一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法及装置

摘要

本发明提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法，所述方法包括：给定参考电压角度θgiven，结合给定参考电压幅值Vref，生成参考电压矢量；所述参考电压矢量经过SVPWM，转化为驱动信号，驱动转子侧PWM变换器，生成交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上；获取双馈电机的转子机械角n×θrotor；获取定子电压矢量角θ1；用所述定子电压矢量角θ1减去所述转子机械角n×θrutor和给定参考电压角度θgiven，得到转子初始位置角θinital；其中，n为双馈电机的极对数。本发明还提供一种双馈电机转子初始位置角的自动检测装置。采用本发明所述方法及装置，能够实现双馈电机转子初始位置角的自动检测。

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法及装置。

背景技术

交流异步电机或同步电机，为实现精确的转矩控制，常常采用交流电机矢量控制技术，为了保证交流电机矢量控制的精度，必须准确定位电机转子绕组位置角。

参见图1，为双馈电机转子绕组位置角示意图。

双馈电机包括定子绕组1a、转子绕组1b、以及电机轴1c。A、B、C为定子三相，a、b、c为转子三相。当双馈电机运行时，定子A、B、C三相的位置是固定不变的，而转子a、b、c三相的位置跟随电机运行而变化。

某一时刻转子绕组位置角即为双馈电机定子A相轴与转子a相轴之间的夹角。

所述转子绕组位置角由两部分组成，一是转子的初始位置角，二是转子转动的相对角度。

参见图2A和图2B，分别为现有技术双馈电机转子绕组位置角的测定装置结构图和电路图。

所述装置包括：双馈电机2a、连轴器2b、增量式光电编码器2c。通过连轴器2b将旋转编码器2c与双馈电机2a的转子同轴连接。

增量式光电编码器2c输出A、B、Z三种脉冲信号。当转轴顺时针旋转时，A脉冲信号超前B脉冲90°；逆时针方向旋转时，B信号超前A信号90°。同时，旋转编码器2c每旋转一周在确定的某一固定位置输出一次Z脉冲信号(即零位信号)。

现有常用的方法是，使用计数器计算A脉冲数，当检测到Z脉冲时，将计数器清零，以单极对电机为例，由式(1)计算转子绕组位置角：

要准确定位转子绕组位置角，必须确定电机从定子和转子轴线重合转动到Z脉冲信号位置时计数器值。因此，只有准确获取转子的初始位置角，才能得到转子在零位时的计数器值，进一步确定转子绕组位置角。

参见图3，为双馈电机转子初始相位角示意图。

所述转子初始位置角即为转子a相与零位脉冲位置之间的夹角。

现有技术中测定转子初始相位角的方法为：以单极对电机为例，将编码器固定安装到电机转子轴上，转动转子和与转子同轴连接的编码器，记下编码器发出Z脉冲信号的位置(位置1)。然后，如图2B所示，在转子a相和b相间，定子A相和B相间同时加直流电压，此时，转子磁场和定子磁场相互作用，转子自动旋转到A相轴线和a相轴线重合位置(位置2)。位置1和位置2的夹角，即为定子转子初始位置夹角。

但是，上述现有技术的缺点在于，需要人工操作、增加额外设备和电源，测定过程很不方便，容易产生差错。

同时，当替换编码器时，需要重新确定转子初始相位角，并修改程序中对应数值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法及装置，能够实现对转子初始位置角的自动检测功能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法，所述方法包括：

给定参考电压角度θ_given，结合给定参考电压幅值V_ref，生成参考电压矢量；

所述参考电压矢量经过SVPWM，转化为驱动信号，驱动转子侧PWM变换器，生成交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上；

获取双馈电机的转子机械角n×θ_rotor；

获取定子电压矢量角θ₁；

用所述定子电压矢量角θ₁减去所述转子机械角n×θ_rutor和给定参考电压角度θ_given，得到转子初始位置角θ_inital；

其中，n为双馈电机的极对数。

优选地，得到转子初始位置角θ_inital之后进一步包括：

分别给定转子电压矢量角θ_S1和获取转子电流矢量角θ_S2；

根据转子电压矢量角θ_S1和转子电流矢量角θ_S2，计算得到误差角θ_err，具体为$>{\theta }_{\mathrm{err}}=\frac{\pi }{2}-({\theta }_{S1}-{\theta }_{S2});$>

