永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法和永磁同步电机启动方法

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法和永磁同步电机启动方法，该永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法包括：首先检测转子NS极轴线位置，再区分转子NS极方向，从而获得正确的永磁同步电机转子初始磁极位置。该永磁同步电机启动方法包括：每次启动前执行永磁同步电机转子初始磁极位置检测，并且按照上述的永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法进行转子初始磁极位置检测。本发明利用软件的方法检测转子初始磁极位置，不需要额外增加带初始磁极位置检测功能的传感器，节约了硬件成本，提高了运行可靠性，且可实现永磁同步电机最大转矩启动。

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种用于通用变频器的永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法和用于通用变频器的永磁同步电机启动方法。

背景技术

永磁同步电机以其功率密度高、效率高、动态响应快等优点广泛应用于各个高性能驱动系统中。初始磁极位置检测是永磁同步电机能顺利启动的关键要素之一。同轴安装带初始磁极位置的编码器是一种常用的方式，但增加了硬件成本，降低了运行可靠性，且限制了一些特殊场合的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法和永磁同步电机启动方法，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法，包括：首先检测转子NS极轴线位置，再区分转子NS极方向，从而获得正确的永磁同步电机转子初始磁极位置。

作为本发明的优选方案之一，该转子初始磁极位置检测方法具体包括：

提供一逆变器，所述逆变器与永磁同步电机电连接，逆变器设置软件控制单元；

向软件控制单元注入高频脉振电压指令，高频脉振电压指令经软件控制单元处理后，从而向永磁同步电机注入所需的高频脉振电压，接着通过所述软件控制单元检测电机三相电流信号，并进行电机三相电流信号处理，从而获取转子NS极轴线位置；

向NS极轴线位置的正反两个方向注入幅值和脉宽相等、方向相反的脉冲电压，并实时监测电流响应，比较两个方向脉冲电压有效时段内的电流累加值，较大的方向为转子N极方向，反之为转子S极方向，从而区分转子NS极方向。

进一步的，所述软件控制单元至少基于实际dq轴旋转坐标系、估算d'q'轴旋转坐标系和数学模型对各信号进行处理。

更进一步的，所述实际dq轴旋转坐标系和估算d'q'轴旋转坐标系的建立包括：

以转子N极所在的位置为实际旋转坐标系d轴，沿着d轴正转90°电角度为q轴，构成实际dq轴旋转坐标系；以估算转子N极位置为估算旋转坐标系d'轴，沿着估算d'轴正转90°电角度为估算q'轴，构成估算d'q'轴旋转坐标系。

再进一步的，转子NS极轴线位置检测方法具体包括：

向估算d'轴注入高频脉振电压指令，高频脉振电压指令经Park逆变换、SVPWM调制和三相逆变，从而向永磁同步电机注入所需的高频脉振电压；

所述软件控制单元检测电机三相电流，经数学模型进行坐标变换，获得估算q'轴电流，对该估算q'轴电流进行信号叠加及低通滤波处理，获得实际位置与估算位置的偏差角度，对该偏差角度进行积分运算，让估算d'轴逐渐向实际d轴轴线靠拢，当偏差角度为0时，估算d'轴轴线与实际d轴轴线重合，从而最终获得转子NS磁极轴线位置。

再进一步的，转子NS极方向的区分方法具体包括：

向NS极轴线位置的正方向注入脉冲电压，并实时监测正向估算d'轴响应电流，当估算d'轴响应电流达到预设定的电流阈值时，停止注入脉冲电压，记录该脉冲电压的时间以及该时间段内的正向估算d'轴电流累计值；

待永磁同步电机三相电流都降为0后，向NS极轴线位置的反方向注入相同的脉冲电压，并以同样方式记录该时间段内的反向估算d'轴电流累计值；

通过比较正反方向估算d'轴电流累计值的大小来区分转子NS极方向，估算d'轴电流累计值大的为N极方向，反之则为S极方向。

本发明还公开了一种永磁同步电机启动方法，每次启动前执行永磁同步电机转子初始磁极位置检测，并且按照上述的永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法进行转子初始磁极位置检测。

