[發明專利]啟動同步電機的系統和方法

在審

• 申請號: 201610987245.7
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN108063574A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 王微子
• 申請（專利權）人: 密克羅奇普技術公司
• 主分類號: H02P21/34
• 分類號: H02P21/34;H02P21/13
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 龔偉;李鶴松

為了避免風車式轉動的PMSM在啟動時發生控制故障，本發明在啟動之前確定初始速度和位置。控制器使用具有速度PI控制回路、弱場控制、電流PI控制回路和速度觀測器的FOC例程。當所述控制器接收指令啟動所述PMSM時，所述控制器延遲啟動并執行“估計”階段，在所述“估計”階段中，所述控制器執行所述FOC例程，但所述速度PI控制回路和所述弱場控制被禁用。所述估計階段被重復多次，并且估計值通過連續迭代向實際速度和位置收斂。當所估計的速度和位置值穩定后，使用所述估計值作為用于驅動所述PMSM的初始速度和位置來啟動所述電機。其中所述速度PI控制回路和所述弱場控制被啟用后，所述FOC例程用于驅動所述PMSM。

技術領域

本公開整體涉及同步電機的啟動，所述同步電機在啟動之前易于旋轉，更具體地講，涉及三相永磁同步電機(PMSM)，所述PMSM不具有用于接收有關其轉子的初始位置(角度)和/或旋轉速度的信息的傳感器，但所述PMSM可在啟動時風車式轉動。

背景技術

與同類的其他電機相比，永磁同步電機(PMSM)的功率密度高、動態響應快并且效率高，因而是設備制造商的最常見選擇。在PMSM中，轉子場速度必須等于定子(電樞)場速度(即，同步)。轉子場和定子場之間不同步可能造成電機停止，因此了解轉子的速度和位置對于避免此類電機中的控制故障至關重要。確定轉子的位置和速度的常規方法包括使用編碼器，諸如解析器編碼器、增量ABZ編碼器、絕對位置編碼器以及正弦/余弦編碼器，但是這些編碼器會增加成本和空間要求。有時也使用霍爾效應傳感器，但是這些傳感器會增加成本，并且可靠性較低。也可使用三相電機端電壓傳感電路，但是這些電路需要使用控制器操作電機的資源。例如，傳統控制方法涉及在六步式進程中驅動定子，以便在產生的轉矩上生成振動。在這種六步式控制中，將一對繞組通電，直到轉子到達下一個位置，然后對電機換向至下一步。可使用霍爾傳感器來確定轉子的位置，以便對電機電子換向。

為了降低成本，通常使用不具有編碼器和霍爾傳感器的電機(被稱為“無傳感器電機”)。為了補償缺乏這些傳感器的情況，無傳感器電機可實現這樣的算法：使用在定子繞組中生成的反EMF(反電動勢)來確定轉子位置。其他無傳感器電機使用速度觀測器來估計驅動過程中的轉子速度和位置。然而，在一些應用中，即使在電機控制器停止操作之后，電機仍可能旋轉。也就是說，在控制器已停止操作電機之后，電機可通過外部負載轉矩旋轉，或者電機可因自身的慣性而保持旋轉。這類電機通常不具有在不再被驅動時阻止電機旋轉的剎車。當轉子能夠在啟動前自行旋轉(即，易于風車式轉動)時，控制器不清楚轉子在啟動時的初始位置和速度。雖然無傳感器電機在被驅動時能夠使用反EMF或速度觀測器來確定或估計轉子位置和/或速度，但這些方法不會提供有關在電機啟動之前風車式轉動的電機的初始速度和位置的信息。

一些無傳感器電機使用磁場定向控制(FOC)矢量算法，而不測量電機速度、位置、轉矩和電壓。這種方法在以下應用中較為常見：空調設備、吊扇、泵、電動自行車、烘手機、風能發電機和無人飛行器(如無人機)。通常使用電機控制器/微控制器(“MCU”)和反相器來驅動此類PMSM。由于在控制器啟動這些電機之前，電機的轉子可具有初始“自由運行”速度，因此初始自由運行速度和轉子位置對于控制器/MCU而言是未知的。這使得難以順利運行電機，同時還降低了PMSM的無傳感器FOC的適用性。

有效控制PMSM需要知道電機啟動時PMSM的初始位置和速度。現有系統使用編碼器或霍爾傳感器來測量速度/位置，或使用附加的傳感電路來測量電機相電壓。這些方法增加了系統的復雜性和成本。本領域需要的是一種經濟的方法和系統，用于在啟動之前，傳感器讀數尚未提供有關PMSM的位置和/或速度的信息時，估計PMSM的位置和/或速度。

發明內容