根据计算得到的误差角θ_err，校正计算得到的所述转子初始位置角θ_inital，得到校正后的转子初始位置角θ_inital′，具体为$>{\theta }_{\mathrm{inital}}^{\prime }{=\theta }_{\mathrm{inital}}+(\frac{\pi }{2}-{\theta }_{\mathrm{err}}).$>

优选地，所述双馈电机的转子处于运动状态或至少转一圈。

本发明还提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测装置，所述装置包括：参考电压角度给定单元、参考电压幅值给定单元、第一乘法器、SVPWM、转子机械角获取单元、定子电压矢量角获取单元、以及第一比较器。

所述参考电压角度给定单元，用于给定参考电压角度θ_given，输出至第一乘法器的输入端和第一比较器的负输入端；

所述参考电压幅值给定单元，用于给定参考电压幅值V_ref，输出至第一乘法器的输入端；

所述第一乘法器，用于将给定参考电压角度θ_given和给定参考电压幅值V_ref相乘，输出参考电压矢量至所述SVPWM；

所述SVPWM，将参考电压矢量转化为驱动信号，发送至转子侧PWM变换器；

转子机械角获取单元，获取转子机械角速度n×θ_rutor，输出至第一比较器的负输入端；

所述定子电压矢量角获取单元，获取定子电压矢量角θ₁，输出至第一比较器的正输入端；

第一比较器，用定子电压矢量角θ₁减去转子机械角n×θ_rutor和给定参考电压角度θ_given，输出转子初始位置角θ_inital；

其中，n为双馈电机极对数。

优选地，所述装置进一步包括：转子电压矢量角给定单元、转子电流矢量角获取单元、常值给定单元、第二比较器、以及第三比较器；

所述转子电压矢量角给定单元，给定转子电压矢量角θ_S1，输入第二比较器的负输入端；

所述转子电流矢量角获取单元，获取转子电流矢量角θ_S2，输入第二比较器的正输入端。

所述常值给定单元，用于给定常值π/2，输出至第二比较器的正输入端和第三比较器的正输入端；

所述第二比较器，用常值π/2减去转子电压矢量角θ_S1，再加上转子电流矢量角θ_S2，输出误差角θ_err，输出至第三比较器的负输入端；

所述第三比较器的正输入端接所述第一比较器的输出端，接收转子初始位置角θ_inital；

所述第三比较器，用转子初始位置角θ_inital加上给定常值π/2，再减去误差角θ_err，输出校正后的转子初始位置角θ_inital′；

其中，n为双馈电机的极对数。

本发明还提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法，所述方法包括：

获取双馈电机的转子机械角n×θ_rotor；

获取电网电压矢量角θ₂和电网电压幅值V_R；

通过θ_given＝θ₂-θ_inital-n×θ_rotor，计算得到给定参考电压角度θ_given；

以所述电网电压幅值V_R为幅值、以所述给定参考电压角度θ_given为相角，生成参考电压矢量；

所述参考电压矢量经过SVPWM，转化为驱动信号，驱动转子侧PWM变换器，生成交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上；

获取定子电压矢量角θ₁；

用所述电网电压矢量角θ₂减去所述定子电压矢量角θ₁，得到电网电压与定子电压的相角差Δθ；

对所述电网电压与定子电压的相角差Δθ进行比例积分，转化为转子初始位置角θ_inital；

其中，n为双馈电机的极对数；初始时刻转子初始位置角θ_inital为0。

优选地，得到转子初始位置角θ_inital之后进一步包括：

分别给定转子电压矢量角θ_S1和获取转子电流矢量角θ_S2；

根据转子电压矢量角θ_S1和转子电流矢量角θ_S2，计算得到误差角θ_err，具体为$>{\theta }_{\mathrm{err}}=\frac{\pi }{2}-({\theta }_{S1}-{\theta }_{S2});$>

