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該電感關係式包括一三相電感關係式與一d-q軸電感關係式；以及將三組該等效馬達電感帶入該三相電感關係式求得至少一電感參數，且將該電感參數帶入該d-q軸電感關係式求得該d-q軸電感。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該三相電感關係式為：
    Figure 03_image149
    ； 其中，
    Figure 03_image105
    為一磁化電感、
    Figure 03_image107
    為一凸極電感變量、
    Figure 03_image109
    為一電氣角，且
    Figure 03_image105
    、
    Figure 03_image107
    及
    Figure 03_image111
    為該電感參數。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該d-q軸電感關係式包括： 一d軸電感關係式：
    Figure 03_image119
    ；以及 一q軸電感關係式：
    Figure 03_image121
    ； 其中，
    Figure 03_image105
    為一磁化電感、
    Figure 03_image107
    為一凸極電感變量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中無論該轉子鎖住時的一角度為何，所估測的該d-q軸電感與實際的一d-q軸電感誤差小於10%。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中當該永磁同步馬達為內藏式永磁結構馬達時，所估測的該q軸電感與實際的一q軸電感誤差小於3%。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法，其中該永磁同步馬達為一表面式永磁結構馬達時，所估測的該d-q軸電感與實際的一d-q軸電感誤差小於1%。
TW108137993A 2019-10-22 2019-10-22 估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法 TWI720657B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108137993A TWI720657B (zh) 2019-10-22 2019-10-22 估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法
US17/077,669 US11821952B2 (en) 2019-10-22 2020-10-22 Method of estimating D-Q axis inductance of permanent magnet synchronous motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108137993A TWI720657B (zh) 2019-10-22 2019-10-22 估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI720657B TWI720657B (zh) 2021-03-01
TW202118218A true TW202118218A (zh) 2021-05-01

Family

ID=75492230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108137993A TWI720657B (zh) 2019-10-22 2019-10-22 估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11821952B2 (zh)
TW (1) TWI720657B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI800222B (zh) * 2022-01-18 2023-04-21 台達電子工業股份有限公司 用於磁阻馬達的電感檢測方法及馬達檢測裝置
CN116500437A (zh) 2022-01-18 2023-07-28 台达电子工业股份有限公司 用于磁阻马达的电感检测方法及马达检测装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7026772B2 (en) * 2004-01-14 2006-04-11 International Rectifier Corporation Position sensorless drive for permanent magnet synchronous motors
US9007004B2 (en) * 2009-11-06 2015-04-14 University Of Technology, Sydney Sensorless AC motor controller
TWI433446B (zh) * 2011-04-20 2014-04-01 Univ Nat Taiwan 內藏式永磁同步電動機的轉軸角度估測方法
CN103185839B (zh) * 2011-12-30 2015-07-08 台达电子企业管理（上海）有限公司 永磁电机电感参数测量装置及其方法
TWM485248U (zh) * 2014-03-13 2014-09-01 Gao Lin Renewable Energy Co Ltd 廢塑膠回收精煉裝置
CN106452258B (zh) * 2016-11-11 2019-06-11 福建睿能科技股份有限公司 一种三相感应电机参数检测方法及装置
CN108270377A (zh) * 2018-02-08 2018-07-10 浙江国自机器人技术有限公司 一种电机参数测量方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20210116507A1 (en) 2021-04-22
US11821952B2 (en) 2023-11-21
TWI720657B (zh) 2021-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. A robust observer and nonorthogonal PLL-based sensorless control for fault-tolerant permanent magnet motor with guaranteed postfault performance
CN105915142B (zh) 一种基于解耦自适应观测器的永磁同步电机转子位置和转速估算方法
CN110022106B (zh) 一种基于高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法
JP2016005427A (ja) 電動機のセンサレス制御方法およびシステム
Lin et al. Improved rotor position estimation in sensorless-controlled permanent-magnet synchronous machines having asymmetric-EMF with harmonic compensation
CN109412484B (zh) 一种三相感应电机无传感器矢量控制的转子磁链估算方法
Wang et al. Improved fast method of initial rotor position estimation for interior permanent magnet synchronous motor by symmetric pulse voltage injection
CN109728758A (zh) 一种永磁同步电机三相定子电阻的辨识方法
TWI720657B (zh) 估測永磁同步馬達d-q軸電感的方法
CN113556074A (zh) 用于检测交流电机的转子位置和转子速度的方法和系统
Accetta et al. A space-vector state dynamic model of the synchronous reluctance motor including self and cross-saturation effects and its parameters estimation
CN108847801A (zh) 一种永磁同步电机电感和转子磁链的辨识方法
CN110212832A (zh) 用于异步电机的磁链观测方法、系统及介质
JP2008286779A (ja) Ｉｐｍモータのためのトルク推定器
CN108540031B (zh) 无轴承同步磁阻电机的转速估计方法及转矩控制系统
Song et al. Evaluation method to estimate position control error in position sensorless control based on pattern matching method
Zhao et al. An extended flux model-based rotor position estimator for sensorless control of interior permanent magnet synchronous machines
TWI760946B (zh) 一種馬達量測系統及其方法
Bui Sensorless position estimation, parameter identification and control integration for permanent magnet synchronous machines using current derivative measurements
Lee et al. The study on gain selecting method of position sensorless control algorithm for IPMSM
Kürüm et al. Estimation of parameters for surface mounted permanent magnet synchronous motors
Wu et al. Electrically excited synchronous motor three-level DTC_SVM control based on novel flux observer
Kongchoo et al. Mathematical Model of Permanent Magnet Synchronous Motor
Kakosimos et al. Modeling of interior permanent magnet machine using combined field-circuit analysis
Yang et al. A sensorless control of SPMSM based on sliding mode observer with linear power drive method