多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置，属于电机控制领域，包括：依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流；根据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ

【技术实现步骤摘要】
多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置


[0001]本专利技术属于电机控制领域，更具体地，涉及一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法及检测装置。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有功率因数高、过载能力强以及输出转矩能力强等特点，在工业系统中得到了广泛的应用。而永磁同步电机转子初始位置检测是永磁同步电机调速系统中必不可少的环节。准确的检测出转子初始位置对于永磁同步电机顺利启动以及实现最大转矩运行有重要意义。若检测误差过大会降低电机的启动性能，甚至导致电机启动失败或者发生电机反转。因此，永磁同步电机的转子初始位置检测一直是工程技术界研究的热点和难题之一。
[0003]目前永磁同步电机转子初始位置检测方法主要有以下四种：1)预定位置法，2)高频信号注入法，3)电压空间矢量法，4)电压脉冲注入法。
[0004]预定位置法是通过向电机定子施加一个固定方向的电压矢量，将转子定位到电压矢量的方向，于是转子的初始位置就是该矢量方向。该方法的精度受负载影响较大，而且需要转子旋转，不适用某些要求在定位时转子保持静止的场合。
[0005]高频信号注入法主要应用于永磁同步电机在零速和低速时无位置传感器控制中，也可用于转子初始位置检测，其原理是向电机中注入特定的高频电压信号，接着从定子电流中提取出高频响应电流，然后再利用该电流确定转子的初始位置。该方法算法较为复杂，并且参数调节困难。
[0006]电压空间矢量法是通过向电机中注入幅值相同、方向不同的一系列电压矢量，检测并比较响应电流的大小来确定转子的初始位置。该方法需要找出大小合适的电压矢量，不能太大，不然电机可能会发生转动，造成转子初始位置检测失败，也不能太小，否则响应电流较小，信噪比低，影响转子初始位置的检测精度；而且如果想得到准确的转子初始位置，就需要施加多个不同方向的电压矢量，检测过程较为复杂。
[0007]电压脉冲注入法是向三相绕组中的两相注入电压脉冲，由响应电流计算出线电感，再结合电机线电感与转子位置角的函数关系，估算出转子的初始位置。该方法同样存在需要事先找出合适大小的电压脉冲的问题。
[0008]相比于预定位置法和高频信号注入法，电压空间矢量法和电压脉冲注入法的应用更为广泛，但是，这两种方法都需要对于注入电压的大小有严格的要求，若太小，则容易受干扰影响，检测精度得不到保证，若太大，则电机转子可能转动，导致检测失败。如何确定合适的电压脉冲大小，往往需要反复尝试，及其复杂，而且在电机参数发生变化时，往往需要重新确定合适的电压脉冲大小。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种多相永磁同步电机的转子初
始位置角检测方法及检测装置，其目的在于，有效解决传统的转子初始位置角检测方法在注入电压脉冲过大时因电机出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败，在注入电压脉冲过小时检测精度低的技术问题。
[0010]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，多相永磁同步电机中包含N套三相绕组，N≥2；转子初始位置角检测方法包括如下步骤：
[0011](S1)选定多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；
[0012](S2)依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ
e1
和θ
e2
，将θ
e1
、θ
e2
或者θ
e1
和θ
e2
的平均值作为初判角θ
e
，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ
e
方向和离θ
e
+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；
[0013]12个候选电压脉冲矢量包括依次悬空一相绕组时确定的6个电压脉冲矢量，和在绕组不悬空时确定的6个电压脉冲矢量；
[0014](S3)向两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值和交换两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值和
[0015](S4)若且则判定转子初始位置角为θ
e
；若且则判定转子初始位置角为θ
e
+π。