根据计算得到的误差角θ_err，校正计算得到的所述转子初始位置角θ_inital，得到校正后的转子初始位置角θ_inital′，具体为$>{\theta }_{\mathrm{inital}}^{\prime }{=\theta }_{\mathrm{inital}}+(\frac{\pi }{2}-{\theta }_{\mathrm{err}}).$>

优选地，所述双馈电机的转子为静止状态或运动状态。

本发明还提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测装置，所述装置包括：转子机械角获取单元、电网电压矢量角获取单元、电网电压幅值获取单元、定子电压矢量角获取单元、第五比较器、PI控制器、第四比较器、第二乘法器、以及SVPWM；

所述转子机械角获取单元，获取转子机械角速度n×θ_rutor，输出至第四比较器的负输入端；

所述电网电压矢量角获取单元，获取电网电压矢量角θ₂，输出至第四比较器的正输入端和第五比较器的正输入端；

所述电网电压幅值获取单元，获取电网电压幅值V_R，输出至第二乘法器；

所述定子电压矢量角获取单元，获取定子电压矢量角θ₁，输出至第五比较器的负输入端；

所述第五比较器，用电网电压矢量角θ₂减去定子电压矢量角θ₁，输出电网电压与定子电压的相角差Δθ，至所述PI控制器。

所述PI控制器，对电网电压与定子电压的相角差Δθ进行比例积分，得到转子初始位置角θ_inital，输出至第四比较器的负输入端；

所述第四比较器，用电网电压矢量角θ₂减去转子初始位置角θ_inital和转子机械角n×θ_rutor，输出给定参考电压角度θ_given至第二乘法器；

第二乘法器，将接收到的给定参考电压角度θ_given和电网电压幅值V_R相乘，输出参考电压矢量至SVPWM；

所述SVPWM，将参考电压矢量转化为驱动信号，发送至转子侧PWM变换器。

优选地，所述装置进一步包括：转子电压矢量角给定单元、转子电流矢量角获取单元、常值给定单元、第二比较器、以及第三比较器；

所述转子电压矢量角给定单元，给定转子电压矢量角θ_S1，输入第二比较器的负输入端；

所述转子电流矢量角获取单元，获取转子电流矢量角θ_S2，输入第二比较器的正输入端；

所述常值给定单元，用于给定常值π/2，输出至第二比较器的正输入端和第三比较器的正输入端；

所述第二比较器，用常值π/2减去转子电压矢量角θ_S1，再加上转子电流矢量角θ_S2，输出误差角θ_err，输出至第三比较器的负输入端；

所述第三比较器的正输入端接第五比较器的输出端，接收转子初始位置角θ_inital；

所述第三比较器，用转子初始位置角θ_inital加上给定常值π/2，再减去误差角θ_err，输出校正后的转子初始位置角θ_inital′。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的第一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法及装置，通过给定参考电压角度θ_given结合给定参考电压幅值V_ref，生成参考电压矢量，经SVPWM驱动转子侧PWM变换器，生成交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上，控制电机运转；根据获取到的双馈电机的转子机械角n×θ_rutor和定子电压矢量角θ₁，用所述定子电压矢量角θ₁减去所述转子机械角n×θ_rutor和给定参考电压角度θ_given，得到转子初始位置角θ_inital。

采用所述方法及装置，系统不需要进行其他额外操作，可通过变流器自动完成转子初始位置角的测定。

本发明提供的第二种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法及装置，通过设定初始时刻转子初始位置角θ_inital为0，获取双馈电机的转子机械角n×θ_rutor和电网电压矢量角θ₃以及电网电压幅值V_R。通过θ_given＝θ₃-θ_inital-n×θ_rotor，计算得到给定参考电压角度θ_given，以所述电网电压幅值V_R为幅值生成参考电压矢量。所述参考电压矢量经过SVPWM，驱动转子侧PWM变换器，生成交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上。获取定子电压矢量角θ₁，用所述电网电压矢量角θ₃减去所述定子电压矢量角θ₁，得到电网电压与定子电压的相角差Δθ，对所述电网电压与定子电压的相角差Δθ进行比例积分，转化为转子初始位置角θ_inital。

