三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法技术

本发明专利技术提出一种三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，为了有效判断出转子N极中心线所处的轴线，将基波平面上的十个长矢量依次施加到定子绕组上；选择出相角互差108

【技术实现步骤摘要】
三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法


[0001]本专利技术属于电机控制技术
，尤其涉及一种三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法。

技术介绍

[0002]与三相电机相比，五相永磁同步电机有许多突出优点，目前发展较为迅速。它具有效率高、多自由度控制等优点，在轨道交通、军事装备、航空航天等领域得到广泛应用。为了进一步提高五相永磁同步电机驱动系统的负载能力，可以将五相永磁同步电机气隙磁场人为设计为具有较高3次谐波占比的梯形波形状，这样定子相绕组反电动势也呈现出含有较高3次谐波占比的梯形波形状；利用变换器同时向相绕组注入基波电流和3次谐波电流，可以获得比基波产生转矩更高的电磁转矩输出。在控制上，可以借助于多相电机多平面分解理论，将五相电机映射到基波平面和3次谐波平面进行解耦控制，变换器的相同开关组合在两个平面上对应不同方向及幅值的电压矢量，传统的三相永磁同步电机控制策略无法直接应用于该种五相永磁同步电机上。
[0003]为了实现上述五相永磁同步电机的高负载能力的启动，必须预先知道转子永磁体的初始位置(即转子N极中心线的位置)。若五相永磁同步电机气隙磁场为正弦波，则可以在五相绕组中流过合适的电流矢量将转子N极中心线强行定位到一个已知方向上；但对于梯形波的气隙磁场五相永磁同步电机转子N极中心线附近一定角度范围内均是平衡位置，导致无法采用绕组通电流矢量将转子N极中心线定位到预定的已知方向上。如何解决气隙磁场含有较高3次谐波占比梯形波形状的五相永磁同步电机初始位置估计是一个期待解决的科学问题。

