[發明專利]對轉永磁同步電機轉子初始位置檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202210043326.7
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114362628A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張劍;彭萌;顏朝鵬;高雪飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02P21/32
• 分類號: H02P21/32;H02P6/16
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;屠曉旭

本發明屬于轉子位置角檢測領域，具體涉及了一種對轉永磁同步電機轉子初始位置檢測方法及系統，旨在解決對轉永磁同步電機定子繞組和轉子均在旋轉時無法測量轉子初始位置角的問題。本發明包括：在電機轉子和定子上設置旋轉變壓器的轉子，在機殼上設置旋轉變壓器的定子，獲取當前轉子絕對位置角θ₂；固定定子繞組，獲得當前定子繞組位置角θ₁₀，獲取固定定子繞組下轉子初始位置角θ′₀；轉動定子繞組，獲得當前定子繞組的絕對位置θ₁；結合θ₁₀到θ₁的變化量和θ′₀，獲取轉動定子繞組下電機的轉子初始位置角θ₀；θ₀和θ₂為同步電機轉子初始位置。本發明利用雙旋轉變壓器實現對轉永磁同步電機定子繞組和轉子均在旋轉的情況下的轉子初始位置角的測量。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機控制技術中轉子位置角檢測領域，具體涉及了一種對轉永磁同步電機轉子初始位置檢測方法及系統。

背景技術

水下航行器航行過程中需要穩定姿態，因此大多采用對轉螺旋槳推動系統以克服陀螺效應，對轉永磁同步推進電動機因為沒有電刷、換向器和齒輪，有兩個機械輸出端口，可直接驅動對轉螺旋槳推進系統，功率大，可靠性高，轉矩脈動小、散熱效果好，徑向拉力和軸向拉力小，無陀螺效應等優良性能，因此在船艦、水下航行器等電力推進領域廣泛應用。

為了保證電機的平滑旋轉以及對電機的精確控制，不僅需要控制定子電樞電流，而且需要時刻準確的檢測電機轉子位置角。高性能永磁同步電機驅動系統通常采用轉子磁場矢量控制，采用坐標變換方法，將定子電流從三相靜止坐標(ABC)變換到兩相旋轉坐標(dq)下，將電機定子電流解耦為兩個獨立的分量：勵磁電流分量和轉矩電流分量，然后分別加以控制，而永磁同步電機轉子位置角是實現定子電流解耦控制的必要條件。轉子位置角一般定義為旋轉坐標系下的轉子磁極(d軸)與三相靜止坐標系下的A軸的夾角，當兩軸重合(轉子位置角為0°)時，安裝在轉子上的位置角傳感器此時輸出的絕對位置角即為轉子初始位置角。

目前多采用的方法是磁極預定位法，給定子繞組上施加一個d軸方向的電流矢量，迫使轉子磁極旋(d軸)與A軸重合后停止，進而獲取轉子的初始位置角。但是，采用這種檢測位置角的方式，由于永磁同步電機定轉子磁場產生轉矩機理與二者夾角正弦值成正比，當角度接近零時，輸出轉矩同時趨于零；同時由于永磁同步電機的定位轉矩(齒槽轉矩)的存在，使得檢測的角度難以達到絕對零點，從而在一定程度上影響了轉子初始位置角的檢測精度。

一些文獻提出了一種調整內置式永磁同步電機轉子初始位置角的方法及系統[1]，通過多次更新磁鏈位置角，并設定閾值，判斷能使得轉子正向轉動的正交軸電流與反向轉動的負交軸電流的差值，提高轉子初始位置角檢測的精度。但是，該方法算法實施過于復雜，計算量較大，并且設定了誤差閾值，無法沒有精準的獲得轉子初始位置角。另一些文獻提出了一種永磁同步電機轉子位置角檢測及初始位置角標定方法[2]，通過電機定子線電壓u_BC關于轉子位置角θ呈現余弦函數的周期變化規律，在示波器上分別記錄定子線電壓u_BC波形與經過D/A模塊轉化輸出轉子位置角θ，先人為設定轉子位置角初值并調整，最終使得線電壓u_BC的波峰與轉子位置角θ的峰值相對應，進而獲得轉子初始位置角。該方法借助于示波器，角度輸出D/A轉化模塊，提高了轉子初始位置角的精度。還有一些文獻提出了一種電機初始位置角自動標定角度補償方法及系統[3]，根據電機的輸入功率、AB線電壓及A相電流得到A相的功率因數角，并根據電機的轉速得到電角頻率，并根據所述電角頻率和所述功率因數角得到A相的內功率因數角，對電機轉子初始位置角進行補償，最終得到電機初始位置角。但該方法依賴于電機的輸入功率P、線電壓UAB測量和A相電流的準確測量，另外，在電機臺架上為驅動控制器提供強電，選取合適的恒扭矩/恒轉速工況，再利用功率分析儀等設備實時采集電機的輸入功率P、AB線電壓UAB和A相電流I，上述特殊要求限制了該類方法應用的場景。