采用所述方法及装置，系统不需要进行其他额外操作，通过变流器自动完成转子初始位置角的测定。

附图说明

图1为双馈电机转子绕组位置角示意图；

图2A为现有技术双馈电机转子绕组位置角的测定装置结构图；

图2B为现有技术双馈电机转子绕组位置角的测定装置电路图；

图3为双馈电机转子初始相位角示意图；

图4为A相轴、a相轴、及Z脉冲位置关系图；

图5为本发明第一实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图；

图6为转子电压、转子磁链、定子电压的夹角；

图7为本发明第二实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图；

图8为本发明第一实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测装置结构图；

图9为本发明第二实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测装置结构图；

图10为定子电压定向矢量图；

图11为本发明第三实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图；

图12为本发明第四实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图；

图13为本发明第三实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测装置结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的第一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法，通过给定参考电压角度θ_given结合给定参考电压幅值V_ref，生成参考电压矢量，经SVPWM驱动转子侧PWM变换器，生成交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上，控制电机运转；根据获取到的双馈电机的转子机械角n×θ_rutor和定子电压矢量角θ₁，用所述定子电压矢量角θ₁减去所述转子机械角n×θ_rutor和给定参考电压角度θ_given，得到转子初始位置角θ_inital。

异步电机的定子电压(或电流)频率f_stator、转子电压(或电流)频率f_rotor1、转差频率关系f_slip之间具有以下关系：

f_stator＝f_rotor1+f_slip   (2)

则有：

ω_stator＝ω_rotor1+ω_slip   (3)

参照图4，为A相轴、a相轴、及Z脉冲位置关系图。

对n极对电机，其定子A相轴静止，转子a相轴做旋转运动。当转子加入正弦电压励磁u_a(t)＝Sin(ω·t)时，转子电压角为θ_given＝ω·t。此时，定子侧感应电压为u_A(t)＝Sin(ω·t+θ_Slip)，其定子电压矢量角θ₁为：

θ₁＝ω·t+θ_Slip＝θ_given+θ_Slip   (4)

其中，θ₁为定子电压矢量相对于A相轴位置的夹角；θ_given为转子电压矢量相对于a相轴位置的夹角；θ_Slip为a相轴位置相对于A相轴位置的夹角。

当采用增量式编码器检测时，θ_rotor为转子转过的机械角度。设电机极对数为n，则矢量图中对应电角度为n·θ_rotor，即为相对于Z脉冲位置的夹角。

θ_rotor在a相轴旋转到Z脉冲位置时为0，a相轴旋转到A相轴位置时为θ_A-Z。则有：

θ_Slip＝n·θ_rotor-θ_A-Z   (5)

认为θ_Slip在2·π位置和0位置是同一位置，故定义：θ_inital＝2·π-θ_A-Z，则：

θ_Slip＝n·θ_rotor+θ_inital   (6)

结合式(4)和式(6)，有：

θ_inital＝θ₁-n·θ_rotor-θ_given   (7)

参照图5，为本发明第一实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图。

步骤S501：给定参考电压角度θ_given，结合给定参考电压幅值V_ref，生成参考电压矢量

步骤S502：参考电压矢量经过空间矢量脉宽调制(SVPWM：SpaceVector Pulse Width Modulation)，转化为驱动信号，发送至转子侧脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)变换器。

步骤S503：所述转子侧PWM变换器根据所述驱动信号，将直流信号变换为交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上。

步骤S504：获取双馈电机的转子机械角n×θ_rotor。

通过与双馈电机转子同轴连接的旋转编码器，获取双馈电机的转子转速N。对转子转速N积分，得到从初始状态到当前状态双馈电机转过的转子机械角n×θ_rotor。

其中，n为双馈电机的极对数。

步骤S505：获取定子电压矢量角θ₁。

通过设置在定子侧的电压传感器，检测得到双馈电机的定子侧感应电压信号通过相位计算，得到定子侧感应电压信号的定子电压矢量角θ₁。

步骤S506：根据给定参考电压角度θ_given、转子机械角n×θ_rotor、以及定子电压矢量角θ₁，计算得到转子初始位置角θ_inital。

θ_inital＝θ₁-n×θ_rotor-θ_given   (7)

