对转永磁同步电机转子初始位置检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于转子位置角检测领域，具体涉及了一种对转永磁同步电机转子初始位置检测方法及系统，旨在解决对转永磁同步电机定子绕组和转子均在旋转时无法测量转子初始位置角的问题。本发明专利技术包括：在电机转子和定子上设置旋转变压器的转子，在机壳上设置旋转变压器的定子，获取当前转子绝对位置角θ2；固定定子绕组，获得当前定子绕组位置角θ

【技术实现步骤摘要】
对转永磁同步电机转子初始位置检测方法及系统


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制技术中转子位置角检测领域，具体涉及了一种对转永磁同步电机转子初始位置检测方法及系统。

技术介绍

[0002]水下航行器航行过程中需要稳定姿态，因此大多采用对转螺旋桨推动系统以克服陀螺效应，对转永磁同步推进电动机因为没有电刷、换向器和齿轮，有两个机械输出端口，可直接驱动对转螺旋桨推进系统，功率大，可靠性高，转矩脉动小、散热效果好，径向拉力和轴向拉力小，无陀螺效应等优良性能，因此在船舰、水下航行器等电力推进领域广泛应用。
[0003]为了保证电机的平滑旋转以及对电机的精确控制，不仅需要控制定子电枢电流，而且需要时刻准确的检测电机转子位置角。高性能永磁同步电机驱动系统通常采用转子磁场矢量控制，采用坐标变换方法，将定子电流从三相静止坐标(ABC)变换到两相旋转坐标(dq)下，将电机定子电流解耦为两个独立的分量：励磁电流分量和转矩电流分量，然后分别加以控制，而永磁同步电机转子位置角是实现定子电流解耦控制的必要条件。转子位置角一般定义为旋转坐标系下的转子磁极(d轴)与三相静止坐标系下的A轴的夹角，当两轴重合(转子位置角为0
°
)时，安装在转子上的位置角传感器此时输出的绝对位置角即为转子初始位置角。
[0004]目前多采用的方法是磁极预定位法，给定子绕组上施加一个d轴方向的电流矢量，迫使转子磁极旋(d轴)与A轴重合后停止，进而获取转子的初始位置角。但是，采用这种检测位置角的方式，由于永磁同步电机定转子磁场产生转矩机理与二者夹角正弦值成正比，当角度接近零时，输出转矩同时趋于零；同时由于永磁同步电机的定位转矩(齿槽转矩)的存在，使得检测的角度难以达到绝对零点，从而在一定程度上影响了转子初始位置角的检测精度。
[0005]一些文献提出了一种调整内置式永磁同步电机转子初始位置角的方法及系统[1]，通过多次更新磁链位置角，并设定阈值，判断能使得转子正向转动的正交轴电流与反向转动的负交轴电流的差值，提高转子初始位置角检测的精度。但是，该方法算法实施过于复杂，计算量较大，并且设定了误差阈值，无法没有精准的获得转子初始位置角。另一些文献提出了一种永磁同步电机转子位置角检测及初始位置角标定方法[2]，通过电机定子线电压u
BC
关于转子位置角θ呈现余弦函数的周期变化规律，在示波器上分别记录定子线电压u
BC
波形与经过D/A模块转化输出转子位置角θ，先人为设定转子位置角初值并调整，最终使得线电压u
BC
的波峰与转子位置角θ的峰值相对应，进而获得转子初始位置角。该方法借助于示波器，角度输出D/A转化模块，提高了转子初始位置角的精度。还有一些文献提出了一种电机初始位置角自动标定角度补偿方法及系统[3]，根据电机的输入功率、AB线电压及A相电流得到A相的功率因数角，并根据电机的转速得到电角频率，并根据所述电角频率和所述功率因数角得到A相的内功率因数角，对电机转子初始位置角进行补偿，最终得到电机初始位置角。但该方法依赖于电机的输入功率P、线电压UAB测量和A相电流的准确测量，另外，在
电机台架上为驱动控制器提供强电，选取合适的恒扭矩/恒转速工况，再利用功率分析仪等设备实时采集电机的输入功率P、AB线电压UAB和A相电流I，上述特殊要求限制了该类方法应用的场景。
[0006]总的来说，上述技术均是应用在传统意义上(定子绕组固定不动，转子可以旋转)的永磁同步电机的转子初始位置角寻找中，最终找到的转子初始位置角是一个固定的角度。而的对转永磁同步电机驱动系统，电机的定子绕组和转子相对于支架均在旋转，二者受相互作用力反向旋转，此时转子的初始位置角不再固定，将一直是变化的。因此，上述技术还不能应用在的对转永磁同步电机驱动系统中，精确测量电机转子的初始位置。
[0007]以下文献是与本专利技术相关的技术背景资料：
[0008][1]刘雪冰、李文杰、周从源等，一种调整内置式永磁同步电机转子初始位置角的方法及系统，2016
‑
12
‑
23，201611206350.9
[0009][2]张剑、颜朝鹏、彭萌等，永磁同步电机转子位置角检测及初始位置角标定方法，2019
‑
01
‑
24，201910068623.5
[0010][3]孙阳阳，电机初始位置角自动标定角度补偿方法及系统，2016
‑
10
‑
12，201610891993.5

