用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置制造方法及图纸

一种用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置，是在永磁电机长线驱动电路中的变压器后加入耦合电路，将三种不同频率的高频检测信号分别通过耦合电路中的三个变压器耦合进入电机电源线和绕组中，再通过带通滤波器得到三个变压器原边上的高频电压分量，根据高频电压分量的有效值大小关系得到位置信号，控制器根据位置信号实现电机的无位置传感器控制。本发明专利技术克服了反电势法在低速和零速时控制效果较差和传统电感法在长线驱动电机中无法使用的缺陷，扩大了电机调速范围，也提高了转子位置检测精度；本发明专利技术有利于对永磁电机的运动进行更精确的控制，避免了电压传感器的使用，不仅降低了系统成本，也减少了系统体积。

Sensorless Control Method and Device for Long-wire Driven Permanent Magnet Motor

A sensorless control method and device for long-wire drive permanent magnet motor is introduced. The transformer in the long-wire drive circuit of permanent magnet motor is coupled with a coupling circuit. The three high-frequency detection signals of different frequencies are coupled into the power supply wire and winding of the motor through three transformers in the coupling circuit, and then the high-frequency on the original side of the three transformers is obtained through a band-pass filter. Voltage component, according to the relationship between the effective value of high frequency voltage component, the position signal is obtained. The controller realizes sensorless control of the motor according to the position signal. The invention overcomes the defects of poor control effect of back EMF method at low speed and zero speed and that traditional inductance method can not be used in long-line drive motor, enlarges the speed range of motor, and improves the accuracy of rotor position detection; the invention is advantageous to more accurate control of the motion of permanent magnet motor, avoids the use of voltage sensor, not only reduces the cost of the system, but also reduces the accuracy of rotor position detection. The system volume is calculated.