采用所述实施例一所述测定方法，系统不需要进行其他额外操作，通过变流器自动完成转子初始位置角的测定。

参照图6，为双馈电机感应电压与磁通向量夹角向量图。

图6所示，为转子侧电流矢量；为磁通向量；与分别为双馈电机转子电压矢量角和定子电压矢量角。

转子侧电流矢量与磁通向量保持一致。转子电压矢量角和定子电压矢量角均与磁通向量成90°夹角。

电机运转，电流通过电机导线绕组，产生磁场。在理想情况下，认为导线绕组的磁心无损耗，转子电压矢量角与磁通向量之间的夹角保持90°不变。

但是，在实际应用中，由于双馈电机导线绕组的磁滞损耗，使得转子侧励磁时，转子侧电流矢量(磁动势)与转子电压矢量角之间夹角小于90度。定子侧空载，故电压矢量角与磁通向量夹角为90°。因此，转子电压矢量角和定子电压矢量角之间不在同一轴线上，夹角为θ_err。

为了解决上述误差角θ_err的问题，本发明实施例二所述方法进一步包括：计算得到误差角θ_err，对实施例一计算得到的转子初始位置角θ_inital进行校正。

参照图7，为本发明第二实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图。

步骤S701～步骤706与步骤S501～S506相同，在步骤S706之后进一步包括：

步骤S707：分别和获取转子电流矢量角θ_S2。

所述给定转子电压矢量角θ_S1可以等于给定参考电压角度θ_given。

通过转子电流传感器，检测双馈电机的转子电流信号通过相位计算，得到电流信号的θ_S2。

步骤S708：根据转子电压矢量角θ_S1和转子电流矢量角θ_S2，计算得到误差角θ_err。

$>{\theta }_{\mathrm{err}}=\frac{\pi }{2}-({\theta }_{S1}-{\theta }_{S2})---\left(8\right)$>

步骤S709：根据计算得到的误差角θ_err，校正步骤S706计算得到的转子初始位置角θ_inital，得到校正后的转子初始位置角

$>{\theta }_{\mathrm{inital}}^{\prime }{=\theta }_{\mathrm{inital}}+(\frac{\pi }{2}-{\theta }_{\mathrm{err}})---\left(9\right)$>

采用实施例二所述测定方法，在实施例一的基础上进一步包括转子初始位置角校正环节，能够有效消除电机运转时，由于双馈电机导线绕组的磁滞损耗产生的误差角，进一步增加了转子初始位置角测定的准确度。

本发明还提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测装置。

参照图8，为本发明第一实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测装置结构图。

双馈电机2的定子侧通过并网开关3与电网相连。电网输送交流电至网侧PWM变换器4，整流为直流电。经与网侧PWM变换器4并联的电容C5滤波，输入转子侧PWM变换器5。转子侧PWM变换器5结合转子初始位置角的测定装置1输出的驱动信号，将输入的直流电逆变为交流电，施加在双馈电机2的转子绕组上。

所述转子初始位置角的测定装置1包括：参考电压角度给定单元11、参考电压幅值给定单元12、乘法器13、SVPWM14、转子机械角获取单元15、定子电压矢量角获取单元16、以及比较器17。