上述高频脉振检测转子初始磁极位置，理论分析如下：

向永磁同步电机估算d'q'轴注入的高频脉振电压为：

其中，

依照电机数学模型，获得估算d'q'轴的电流响应为：

对q'轴电流进行处理：

由上式可知，

其中，

对

转子位置初次估算系统收敛性分析，依据两相静止坐标系，从

其中，

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：

本发明利用软件的方法检测转子初始磁极位置，不需要额外增加带初始磁极位置检测功能的传感器，节约了硬件成本，提高了运行可靠性，且可实现永磁同步电机最大转矩启动。

现有区分NS极的脉冲电压注入方法未考虑脉冲电压宽度的合理性，可能会导致驱动器过电流或电流太小，检测不出NS极，本发明以预设定的电流阈值为目标设定检测准位，在注入脉冲电压的同时检测电流，当电流达到检测准位时，则停止注入脉冲电压，以此来确定脉冲电压宽度，既保护了电机及控制器，也能保证足够大的电流偏差而区分出转子磁极NS极；

现有区分NS极的判定条件多以最大电流作为判断依据，对电流采样精度要求较高，且抗干扰能力差，本发明将脉冲电压时段内的电流做累加，比较累加电流的大小，从而区分转子NS极，提升了NS极判断的可靠性，降低了误判的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为电机三相/两相静止坐标系、实际dq旋转坐标系及估算d'q'旋转坐标系的示意图；

图2为高频脉振电压注入检测NS极轴线位置的控制框图；

图3为NS极判断的控制框图；

图4为NS极判断的电压指令、电流响应示意图；

图5为初始磁极位置检测流程图；

图6为四象限下转子磁极位置检测结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明实施例公开了一种永磁同步电机的转子初始磁极位置检测方法具体包括：

提供一逆变器，所述逆变器与永磁同步电机电连接，逆变器设置软件控制单元，软件控制单元基于实际dq轴旋转坐标系、估算d'q'轴旋转坐标系和数学模型对各信号进行处理，如图1所示，以转子N极所在的位置为实际旋转坐标系d轴，沿着d轴正转90°电角度为q轴，构成实际dq轴旋转坐标系；以估算转子N极位置为估算旋转坐标系d'轴，沿着估算d'轴正转90°电角度为估算q'轴，构成估算d'q'轴旋转坐标系；

如图2所示，首先进行转子NS极轴线位置检测，方法如下：

向估算d'轴注入的高频脉振电压，电压信号为：

其中，

电压指令

检测电机三相电流，经Clark变换、Park变换获得

经过乘法器和低通滤波器，获得位置偏差信息：

如图3所示，再区分转子NS极方向，方法如下：

向估算到的NS轴线正方向注入脉冲电压，电压幅值以电机额定电压为基准，选取合适的电压值为

等待三相电流降为0，如图4所示，

向NS轴线反方向注入幅值和脉宽相等的脉冲电压，记录该时段内的估算d'轴电流累加值；

比较NS轴线正反两个方向的估算d'轴电流累加值的大小，估算d'轴电流累加值较大的为N极，反之为S极，从而最终确定永磁同步电机转子初始磁极位置。

如图5所示，所述永磁同步电机初始磁极位置检测的具体步骤为：

a、向永磁同步电机估算d'轴注入预定时间的高频脉振电压，电压命令：

b、检测电机三相电流，经坐标变换得估算q'轴电流：

c、向NS极轴线位置的正方向注入脉冲电压，电压命令：

d、待电机三相电流降为0，等待时间与电机时间常数有关，考虑不同电机的通用性，等待时间选取为：

e、向NS极轴线位置的反方向注入脉冲电压，电压命令为：

f、依据

g、图6给出电机实际位置分别在4个象限下，转子初始磁极位置估算的中间变量（

本发明实施例还公开了永磁同步电机启动方法，每次启动前执行永磁同步电机转子初始磁极位置检测，并且按照上述的永磁同步电机转子初始磁极位置检测方法进行转子初始磁极位置检测。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。