技术实现思路

[0004]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术为了解决气隙磁场3次谐波占比高的五相永磁同步电机转子N极中心线附近多个平衡点带来转子初始位置估计难题，提出一种三次气隙磁场高含量的五相永磁同步电机转子初始位置估计方法。为了有效判断出转子N极中心线所处的轴线，将基波平面上的十个长矢量依次施加到定子绕组上；选择出相角互差108
°
的十对电压矢量，借助转子静止时的电压平衡方程计算出十个转子N极中心线位置角值；判别出十个转子N极中心线位置角值所处空间5个预划分区域最多的区间号；根据区间号和估计的转子位置角，确定出基波平面为长矢量、3次谐波平面为短矢量的逆变器开关组合及其反向开关组合分别作用于电机，根据两种开关组合作用引起的电流响应判别出转子N极方向；根据区间号及转子N极方向，确定出最终的N极中心线位置角。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案：
[0006]一种三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：将基波平面上的十个长矢量依次施加到定子绕组上；
[0008]步骤S2：选择出相角互差108
°
的十对电压矢量，借助转子静止时的电压平衡方程计算出十个转子N极中心线位置角值；
[0009]步骤S3：判别出十个转子N极中心线位置角值所处空间5个预划分区域最多的区间号；
[0010]步骤S4：根据区间号和估计的转子位置角，确定出基波平面为长矢量、3次谐波平面为短矢量的逆变器开关组合及其反向开关组合：分别作用于电机，根据两种开关组合作用引起的电流响应判别出转子N极方向；
[0011]步骤S5：根据区间号及转子N极方向，确定出最终的N极中心线位置角，从而获得转子N极中心线所处的轴线位置。
[0012]优选地，在步骤S1中，依次向逆变器输出开关矢量表中的10个电压矢量，每个矢量施加时间为T，单个矢量施加完成后，等待电流降为零再施加下一个矢量；在每个电压矢量施加结束时采样五相绕组电压、电流信息，通过T5变换得到十对电压、电流矢量的基波分量；
[0013]在步骤S2中，十个矢量施加完成后，将得到的十组电压、电流矢量进行两两组合成一对，每对组合中的两个电压矢量相位角互差108
°
，计算出10个N极中心线位置角值；
[0014]在步骤S3中，根据计算得到的角度和预先设定的扇区划分，判断所落预划分扇区最多的扇区号n；
[0015]在步骤S4中，根据扇区号n和计算的N极中心线位置角，从N极方向判断开关组合表中选择出一组开关组合，依次施加这两个开关状态，每个开关状态施加时间为T
NS
，且T
NS
>T；在每个开关状态施加完成时采样五相电流，使用T5矩阵变换到静止坐标系，取基波平面分量，得到两个电流矢量，根据这两个电流矢量的幅值判断N极方向；
[0016]在步骤S5中，根据N极方向、扇区号n和计算的10个N极中心线位置角，判别出最终的转子初始位置θ0。
[0017]优选地，应用的驱动系统包括：三相不可控整流电路、滤波大电容、五相逆变器、直流母线电压检测电路、五相绕组电流检测电路、隔离驱动电路、五相永磁同步电机、DSP、人机交互界面实现：所述逆变器的功率管采用IGBT或MOSFET；所述五相绕组电流检测电路由霍尔电流传感器、运算放大电路构成，输出信号输入到DSP中；所述直流母线电压检测电路由霍尔电压传感器和运算放大电路构成，输出信号输入到DSP中；所述DSP根据检测到的信号和三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，确定需要输出的开关管的控制信号S
A
～S
E
，之后经由隔离驱动电路控制逆变器中的功率开关管动作。
[0018]优选地，步骤S1的具体过程包括：
[0019]在电机绕组电流为零时，向电机定子绕组施加电压矢量，施加时间为T，在T时刻记录五相电流响应值，即电流响应峰值，利用T5变换矩阵将施加的电压和测得的电流变换到两相静止坐标系，取其基波分量，由此得到电压矢量基波分量及其对应电流响应峰值的基波分量通过以上方法向电机依次注入在基波平面为长矢量的十个基本电压矢量，得到十组电压、电流值其中i∈[1,10]。
[0020]优选地，步骤S2的具体过程包括：
[0021]将步骤S1中的十组电压、电流矢量两两组成一对共组成十对，每对中的两个电压矢量和的相位角互差108
°
；将每对电压矢量及其对应的电流矢量代入下式计算出十个转子初始位置角θ1～θ
10
；
[0022][0023][0024]其中L1为基波平面α轴自感，L2为基波平面α与β轴互感。
[0025]优选地，步骤S3的具体过程包括：
[0026]在步骤S3中，根据以基波平面α轴为对称轴的十等分扇区划分，判断计算出的十个位置角所落预划分区域最多的扇区号n，及扇区n所对应的两个最优估计角度值，n扇区正半区和负半区对应的最优估计角度值分别记为θ
+
和θ
‑
。
[0027]优选地，步骤S4的具体过程包括：
[0028]在步骤S4中，根据θ
+
和θ
‑
的值，查N极方向判定电压矢量选择表得出两个用于N极正方向判断用的电压矢量，第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将基波平面上的十个长矢量依次施加到定子绕组上；步骤S2：选择出相角互差108
°
的十对电压矢量，借助转子静止时的电压平衡方程计算出十个转子N极中心线位置角值；步骤S3：判别出十个转子N极中心线位置角值所处空间5个预划分区域最多的区间号；步骤S4：根据区间号和估计的转子位置角，确定出基波平面为长矢量、3次谐波平面为短矢量的逆变器开关组合及其反向开关组合：分别作用于电机，根据两种开关组合作用引起的电流响应判别出转子N极方向；步骤S5：根据区间号及转子N极方向，确定出最终的N极中心线位置角，从而获得转子N极中心线所处的轴线位置。2.根据权利要求1所述的三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，其特征在于：在步骤S1中，依次向逆变器输出开关矢量表中的10个电压矢量，每个矢量施加时间为T，单个矢量施加完成后，等待电流降为零再施加下一个矢量；在每个电压矢量施加结束时采样五相绕组电压、电流信息，通过T5变换得到十对电压、电流矢量的基波分量；在步骤S2中，十个矢量施加完成后，将得到的十组电压、电流矢量进行两两组合成一对，每对组合中的两个电压矢量相位角互差108
°
，计算出10个N极中心线位置角值；在步骤S3中，根据计算得到的角度和预先设定的扇区划分，判断所落预划分扇区最多的扇区号n；在步骤S4中，根据扇区号n和计算的N极中心线位置角，从N极方向判断开关组合表中选择出一组开关组合，依次施加这两个开关状态，每个开关状态施加时间为T
NS
，且T
NS
>T；在每个开关状态施加完成时采样五相电流，使用T5矩阵变换到静止坐标系，取基波平面分量，得到两个电流矢量，根据这两个电流矢量的幅值判断N极方向；在步骤S5中，根据N极方向、扇区号n和计算的10个N极中心线位置角，判别出最终的转子初始位置θ0。3.根据权利要求1或2所述的三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，其特征在于：应用的驱动系统包括：三相不可控整流电路、滤波大电容、五相逆变器、直流母线电压检测电路、五相绕组电流检测电路、隔离驱动电路、五相永磁同步电机、DSP、人机交互界面实现：所述逆变器的功率管采用IGBT或MOSFET；所述五相绕组电流检测电路由霍尔电流传感器、运算放大电路构成，输出信号输入到DSP中；所述直流母线电压检测电路由霍尔电压传感器和运算放大电路构成，输出信号输入到DSP中；所述DSP根据检测到的信号和三次气隙磁场高含量五相永磁电机转子初始位置估计方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，吴京周，杨公德，屈艾文，钟天云，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：