参考电压角度给定单元11，用于给定参考电压角度θ_given，输出至乘法器13的输入端和比较器17的负输入端。

参考电压幅值给定单元12，用于给定参考电压幅值V_ref，输出至乘法器13的输入端。

乘法器13，将接收到的给定参考电压角度θ_given和给定参考电压幅值V_ref相乘，输出参考电压矢量至SVPWM14。

SVPWM14，将参考电压矢量转化为驱动信号，发送至转子侧PWM变换器6。

转子机械角获取单元15，与双馈电机2的转子相连，获取转子机械角速度n×θ_rutor，输出至比较器17的负输入端。

优选地，转子机械角获取单元15可以包括：与双馈电机2的转子同轴连接的旋转编码器和积分单元。

旋转编码器检测得到双馈电机2的转子转速N。

积分单元对转子转速N积分，计算得到转子机械角n×θ_rutor，输出至比较器17的负输入端。

其中，n为双馈电机2的极对数。

定子电压矢量角获取单元16，与双馈电机2的定子侧线路相连，获取定子电压矢量角θ₁，输出至比较器17的正输入端。

优选地，定子电压矢量角获取单元16可以包括：设置在定子侧的定子电压传感器和相角提取单元。

定子电压传感器，检测得到双馈电机2的定子侧感应电压信号

相角提取单元，提取定子侧感应电压信号的相位，得到定子电压矢量角θ₁，输出至比较器17的正输入端。

比较器17，用定子电压矢量角θ₁减去转子机械角n×θ_rutor和给定参考电压角度θ_given，输出转子初始位置角θ_inital。

采用所述实施例一所述测定装置，系统不需要进行其他额外操作，通过变流器自动完成转子初始位置角的测定。当采用编码器获取双馈电机的转子机械角时，其编码器的安装过程中，不需要人工进行转子初始位置角设定，也不需要增加电源或其它额外硬件设备。即使更换新的编码器也不需要对程序做改动。

为了解决转子电压矢量角和定子电压矢量角之间误差角θ_err的问题，本发明实施例二所述装置与实施例一的区别在于：进一步包括误差角计算单元和转子初始位置角校正单元，用于计算得到误差角θ_err，对实施例一中比较器18输出的转子初始位置角θ_inital进行校正。

参照图9，为本发明第二实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测装置结构图。

实施例二所述装置与实施例一的区别在于，所述装置进一步包括：转子电压矢量角给定单元18、转子电流矢量角获取单元19、常值给定单元20、第二比较器21、以及第三比较器22。

转子电压矢量角给定单元18，用于给定转子电压矢量角θ_S1，输入第二比较器21的负输入端。

所述转子电压矢量角给定单元18给定的转子电压矢量角θ_S1可以等于给定参考电压角度θ_given。

转子电流矢量角获取单元19，与双馈电机2转子侧线路相连，用于获取转子电流矢量角θ_S2，输入第二比较器21的正输入端。

优选地，转子电流矢量角获取单元19可以包括：设置在双馈电机2转子侧的转子电流传感器和相角提取单元。

转子电流传感器，检测得到双馈电机2的转子侧感应电流信号。

相角提取单元，提取转子侧感应电流信号的相角，得到转子电流矢量角θ_S1，输入至第二比较器21的正输入端。

常值给定单元20，用于给定常值π/2，输出至第二比较器21的正输入端和第三比较器22的正输入端。

第二比较器21，用常值π/2减去转子电压矢量角θ_S1，再加上转子电流矢量角θ_S2，输出误差角θ_err，输出至第三比较器23的负输入端。

第三比较器22的正输入端接第一比较器17的输出端，接收转子初始位置角θ_inital。

第三比较器22，用转子初始位置角θ_inital加上给定常值π/2，再减去误差角θ_err，输出校正后的转子初始位置角

参见图10，为定子电压定向矢量图。

V_A为定子A相电压矢量，V_a为转子a相电压矢量，θ_rotor为定子与转子之间夹角，由于定子是始终保持不变的，因此θ_rotor又称为转子绕组位置角。θ₁为电压矢量夹角。θ_slip为滑差角。

在双馈电机矢量控制中，通过θ_slip使θ_rotor与θ₁保持一致。因此，实现对θ_rotor的准确定位是保证矢量控制精度的前提。

在进行双馈电机矢量控制时，需要通过滑差角θ_slip使转子机械角n×θ_rotor与定子电压矢量角θ₁保持一致。因此，根据本发明实施例一所述方法计算得到的转子初始位置角θ_inital，结合转子机械角n×θ_rotor定位转子绕组位置角时，还需要对转子绕组位置角进行补偿操作，使转子绕组位置角与定子电压矢量角θ₁达到一致后，才能将双馈电机的定子侧接入电网，实现并网操作。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种双馈电机转子初始位置角的测定方法。本发明实施例三所述方法，能够在计算转子初始位置角θ_inital的同时，使定子电压与电网电压相位和幅值一致，可以直接进行并网操作。由于比例积分的作用，这种方法对角度测量干扰信号具有较好的滤波效果。