[0016]本专利技术通过向多相永磁同步电机中两套不同的三相绕组注入电压脉冲矢量的方式实现转子初始位置角检测，每次注入两套三相绕组的电压脉冲矢量大小相同而方向相反，使得两套三相绕组中电流产生的磁场能够相互抵消，从而电机的总电磁转矩大大降低甚至为零，即使电压脉冲较大时，转子也能保持静止，有效地解决了永磁同步电机在注入电压脉冲过大时出现振动而引起转子初始位置检测精度不高甚至检测失败的问题；由于本专利技术在注入的电压脉冲较大时，仍然能够正常检测转子初始位置角，且具有较高的检测精度，因此，能够避免使用较小的电压脉冲，从而避免检测结果易受干扰而精度较低。
[0017]进一步地，初判角θ
e
为转子磁极轴向角度θ
e1
和θ
e2
的平均值。
[0018]本专利技术综合两套三相绕组的转子磁极轴向角度计算结果，确定转子初始位置角的初判角，能够进一步提高转子初始位置角的检测精度。
[0019]进一步地，步骤(S4)还包括：若响应电流峰值和之间既不满足且也不满足且则判定转子初始位置角检测失败。
[0020]本专利技术除了可以检测转子初始位置角，还可以检测出偶然出现的转子初始位置角检测失败的异常情况，从而可以避免在异常情况下将错误的检测结果作为最终的检测结果，也有利于及时发现异常情况并采取相应的措施以保证准确检测转子初始位置角。
[0021]进一步地，本专利技术提供的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，还包括：
在转子初始位置角检测失败时，转入步骤(S3)。
[0022]本专利技术在转子初始位置角检测失败时，重新按照初判角θ
e
和θ
e
+π向两套三相绕组注入电压脉冲矢量，再次进行极性判断，能够避免因偶然因素导致转子初始位置角检测失败的情况，增加了转子初始位置角检测的容错性。
[0023]进一步地，步骤(S1)和步骤(S3)中，利用六相电压源逆变器向绕组施加电压脉冲矢量。
[0024]六相电压源逆变器有六相桥臂，每一相桥臂都有上、下两个开关管，上、下开关管不能同时导通，但可以同时关断；本专利技术利用六相电压源逆变器向绕组施加电压脉冲矢量，将两套三相绕组中的每一相绕组分别与六相电压源逆变器中的一相桥臂中点连接，即可通过控制开关管的通断，方便地实现对绕组悬空的控制，以及方便地控制向绕组注入的电压脉冲矢量。
[0025]进一步地，对于任意一套三相绕组，依据其响应电流数据计算转子磁极轴向角度的方式包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，所述多相永磁同步电机中包含N套三相绕组，N≥2；其特征在于，所述转子初始位置角检测方法包括如下步骤：(S1)选定所述多相永磁同步电机中的两套三相绕组，依次悬空所述两套三相绕组对应的一相绕组，并分别向两套三相绕组分别施加大小相等、方向相反的电压脉冲矢量，记录对应的响应电流，由此分别得到每套三相绕组的三个响应电流数据；(S2)依据每套三相绕组的响应电流数据分别计算转子磁极轴向角度θ
e1
和θ
e2
，将θ
e1
、θ
e2
或者θ
e1
和θ
e2
的平均值作为初判角θ
e
，并从预先确定的12个候选电压脉冲矢量中筛选出离θ
e
方向和离θ
e
+π方向最近的两个候选电压脉冲矢量；所述12个候选电压脉冲矢量包括依次悬空一相绕组时确定的6个电压脉冲矢量，和在绕组不悬空时确定的6个电压脉冲矢量；(S3)向所述两套三相绕组中分别施加筛选出的两个候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值和交换所述两套三相绕组中施加的候选电压脉冲矢量，并记录对应的响应电流峰值和(S4)若且则判定所述转子初始位置角为θ
e
；若且则判定所述转子初始位置角为θ
e
+π。2.如权利要求1所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，所述初判角θ
e
为所述转子磁极轴向角度θ
e1
和θ
e2
的平均值。3.如权利要求1或2所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，所述步骤(S4)还包括：若响应电流峰值和之间既不满足且也不满足且则判定所述转子初始位置角检测失败。4.如权利要求3所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，还包括：在所述转子初始位置角检测失败时，转入步骤(S3)。5.如权利要求1或2所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，所述步骤(S1)和所述步骤(S3)中，利用六相电压源逆变器向绕组施加电压脉冲矢量。6.如权利要求1或2所述的多相永磁同步电机的转子初始位置角检测方法，其特征在于，对于任意一套三相绕组，依据其响应电流数据计算转子磁极轴向角度的方式包括：分别计算C相绕组悬空时的响应电流变化率A相绕组悬空时的响应电流变化率和B相绕组悬空时的响应电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自程，石松，蒋栋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：