[發(fā)明專利]同步電機扭矩檢測轉(zhuǎn)子初始定位裝置及方法

有效

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• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103607157A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜建國;徐亞軍;戴鵬;羅*;喬樹通
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種同步電機扭矩檢測轉(zhuǎn)子初始定位裝置，更具體地說，設(shè)計利用扭矩大小來判斷電機轉(zhuǎn)子的初始位置裝置及方法。

背景技術(shù)

同步電機具有啟動力矩大的特點。轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確初始定位是實現(xiàn)同步電機最大轉(zhuǎn)矩啟動的必要條件。現(xiàn)有的方法有絕對值編碼器法、電壓模型法和轉(zhuǎn)矩電流法。

絕對值編碼器法是利用絕對值編碼器的特點，電機在啟動時可以直接從絕對值編碼器上讀取轉(zhuǎn)子位置信息。這種方法簡單可靠。缺點是硬件的投入以及第一次安裝時存在的校準(zhǔn)問題。

電壓模型方法是在電勵磁同步電機領(lǐng)域廣泛使用的一種方法。轉(zhuǎn)子投入勵磁的瞬間在定子側(cè)感應(yīng)出電動勢，電壓模型方法是對電動勢進(jìn)行積分來計算出轉(zhuǎn)子位置的。這種方法需要定子側(cè)的電壓傳感器，僅適用于電勵磁同步電機，永磁同步電機無法使用。

轉(zhuǎn)矩電流法是在電機空載時可以使用的一種方法。電機空載、轉(zhuǎn)子勵磁情況下，定子通入一定量的直流電流。加入轉(zhuǎn)子位置和給定定子磁場不一致，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到定子磁場位置。該方法僅可用于空載場合，而且需要轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種實現(xiàn)簡單、易調(diào)試、精度高、可靠性強同步電機轉(zhuǎn)子初始定位裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種同步電機扭矩檢測轉(zhuǎn)子初始定位裝置，包括：依次連接的轉(zhuǎn)矩傳感器、A／D轉(zhuǎn)換模塊、控制器、D／A轉(zhuǎn)換模塊和電流發(fā)生器；

矩傳感器的輸入端用于連接同步電機的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號；

轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出端連接到A／D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號通過A／D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號；

A／D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接到控制器的輸入端，表示轉(zhuǎn)矩大小的數(shù)字量信號被送入控制器進(jìn)行處理；

控制器的輸出端連接到D／A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，控制器將產(chǎn)生的電流矢量給定數(shù)字信號傳輸于D／A轉(zhuǎn)換模塊；

D／A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接到電流發(fā)生器的輸入端，D／A轉(zhuǎn)換模塊將控制器傳輸過來的電流矢量給定數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電流矢量給定模擬信號，并傳輸于電流發(fā)生器；

電流發(fā)生器根據(jù)D／A轉(zhuǎn)換模塊傳輸來的電流矢量給定模擬信號產(chǎn)生電流矢量作用于同步電機上。

優(yōu)選地，控制器通過D／A轉(zhuǎn)換模塊調(diào)節(jié)電流發(fā)生器產(chǎn)生不同方向的電流矢量施加在同步電機的定子上。

優(yōu)選地，系統(tǒng)上電后轉(zhuǎn)子勵磁，同步電機的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)矩模擬量信號，通過A／D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入控制器；電流發(fā)生器的電流矢量幅值根據(jù)同步電機的帶載情況來確定；電流發(fā)生器的產(chǎn)生的電流矢量幅值不變，基本坐標(biāo)軸任意設(shè)定，根據(jù)預(yù)設(shè)的頻率產(chǎn)生三相正弦信號施加在電機定子上，同步電機的轉(zhuǎn)子相應(yīng)的會產(chǎn)生一個正弦的轉(zhuǎn)矩信號；

判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點和轉(zhuǎn)矩信號的零點相位差是否為零，如果不為零，則根據(jù)基本坐標(biāo)軸的原點和轉(zhuǎn)矩信號的零點相位差來修正基本坐標(biāo)軸的原點，然后重新判斷電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點和轉(zhuǎn)矩信號的零點相位差是否為零，直至相位差為零即完成轉(zhuǎn)子初始定位。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種同步電機扭矩檢測轉(zhuǎn)子初始定位方法，包括如下步驟：

步驟1：系統(tǒng)上電，完成初始化；

步驟2：同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁，控制器通過D／A轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生電流矢量信號施加在同步電機的定子上；

步驟3：轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)矩大小的模擬量信號，通過A／D轉(zhuǎn)換模塊被控制器采集；

步驟4：控制器比較發(fā)出的電流矢量信號和采集來的轉(zhuǎn)矩信號，判斷轉(zhuǎn)矩信號的原點和電流矢量信號的原點是否重合；如果重合則定位結(jié)束，如果不重合則根據(jù)所述發(fā)出的電流矢量信號和采集來的轉(zhuǎn)矩信號的差值修正電流矢量基本坐標(biāo)軸的原點，重新執(zhí)行步驟2、步驟3和步驟4。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本裝置采用扭矩傳感器和電流發(fā)生器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始定位，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，初始定位精度高、噪音小、無需電機轉(zhuǎn)動、運行可靠，而且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，不僅適用于電勵磁同步電機，也適用于永磁同步電機。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1是本發(fā)明的電路原理結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明初始定位流程圖。

圖中：U1-轉(zhuǎn)矩傳感器，U2-A／D轉(zhuǎn)換模塊，U3-控制器，U4-D／A轉(zhuǎn)換模塊，U5-電流發(fā)生器。

具體實施方式