参照图11，为本发明第三实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图。

步骤S1101：获取双馈电机的转子机械角n×θ_rotor。

通过与双馈电机转子同轴连接的旋转编码器，获取双馈电机的转子转速N。对转子转速N积分，得到双馈电机的转子机械角n×θ_rotor。

其中，n为双馈电机的极对数。

步骤S1102：获取电网电压矢量角θ₂和电网电压幅值V_R。

通过设置在电网侧的电压传感器，检测得到电网电压信号通过相位和幅值计算，分别得到电网电压信号的电网电压矢量角θ₂和电网电压幅值V_R。

步骤S1103：根据电网电压矢量角θ₂、转子初始位置角θ_inital、以及转子机械角n×θ_rutor，计算得到给定参考电压角度θ_given。

θ_given＝θ₂-θ_inital-n×θ_rotor   (10)

假定初始时刻转子初始位置角θ_inital为0。

步骤S1104：以所述电网电压幅值V_R为幅值、以所述给定参考电压角度θ_given为相角，生成参考电压矢量。

步骤S1105：参考电压矢量经过SVPWM调制转化为驱动信号，发送至转子侧PWM变换器。

步骤S1106：所述转子侧PWM变换器根据所述驱动信号，将直流信号变换为交流电压信号，施加在双馈电机转子绕组上。

步骤S1107：获取定子电压矢量角θ₁。

通过设置在定子侧的电压传感器，检测得到双馈电机的定子侧感应电压信号通过相位计算，得到定子侧感应电压信号的定子电压矢量角θ₁。

步骤S1108：根据电网电压矢量角θ₂和定子电压矢量角θ₁，计算电网电压与定子电压的相角差Δθ。

Δθ＝θ₂-θ₁   (11)

步骤S1109：通过PI控制器，对电网电压与定子电压的相角差Δθ进行比例积分，转化为转子初始位置角θ_inital。

采用所述实施例三所述测定方法，系统不需要进行其他额外操作，通过变流器自动完成转子初始位置角的测定。同时，本发明实施例三所述方法，能够在计算转子初始位置角θ_inital的同时，对转子绕组位置角进行补偿，使得到的转子绕组位置角与定子电压矢量角θ₁达到一致，可以直接进行并网操作。采用编码器获取双馈电机的转子机械角，其编码器安装过程，不需要人工进行转子初始位置角设定，也不需要增加电源或其它额外硬件设备。即使更换新的编码器也不需要对程序做改动。甚至不需要Z脉冲，仅用有A，B脉冲编码器即可，此时上电时转子的位置，即为初始位置。

为了解决转子电压矢量角和定子电压矢量角之间误差角θ_err的问题，本发明实施例四所述方法与实施例三的区别在于：进一步包括计算得到误差角θ_err，对实施例三计算得到的转子初始位置角θ_inital进行校正。

参照图12，为本发明第四实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测方法流程图。

步骤S1201～步骤1209与步骤S1101～步骤1109相同，在步骤S1209之后进一步包括：

步骤S1210：分别给定转子电压矢量角θ_S1和获取转子电流矢量角θ_S2。

通过设置在转子侧的电流传感器，检测得到双馈电机的转子侧感应电流信号通过相位计算，得到转子侧的转子电流矢量角θ_S2。

步骤S1211：根据转子电压矢量角θ_S1和转子电流矢量角θ_S2，计算得到误差角θ_err。

$>{\theta }_{\mathrm{err}}=\frac{\pi }{2}-({\theta }_{S1}-{\theta }_{S2})---\left(8\right)$>

步骤S1212：根据计算得到的误差角θ_err，校正步骤S1209中计算得到的转子初始位置角θ_inital，得到校正后的转子初始位置角

$>{\theta }_{\mathrm{inital}}^{\prime }{=\theta }_{\mathrm{inital}}+(\frac{\pi }{2}-{\theta }_{\mathrm{err}})---\left(9\right)$>

采用实施例四所述测定方法，在实施例三的基础上进一步包括转子初始位置角校正环节，能够有效消除电机运转时，由于双馈电机导线绕组的磁滞损耗产生的误差角，进一步增加了转子初始位置角测定的准确度。

为了解决滑差角θ_slip的问题，本发明还提供了一种双馈电机转子初始位置角的自动检测装置。本发明实施例三所述装置，能够在得到转子初始位置角θ_inital的同时，对转子绕组位置角进行补偿，使得到的转子绕组位置角与定子电压矢量角θ₁达到一致，可以直接进行并网操作。

