永磁马达起始磁极的侦测方法技术

一种永磁马达起始磁极的侦测方法，首先依据马达参数决定一个施加到定子的ＰＷＭ脉宽Ｄｔ；依序输出六种电压向量至定子；计算各个电压向量所产生的电流上升时间；对比上升时间以得到一个初步转子位置；接着重复输出六种电压向量至定子并再计算转子位置；对比两次对正磁极的结果，如果相同则侦测完毕；如果不同则重复六种连接法的电压输入，直到两次结果相同为止。其中可设定电流准位大于马达额定电流，例如为马达额定电流的１６０％，以利于比较上升时间的长短；如果马达额定电流大于驱动器额定电流，则电流准位可以设定为驱动器额定电流的１６０％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种，特别涉及一种 利用电压脉冲的永》兹马达起始；兹极的侦测方法，其中电压脉冲与马达 参数相关。
技术介绍
随着工业升级与产业自动化的必然趋势，伺服马达在工业应用上，如CNC工具机、机械手臂、产业机械、电梯、冷气航空制动器等等， 均需马达精密控制与驱动。近年来由于微处理器及电力组件技术大幅 提升，使得比较复杂的控制理论方法得以实践，进而使控制性能大幅 地提升。7夂石兹式交;危伺月艮马达(permanent magnet AC servo motor)由变步贞 器(inverter)通过脉宽调制(pulse width modulation) 在马达的定子 造成一个旋转磁场，它与转子永久;兹铁所造成的^兹场相互作用而产生 旋转扭矩。而永磁马达驱动控制技术是依据马达转子所在位置，由此 改变变频器的开关状态，产生合适的定子旋转磁场，使马达产生平滑 的旋转磁场。由于转子的永久磁铁起始位置是随机而未知的，造成马 达启动时，转子可能产生正转或反转。然而，诸如在电梯等应用场合 并不允许马达启动时反转，因此必须侦测转子的永久磁铁起始位置， 以避免此反转的情形。永磁马达侦测起始磁极的方法主要可分为高频输入法(HFI)及电 压脉冲输入法两种。高频输入法有计算复杂、d-q轴电感需已知、无法 分辨±180°电子角等问题。传统的电压脉沖是利用不同转子位置时， 因电感不同而产生不同的电流上升斜率，比较此上升电流即可得到起 始磁极位置。但是电压脉冲输入法对于马达参数的依赖性过高，如果 上升时间的设定不正确会造成马达线圈损坏，过低又会造成起始磁极侦测不正确。因此如果能发展出 一套可快速、准确判断永^ 兹马达起始磁极的方法，则可大幅提升永磁马达的性能及稳定性；另外该永磁马达起始磁 极的侦测方法最好对参数的依赖性不高，并且可以适用于任何马达。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，是提供一种可快速准确判断永磁马达起始磁 才及的方法。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种永》兹马达起始磁极的侦测 方法，首先依据马达参数决定一个施加到定子的PWM脉宽Dt;依序 输出六种电压向量至定子；计算各个电压向量所产生的电流上升时间； 接着对比上升时间以得到一个转子位置。为了达到上述的目的，本专利技术的中， 可接着重复输出六种电压向量至定子并再计算转子位置；对比两次对 正磁极的结果，如果相同则侦测完毕；如果不同则重复六种连接法的 电压输入，直到两次结果相同为止。为了达到上述的目的，本专利技术的永》兹马达起始磁极的侦测方法中， 可"i殳定电流准位大于马达额定电流，例如为马达额定电流的160%,以 利于比较上升时间的长短；如果马达额定电流大于驱动器额定电流， 则电流准位可以设定为驱动器额定电流的160%。#4居上述的永》兹马达起始/f兹极的侦测方法，能够快速准确地判断 永石兹马达的起始石兹极。附图说明图1A及图1B为永磁马达定子磁场与转子磁场的示意图；图2为永磁马达中磁通与电流的关系图；图3为定子电感不同的情况下，电流与时间的关系图；图4所示为永-磁马达运转前，三相绕组的六种偏压方式；图5所示为马达的等效电路图；图6为马达线圏激石兹时的电流波形；图7为使用PWM (脉冲宽度调制)的方式输入电压的示意图； 图8为PWM脉宽的中断时间Ts与PWM脉宽Dt的关系示意图； 图9为依据本专利技术的流程图。具体实施方式有关本专利技术的
技术实现思路