【技术实现步骤摘要】
用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置
本专利技术涉及一种永磁电机的驱动。特别是涉及一种用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置。
技术介绍
永磁电机因其功率密度高，输出转矩大，效率高，在工业上得到广泛应用。石油工业的一个趋势就是用永磁电机代替异步电机，以提高效率，降低能耗，并在相同功率水平下降低电机整体尺寸。石油工业采油时用到的电动潜油泵的核心就是长线驱动的永磁电机，长线驱动电机的特点是线压降很大，电源电压经过长线传输到电机端口时已达不到电机额定工作电压的要求，所以在长线传输之前会有升压变压器对电源输出的电压进行升压。传统的永磁电机的控制需要位置传感器提供转子的位置信号，但位置传感器不仅增大了系统的体积，对安装精度要求较高，且在恶劣工况下，位置传感器的灵敏度也会变差。电动潜油泵上的永磁电机因其工作环境恶劣，通常不能装配位置传感器，此时就需要通过检测永磁电机的一些电量信号或反应得到永磁电机的位置信号，在这种控制方式下，永磁电机具有较高可靠性和抗干扰能力，也克服了位置传感器不准确安装带来的位置检测误差和转矩脉动。反电势法是目前最成熟、应用最广泛的一种无位置传感器控制方法，但是其在低速和零速时性能较差，而电感法不依赖转子磁场运动就可以获得转子位置，在转子低速和零速时性能较好，其基本原理是转子位置的改变会引起绕组电感的变化，在绕组中施加检测电压信号，根据测得的电流幅值比较后即可得到电感差异，再根据电感与转子位置之间的关系得到位置信号。传统电感法中的高频检测信号由功率开关产生，但在永磁电机长线驱动中，由功率开关产生的高频检测信号在通过线路中的升压变压器时被大幅度抑制，信号能量大部分转变为热能消耗，作用不到电机绕组上，也就得不到转子的位置信号。频分复用技术是通信工程中常用的技术之一，它将传输信息的信道划分为若干个互相不重叠的子信道，每路信号占用其中一个频段，在接收端采用合适的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复所需要的信号。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够扩大电机调速范围，提高位置检测精度的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法，是在永磁电机长线驱动电路中的变压器后加入耦合电路，将三种不同频率的高频检测信号分别通过耦合电路中的三个变压器耦合进入电机电源线和绕组中，再通过带通滤波器得到三个变压器原边上的高频电压分量，根据高频电压分量的有效值大小关系得到位置信号，控制器根据位置信号实现电机的无位置传感器控制。所述的高频检测信号是由独立的信号源产生，高频检测信号与主功率回路分频复用永磁电机的电源线和绕组。所述变压器与高频检测信号注入点之间有高频信号阻波器，从而避免了部分高频信号通过变压器进入电网和逆变器，使各相端电压高频电压分量的差异不受电网和逆变器的影响。一种实现用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法的装置，包括有依次串联连接的逆变器、正弦波滤波器、变压器、长线电缆和永磁电机，所述逆变器的信号输入端连接用于提供驱动指令的控制器，所述逆变器的电源输入端连接电源，其特征在于，所述变压器副边的三相输出和长线电缆的三相输入之间连接有用于向永磁电机提供高频检测信号和获取变压器副边的三相所输出的高频电压分量的耦合电路，所述耦合电路的输入端通过信号源连接控制器获取高频检测信号的频率指令，所述耦合电路的输出端通过带通滤波器连接控制器向控制器提供变压器副边的三相所输出的高频电压分量。所述变压器副边的三相输出分别设置一个用于使各相端电压高频电压分量的差异不受电网和功率开关影响的高频信号阻波器。每个所述的高频信号阻波器都是由电感和第四电容并联构成，并联后的一端连接所述变压器副边的三相输出中的一相输出，另一端连接长线电缆输入端的一相，以及连接耦合电路。所述耦合电路包括有三组变压器电路，其中，第一组变压器电路包括有第一变压器，所述第一变压器副边的一端连接三相电压的A相，另一端通过第一电容连接三相电压的B相；第二组变压器电路包括有第二变压器，所述第二变压器副边的一端连接三相电压的C相，另一端通过第二电容连接三相电压的A相；第三组变压器电路包括有第三变压器，所述第三变压器副边的一端连接三相电压的B相，另一端通过第三电容连接三相电压的C相；所述信号源包括有连接在所述第一变压器原边的第一信号源，连接在所述第二变压器原边的第二信号源，以及连接在所述第三变压器原边的第三信号源；所述带通滤波器包括有分别连接在所述第一变压器原边的第一带通滤波器和第二带通滤波器，分别连接在所述第二变压器原边的第三带通滤波器和第四带通滤波器，以及分别连接在所述第三变压器原边的第五带通滤波器和第六带通滤波器。所述第一带通滤波器与所述第六带通滤波器通频带相等均为Δf2，第二带通滤波器与第四带通滤波器通频带相等均为Δf3，所述第三带通滤波器与所述第五带通滤波器通频带相等均为Δf1，且Δf1、Δf2和Δf3互不交叉。本专利技术的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置，具如下有益效果：1、本专利技术克服了反电势法在低速和零速时控制效果较差和传统电感法在长线驱动电机中无法使用的缺陷，扩大了电机调速范围，也提高了转子位置检测精度。2、本专利技术可以将三种频率的高频信号同时耦合进入电路，通过带通滤波器实时得到每相端电压中不同频率的高频电压分量，经过比较可以实时得到永磁电机的转子位置，有利于对永磁电机的运动进行更精确的控制。3、本专利技术的耦合电路既是高频检测信号进入电机电源线的通道，也是电机端电压高频分量进入带通滤波器的通道，避免了电压传感器的使用，不仅降低了系统成本，也减少了系统体积。附图说明图1是本专利技术实现用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法装置的构成框图；图2是本专利技术装置中高频信号阻波器的电路原理图；图3是本专利技术装置中耦合电路、信号源和带通滤波器的构成示意图；图4是本专利技术装置中信号源的电路原理图；图5a是A相与B相绕组电感大小比较示意图，图5b是B相与C相绕组电感大小比较示意图；图5c是C相与A相绕组电感大小比较示意图；图6是三相绕组差异与转子位置之间的对应关系图。图中1：逆变器2：正弦波滤波器3：变压器4：高频信号阻波器5：长线电缆6：永磁电机7：耦合电路8：控制器9：信号源91：第一信号源92：第二信号源93：第三信号源10：带通滤波器101：第一带通滤波器102：第二带通滤波器103：第三带通滤波器104：第四带通滤波器105：第五带通滤波器106：第六带通滤波器11：电源具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法及装置做出详细说明。本专利技术的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法，是在永磁电机长线驱动电路中的变压器后加入耦合电路，将三种不同频率的高频检测信号分别通过耦合电路中的三个变压器耦合进入电机电源线和绕组中，再通过带通滤波器得到三个变压器原边上的高频电压分量，根据高频电压分量的有效值大小关系得到位置信号，控制器根据位置信号实现电机的无位置传感器控制。所述的高频检测信号是由独立的信号源产生，高频检测信号与主功率回路分频复用永磁电机的电源线和绕组。所述变压器与高频检测信号注入点之间有高频信号阻波器，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，是在永磁电机长线驱动电路中的变压器后加入耦合电路，将三种不同频率的高频检测信号分别通过耦合电路中的三个变压器耦合进入电机电源线和绕组中，再通过带通滤波器得到三个变压器原边上的高频电压分量，根据高频电压分量的有效值大小关系得到位置信号，控制器根据位置信号实现电机的无位置传感器控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，是在永磁电机长线驱动电路中的变压器后加入耦合电路，将三种不同频率的高频检测信号分别通过耦合电路中的三个变压器耦合进入电机电源线和绕组中，再通过带通滤波器得到三个变压器原边上的高频电压分量，根据高频电压分量的有效值大小关系得到位置信号，控制器根据位置信号实现电机的无位置传感器控制。2.根据权利要求1所述的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述的高频检测信号是由独立的信号源产生，高频检测信号与主功率回路分频复用永磁电机的电源线和绕组。3.根据权利要求1所述的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述变压器与高频检测信号注入点之间有高频信号阻波器，从而避免了部分高频信号通过变压器进入电网和逆变器，使各相端电压高频电压分量的差异不受电网和逆变器的影响。4.一种实现权利要求1所述的用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法的装置，包括有依次串联连接的逆变器(1)、正弦波滤波器(2)、变压器(3)、长线电缆(5)和永磁电机(6)，所述逆变器(1)的信号输入端连接用于提供驱动指令的控制器(8)，所述逆变器(1)的电源输入端连接电源(11)，其特征在于，所述变压器(3)副边的三相输出和长线电缆(5)的三相输入之间连接有用于向永磁电机(6)提供高频检测信号和获取变压器(3)副边的三相所输出的高频电压分量的耦合电路(7)，所述耦合电路(7)的输入端通过信号源(9)连接控制器(8)获取高频检测信号的频率指令，所述耦合电路(7)的输出端通过带通滤波器(10)连接控制器(8)向控制器(8)提供变压器(3)副边的三相所输出的高频电压分量。5.根据权利要求4所述的实现用于长线驱动永磁电机的无位置传感器控制方法的装置，其特征在于，所述变压器(3)副边的三相输出分别设置一个用于使各相端电压高频电压分量的差异不受电网和功率开关影响的高频信号阻波器(4)。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，孙兴龙，李新旻，史婷娜，夏长亮，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12