技术实现思路

[0011]为了解决现有技术中的上述问题，即对转永磁同步电机定子绕组和转子均在旋转时无法测量转子初始位置角的问题，本专利技术提供了一种对转永磁同步电机转子初始位置检测方法，该方法包括：
[0012]步骤S10，在所述同步电机的转子绕组上设置旋转变压器
①
的转子，在定子绕组上设置旋转变压器
②
的转子，在电机机壳上设置旋转变压器
①
和旋转变压器
②
的定子；
[0013]步骤S20，通过旋转变压器
②
的转子获取所述同步电机的当前转子的绝对位置角θ2，固定所述同步电机的定子绕组，并通过旋转变压器
①
的转子获取所述同步电机的当前定子绕组的位置角θ
10
；
[0014]步骤S30，基于所述同步电机的定子电压u
BC
波形和经过D/A模块转化的转子位置角θ之间的关系，获得固定定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ
′0；
[0015]步骤S40，松开所述同步电机的定子绕组并转动，通过旋转变压器
①
的转子获得所述同步电机的定子绕组的绝对位置角θ1；
[0016]步骤S50，基于固定定子绕组下的所述同步电机的转子初始位置角θ
′0以及所述同步电机的定子绕组的位置角在固定定子绕组和转动定子绕组间的变化量，获得转动定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ0；
[0017]步骤S60，转动定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ0和同步电机的当前转子的绝对位置角θ2为所述同步电机转子初始位置。
[0018]在一些优选的实施例中，步骤S30包括：
[0019]步骤S31，基于所述同步电机的定子电压u
BC
波形与经过D/A模块转化的转子位置角θ呈现余弦函数的周期变化规律，设定固定定子绕组下的同步电机的转子位置角初值；
[0020]步骤S32，调整所述固定定子绕组下的同步电机的转子位置角初值，使所述同步电机的定子电压u
BC
的波峰与所述经过D/A模块转化的转子位置角θ的峰值对应，获得固定定子
绕组下的同步电机的转子初始位置角θ
′0。
[0021]在一些优选的实施例中，所述同步电机的定子电压u
BC
的波峰与所述经过D/A模块转化的转子位置角θ的峰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对转永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，该方法包括：步骤S10，在所述同步电机的转子绕组上设置旋转变压器
①
的转子，在定子绕组上设置旋转变压器
②
的转子，在电机机壳上设置旋转变压器
①
和旋转变压器
②
的定子；步骤S20，通过旋转变压器
②
的转子获取所述同步电机的当前转子的绝对位置角θ2，固定所述同步电机的定子绕组，并通过旋转变压器
①
的转子获取所述同步电机的当前定子绕组的位置角θ
10
；步骤S30，基于所述同步电机的定子电压u
BC
波形和经过D/A模块转化的转子位置角θ之间的关系，获得固定定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ
′0；步骤S40，松开所述同步电机的定子绕组并转动，通过旋转变压器
①
的转子获得所述同步电机的定子绕组的绝对位置角θ1；步骤S50，基于固定定子绕组下的所述同步电机的转子初始位置角θ
′0以及所述同步电机的定子绕组的位置角在固定定子绕组和转动定子绕组间的变化量，获得转动定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ0；步骤S60，转动定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ0和同步电机的当前转子的绝对位置角θ2为所述同步电机转子初始位置。2.根据权利要求1所述的对转永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，步骤S30包括：步骤S31，基于所述同步电机的定子电压u
BC
波形与经过D/A模块转化的转子位置角θ呈现余弦函数的周期变化规律，设定固定定子绕组下的同步电机的转子位置角初值；步骤S32，调整所述固定定子绕组下的同步电机的转子位置角初值，使所述同步电机的定子电压u
BC
的波峰与所述经过D/A模块转化的转子位置角θ的峰值对应，获得固定定子绕组下的同步电机的转子初始位置角θ
′0。3.根据权利要求2所述的对转永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，所述同步电机的定子电压u
BC
的波峰与所述经过D/A模块转化的转子位置角θ的峰值对应时，所述同步电机的电机转子磁场方向与定子绕组A相重合。4.根据权利要求1所述的对转永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，所述同步电机的定子绕组的位置角在固定定子绕组和转动定子绕组间的变化量，其表示为：Δθ1＝θ1‑
θ
10
其中，Δθ1为同步电机的定子绕组的位置角在固定定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，彭萌，颜朝鹏，高雪飞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：