[發(fā)明專利]一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置快速估算方法

在審

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• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115459664A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小科;焦寧飛;劉衛(wèi)國;涂文聰;劉皓東;馬崇釗
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/32;H02P25/022
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉濤

本發(fā)明公開了一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置快速估算方法，通過在電勵磁電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組反并聯(lián)二極管，運行前不加勵磁電流，在α/β兩相或abc三相靜止坐標系下，向定子繞組注入一周方波電壓信號，并在每個方波電壓信號注入結(jié)束時采集定子繞組電流，將其變換到與注入方波電壓信號相同方向后存入數(shù)組，并根據(jù)數(shù)組對應(yīng)電流最大或最小值進行轉(zhuǎn)子d軸負向或正向所在位置進行估算。該方法簡單可靠，可以有效減小數(shù)據(jù)運算量，估算精度較高，且根據(jù)響應(yīng)電流幅值可以直接完成轉(zhuǎn)子初始位置估算，不需要對轉(zhuǎn)子磁極進行二次辨識。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電機轉(zhuǎn)子初始位置快速估算方法。

背景技術(shù)

電勵磁同步電機具有功率密度較高、勵磁可調(diào)、故障條件下可滅磁等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于航空航天及其他工業(yè)領(lǐng)域。目前多采用基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方式實現(xiàn)對同步電機的高性能控制，這就需要獲取準確的轉(zhuǎn)子位置信息。傳統(tǒng)基于位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置獲取方式不僅增加了系統(tǒng)成本、尺寸和重量，而且對使用環(huán)境有著比較嚴格的要求，而這降低了其適用范圍和系統(tǒng)的可靠性。

轉(zhuǎn)子位置估算技術(shù)通過檢測電機三相繞組中攜帶轉(zhuǎn)子位置信息的電壓/電流等有效信號，并采用一定的控制算法來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置較為精準的估算，可以避免上述限制，代表了三相PMSM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。根據(jù)轉(zhuǎn)子位置估算技術(shù)的運行機理，主要分為零低速和中高速段下的兩類轉(zhuǎn)子位置估算方法，零低速段時主要根據(jù)電機凸極性并以輔助信號實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置信息的提取，中高速段主要通過基波反電動勢或電機的磁鏈來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置的估算。其中，中高速段的轉(zhuǎn)子位置估算技術(shù)較為成熟。

傳統(tǒng)零低速時進行轉(zhuǎn)子位置估算，主要利用電機凸極性，并注入高頻輔助電壓信號，通過提取包含轉(zhuǎn)子位置信息的響應(yīng)信號，對轉(zhuǎn)子位置進行估算。在零速靜止時的轉(zhuǎn)子位置估算還包括對轉(zhuǎn)子磁鏈方向的辨識。傳統(tǒng)零低速轉(zhuǎn)子位置估算步驟主要包括：1、旋轉(zhuǎn)或高頻信號注入；2、帶通濾波器對響應(yīng)信號進行提取；3、信號解調(diào)；4、低通濾波器獲取信號包絡(luò)；5、鎖相環(huán)或反正切法對轉(zhuǎn)子位置進行估算；6、初始轉(zhuǎn)子位置估算時需要對磁極極性進行二次辨識。

由上述步驟可以看出，傳統(tǒng)方法中對轉(zhuǎn)子初始位置辨識時，具有以下缺點：1、所用方法復(fù)雜，響應(yīng)信號數(shù)據(jù)運算量較大，對處理器要求較高；2、零速靜止狀態(tài)對磁極方向需要二次辨識。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置快速估算方法，通過在電勵磁電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組反并聯(lián)二極管，運行前不加勵磁電流，在α/β兩相或abc三相靜止坐標系下，向定子繞組注入一周方波電壓信號，并在每個方波電壓信號注入結(jié)束時采集定子繞組電流，將其變換到與注入方波電壓信號相同方向后存入數(shù)組，并根據(jù)數(shù)組對應(yīng)電流最大或最小值進行轉(zhuǎn)子d軸負向或正向所在位置進行估算。該方法簡單可靠，可以有效減小數(shù)據(jù)運算量，估算精度較高，且根據(jù)響應(yīng)電流幅值可以直接完成轉(zhuǎn)子初始位置估算，不需要對轉(zhuǎn)子磁極進行二次辨識。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置快速估算結(jié)構(gòu)，包括電勵磁電機和二極管組，所述二極管組由一個或多個二極管串聯(lián)或并聯(lián)組成，且二極管組的負極K和正極A分別與轉(zhuǎn)子勵磁繞組的正端E+和負端E-相連；

步驟2：在靜止坐標系下，不加勵磁電流，從任意起始位置θ₀開始，間隔固定電角度逆時針向電機定子繞組注入一周幅值相同、脈寬相同的方波電壓，其中N為選擇注入的點數(shù)；

具體為：在三級式同步起動/發(fā)電機靜止時，間隔固定電角度逆時針向電機定子繞組注入一周幅值為U₁，脈寬為T₁的方波電壓，每兩個電角度注入方波電壓的時間間隔T＞＞τ，其中τ為電機的電流響應(yīng)時間常數(shù)，以保證響應(yīng)電流在下個電角度注入電壓時下降到0；

式中，U表示注入的方波電壓，T_on表示注入方波電壓的脈寬；