[發(fā)明專利]估計同步磁阻電機啟動時的轉子角度和速度的方法及設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210039993.4
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN102647132A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 馬蒂·韋亞寧
• 申請（專利權）人: ABB公司
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒;李德山

技術領域

本發(fā)明涉及同步電機，并且涉及估計同步磁阻電機啟動時的轉子角度。

背景技術

同步電機是包括有轉子和定子的交流(AC)電機，其特征是轉子以與定子頻率同步的方式旋轉。同步電機有兩種主要類型：無勵磁的和直流勵磁的。磁阻電機屬于前一組。

在啟動同步電機之前，通常必須知道電機轉子的初始角度和速度。例如能夠通過使用位置傳感器來檢測初始角度和速度。然而，位置傳感器給系統(tǒng)增加了成本和不可靠性。因此，還開發(fā)了無位置傳感器控制方法。

在無位置傳感器控制中，通常在每次啟動時都必須對速度和角度進行檢測。傳統(tǒng)上，利用直流(dc)磁化(DC旋轉法)來強加初始角度，或者，在凸極電機的情況下，用信號注入法(AC注入法)來檢測初始角度。這兩種方法都可用于同步磁阻電機(SYRM)的啟動過程中。

與以上方法相關聯(lián)的問題是：盡管已提出信號注入方法也用于檢測旋轉的轉子的轉子速度和角度，然而以上方法僅能用于靜止狀態(tài)下的轉子。被設計為利用永磁同步電機(PMSM)的旋轉的轉子進行同步的啟動方法通常基于對旋轉的永磁體通量的反電勢(back-EMF)電壓的確定，但是在SYRM中不存在這種通量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種方法以及用于實施該方法的設備，以便解決以上的問題。本發(fā)明的目的是由特征為獨立權利要求中所陳述的內容的方法和設備來實現(xiàn)的。在從屬權利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

可以通過使用對轉子的凸極加以利用的數(shù)學電機模型來確定SYRM的轉子的角度和速度。需要提前知道轉子的凸極。轉子可以是旋轉著的或者是靜止的。在已知直軸(d軸)電感和/或交軸(q軸)電感的情況下，假設電機中有定子通量，則可以從SYRM的計算電壓和電流模型中導出轉子位置。

本公開的方法和布置的優(yōu)點是：旋轉的或者靜止的轉子僅需要一個啟動過程。

另一個優(yōu)點是：與AC注入法或DC旋轉法相比，本方法在顯著更短的時間段內啟動了電機。所提出的方法用于檢測角度和速度的估計持續(xù)時間可以小于20ms。典型的AC注入法需要100ms。DC旋轉法可能要用幾秒來完成。

在啟動過程之后，d軸被磁化而控制在運行。由于在除d軸方向以外的方向上通量小，所以本方法不影響電機的旋轉速度。因此，啟動是平穩(wěn)的。

附圖說明

以下將參照附圖借助于優(yōu)選實施例對本公開進行更詳細的描述，在附圖中：

圖1a、圖1b和圖1c示出了d軸定向的轉子定向矢量和定子電流的根據(jù)轉子角度的軌跡；

圖2示出了適于估計同步磁阻電機的轉子速度的PLL的簡圖；

圖3示出了可以應用本公開的方法的布置。

具體實施方式

在如永磁電機和感應電機的電機類型中，轉子通量分量不會是可根據(jù)定子電壓積分明確地確定的。在SYRM中沒有永磁體通量，因此定子通量和定子電流通過轉子坐標系中的電感關系彼此直接約束。

轉子坐標系中的電感由兩個分量表示：d軸電感分量L_d和q軸電感分量L_q。這兩個參數(shù)之間的差是磁阻電機的操作的基礎。

如果所述電感分量中的至少一個是已知的，那么即使在啟動時也可以對同步磁阻電機的轉子定向(rotor?orientation)進行估計。首先感生初始定子通量。然后確定定子通量和定子電流的值。然后，基于定子通量、定子電流和已知的轉子電感分量，可以形成對轉子定向的第一估計。可以從定子通量與電感分量L_q和定子電流的乘積之間的差計算出直軸定向的轉子定向矢量如下：