及详细说明，现配合图式说明如下请参阅图1A及图1B所示，为永磁马达定子磁场与转子磁场的示 意图，其中转子磁场由永久磁铁产生，定子-兹场则由外加电源建立， 因此可将定子》兹场方向-见为已知。当定子磁场与转子;兹场方向相反时， 则合成磁场是未饱和的(线性)；反之，当定子磁场与转子磁场方向相 同时，合成磁场是饱和的。合成磁场是否饱和会影响定子电感大小， 因此可由此特性来侦测永》兹马达转子的起动位置。参阅图2所示，为永磁马达中磁通与电流的关系图，可以看出合 成磁场是否饱和对定子电感大小的影响，当合成磁场饱和时电感较小； 反之，当合成磁场未饱和时，电感较大。定子电感变大则时间常数较 大，使得加外相同电压时，电流上升的速度较慢。参阅图3所示，是在定子电感不同的情况下电流与时间的关系图。 可看出在合成磁场饱和与未饱合的情形下，因为电感的不同，电流上 升至同 一个准位的时间也不一致，由此得以侦测永磁马达起始磁极位 置。换言之可以利用上述转子在不同位置会有不同的定子电感，造成 不同的电流上升时间的原理，侦测永;兹马达起始》兹极位置。图4所示 为永f兹马达运转前三相绕组的六种偏压方式。以图4所示的六种方式 在定子的三相绕组U、 V、 W上加入偏压电压Vdc，由此在各相绕组 U、 V、 W上产生正、负^f及性的触发^K沖；再分别测量此六种偏压方 式产生电流的上升时间，以得到转子与定子的相对起始位置。图5所示为马达的等效电路图，而图6为马达线圈激磁时的电流 波形，其中^为马达的线圈电阻，l为电感，^为总线(bus)电压。 为马达的额定电流，4" = L" x 160% 。令"0 =厶w ，可算出上升时间<formula>formula see original document page 2</formula>由图6可以看出，如果电感越小则电流上升速度越快，也就是上 升时间越短，因此可以依据图4所示的六种偏压方式加上触发脉冲， 再测量电流上升时间，上升时间最短的就是转子所对正的定子磁极， 因此可以得到永磁马达转子的起动位置。至于电流准位4^的设定，因 为上升的电流准位不大时，不易比较出上升时间的长短，因此设定电 流准位为马达额定电流的160%(如果马达额定电流大于驱动器额定电 流，则以驱动器额定电流的160%为准位)。另外为了简化计算，可将电阻W的电压降忽略，即可将上式简化 得到 <formula>formula see original document page 2</formula>为避免电流上升过快，造成程序侦测的困难，因此电压的输入不 可使用功率开关全开或全关的方式来导通，必需利用PWM(脉冲宽 度调制)的方式输入电压。参见图7，为使用PWM (脉冲宽度调制) 的方式输入电压的示意图。因为不同的马达有不同的马达参数，所以 上升时间也会不同，因此PWM脉宽的设计需随着马达参数而改变。 参见图8,为PWM脉宽的中断时间Ts与PWM月永宽Dt的关系示意图。 首先，将一次PWM脉宽的中断时间Ts细分为256等分，之后将上升 时间tr拆分为32次PWM中断完成(参见图7所示)，其中 ^"i"2+…+^+^。此时可算出PWM脉宽Dt:在上式中，D万为防止驱动功率开关上下臂短路的失效时间(dead time)(例如可以为4jbtS)， CF为驱动器的最大载波频率(carry frequency )。参见图9，为依据本专利技术的永磁马达起始;兹极的侦测方法流程图， 首先依据马达参数及驱动器的最大载波频率计算出PWM脉宽Dt (步 骤100);接着如图4的架构依次输出六种电压向量至定子(步骤102); 接着计算各个电压向量所产生的电流上升时间(步骤104);接着对比 上升时间以得到转子位置(步骤106);接着重复步骤10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁马达起始磁极的侦测方法，所述永磁马达包含定子及转子且定子具有三相绕组，所述永磁马达由一个驱动器驱动，所述方法包括下述步骤：（ａ）决定施加到定子的ＰＷＭ脉宽Ｄｔ；（ｂ）依序输出六种电压向量至定子；（ｃ）计算各个电压向量所产生的电流上升时间；及（ｄ）对比所述上升时间以得到转子位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李振业，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]