参照图13，为本发明第三实施例所述双馈电机转子初始位置角的自动检测装置结构图。

双馈电机2的定子侧通过并网开关3与电网相连。电网输送交流电至网侧PWM变换器4，整流为直流电。经与网侧PWM变换器4并联的电容C5滤波，输入转子侧PWM变换器5。转子侧PWM变换器5结合转子初始位置角的测定装置1输出的驱动信号，将输入的直流电逆变为交流电，施加在双馈电机2的转子绕组上。

所述转子初始位置角的测定装置1包括：转子机械角获取单元15、电网电压矢量角获取单元23、电网电压幅值获取单元24、定子电压矢量角获取单元16、第五比较器26、PI控制器27、第四比较器25、乘法器28、以及SVPWM14。

转子机械角获取单元15，与双馈电机2的转子相连，获取转子机械角速度n×θ_rutor，输出至第四比较器25的负输入端。

电网电压矢量角获取单元23，与电网侧线路相连，获取电网电压矢量角θ3，输出至第四比较器25的正输入端和第五比较器26的正输入端。

优选地，电网电压矢量角获取单元23可以包括：设置在电网侧的电网电压传感器和相角提取单元。

电网电压传感器，检测得到电网电压信号

相角提取单元，提取电网电压信号的相角，得到电网电压矢量角θ₂。

电网电压幅值获取单元24，与电网侧线路相连，获取电网电压幅值V_R，输出至第二乘法器28。

优选地，电网电压幅值获取单元24可以为相角提取单元。

电网电压传感器，检测得到电网电压信号

幅值提取单元，提取电网电压信号的幅值，得到电网电压幅值V_R。

定子电压矢量角获取单元16，与双馈电机2的定子侧线路相连，获取定子电压矢量角θ₁，输出至第五比较器26的负输入端。

第五比较器26，用电网电压矢量角θ₂减去定子电压矢量角θ₁，输出电网电压与定子电压的相角差Δθ，至PI控制器27。

PI控制器27，对电网电压与定子电压的相角差Δθ进行比例积分，得到转子初始位置角θ_inital，输出至第四比较器25的负输入端。

第四比较器25，用电网电压矢量角θ₂减去转子初始位置角θ_inital和转子机械角n×θ_rutor，输出给定参考电压角度θ_given，至第二乘法器28。

乘法器28，将接收到的给定参考电压角度θ_given和电网电压幅值V_R相乘，输出参考电压矢量至SVPWM 14。

SVPWM 14，将参考电压矢量转化为驱动信号，发送至转子侧PWM变换器6。

为了解决转子电压矢量角和定子电压矢量角之间误差角θ_err的问题，本发明实施例四所述装置与实施例三的区别在于：进一步包括误差角计算单元和转子初始位置角校正单元，用于计算得到误差角θ_err，对实施例三中PI控制器27输出的转子初始位置角θ_inital进行校正。

实施例四所述装置与实施例三的区别在于，所述装置进一步包括：转子电压矢量角给定单元、转子电流矢量角获取单元、常值给定单元、第二比较器、以及第三比较器。

转子电压矢量角给定单元，用于给定转子电压矢量角θ_S1，输入第二比较器的负输入端。

转子电流矢量角获取单元，与双馈电机转子侧线路相连，用于获取转子电流矢量角θ_S2，输入第二比较器的正输入端。

常值给定单元，用于给定常值π/2，输出至第二比较器的正输入端和第三比较器的正输入端。

第二比较器，用常值π/2减去转子电压矢量角θ_S1，再加上转子电流矢量角θ_S2，输出误差角θ_err，输出至第三比较器的负输入端。

第三比较器的正输入端接第五比较器的输出端，接收转子初始位置角θ_inital。

第三比较器，用转子初始位置角θ_inital加上给定常值π/2，再减去误差角θ_err，输出校正后的转子初始位置角θ_inital′。

采用所述测定方法及装置，系统不需要进行其他额外操作，通过变流器自动完成转子初始位置角的测定。

以上对本发明所提供的一种双馈电机转子初始位置角的自动检测方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。