永磁同步电机初始位置辨识 脉冲电压法

永磁同步电机初始磁极位置检测方法胡庆波;张荣;管冰蕾;何金保;孔中华【摘要】根据永磁同步电机相电感的饱和效应,提出了一种恒压源作用下的相电流响应来获得电机初始磁极位置的检测方法,并针对制动器打开瞬间容易出现因磁极位置不准而造成无法定位的问题,对位能性负载提出了一种基于位置环的快速定位法.该方法根据电机实际转动的角度来反向移动给定电流矢量,实现快速定位.最后通过计算不同幅值电流矢量二次定位转过的角度来获得精确的磁极位置.所提方法能够准确获得电机初始磁极位置,可适用于不同类型的永磁电机.实验证明:该控制方法结构简单,易于数字控制实现,同时具有较强的通用性和鲁棒性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】7页(P194-200)【关键词】永磁同步电机;电感饱和效应;磁极初始位置;空间电压矢量;位置环【作者】胡庆波;张荣;管冰蕾;何金保;孔中华【作者单位】宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波海天驱动有限公司,浙江宁波315801;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM3510 引言目前实现高性能的永磁同步电机调速需要获得精确的转子磁极位置。

而绝对值编码器由于存在成本偏高、体积较大等问题使其应用受限，现有控制系统中一般偏向于采用增量式或旋转变压器的速度反馈方式。

在采用增量式编码器的永磁同步电机系统中，一旦编码器安装在电机轴上，其编码器零位，即Z脉冲信号产生位置与电机转子磁极位置相对固定。

控制系统需要预先知道两者的角度差，以便在出现Z脉冲时对转子磁极位置进行校正。

该角度值在首次运行前通常需要采用电机初始磁极位置自学习的方法来获得。

对于永磁同步电机的初始磁极位置检测，主要可分为脉冲电压法和高频注入法2类。

其中脉冲电压法[1-3]利用电机磁路的饱和特性，通过对电机注入脉冲电压矢量，并采集其相电流响应来搜索电机的转子位置。

永磁同步电机转子初始位置检测方法作者：齐淑尊王文彬来源：《科学与财富》2017年第26期摘要：随着我国科学技术的不断发展，越来越多的高科技产物被广泛应用到了国家的生产建设和人们的日常生活里，其中永磁同步电机就是其中之一。

因为永磁同步电机拥有很多优点，如体积小，实用效率高，耗能量低等，所以受到很多生产建设相关人士的好评。

但是，在永磁同步电机使用的过程中，还有需要注意的事项，尤其是永磁同步电机转子初始位置的检测，它对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用。

本篇文章就是通过对永磁同步电机转子初始位置检测方法方面的内容进行论述，并通过一些相关数据和公式，对其进行简要的分析，希望能对永磁同步电机在未来的发展提供帮助。

关键词：永磁同步电机；转子初始位置；高频信号注入；磁路饱和效应在过去的发展过程中，人们建设与生产的时候会应用到各种各样的机械设备，尤其是电机的使用率比其他相关设备的使用率更高。

但是传统的电机设备比较老化，工作效率也比较低，同时还会消耗大量的电能，影响国家的整体发展。

但是永磁同步电机在现代社会发展中的出现，大大提高了相关事业的生产与建设水平。

因为永磁同步电机的工作效率明显比传统电机的效率高，所以被广泛的应用在国家发展中的各个领域。

但是永磁同步电机能否良好的运作，与其转子初始位置有着密不可分的联系，要想良好的发挥永磁同步电机的作用，就要做好其转子初始位置的检测工作。

1 永磁同步电机转子的简要概述转子的初始位置对永磁同步电机的运行起着至关重要的作用，如果在永磁同步电机被应用在某些工程建设或是某种产品生产的过程中，相关的监测管理人员没能及时的发现永磁同步电机转子初始位置的变化或者对转子初始位置偏移不能进行良好的预测，那么永磁同步电机的转子就会发生反转或是导致永磁同步电机失灵等状况，一旦这样的情况出现，不仅会对相关的建设或生产工作造成严重的影响，还会导致某些机械设备产生连带作用跟着一起失灵，从而造成生产或建设事故，更严重的还会造成人员伤亡。

说明书摘要本发明公开一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，步骤是：首先利用脉振高频电压注入法得到初次估计的转子位置，然后在初次估计的交轴上注入一个正方向扰动信号，再估计转子位置，根据估计得到的转速方向判断磁极极性，得到电机转子初始位置。

此种方法可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。

摘要附图1、一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，给定ˆq 轴电压ˆ0q u =； （2）检测电机的两相电流，并经过Clarke 和Park 坐标系变换，得到ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆq轴电流ˆq i ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速：首先，将检测得到的ˆq轴电流ˆq i 乘以调制信号cos()t h u t ω=；然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到ˆq轴电流ˆq i 的幅值信号()f θ∆；最后，对该幅值信号()f θ∆进行PI 调节，得到估计转速ˆω，对估计转速ˆω积分得到估计的转子位置； （3）重复步骤（2），直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置ˆfirstθ； （4）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，在ˆq 轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤（2），直至电机转过一定角度γ，0γ>；（5）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置ˆˆ=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置ˆˆ=initial firstθθπ+。

2、如权利要求1所述的一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用转子的估计位置ˆθ进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β。

基于电压脉冲矢量法的面装式永磁同步电动机初始位置辨识王军;李盛兵;安芳;王晓嘉
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2014(42)7
【摘要】面装式永磁同步电动机的无传感器控制对转子的初始位置辨识性能要求较高,传统的开环起动很容易造成起动失败.利用永磁同步电动机的饱和凸极效应,采用电压脉冲矢量法,通过采样比较三相电流峰值的变化计算得到转子的初始位置,并通过实验验证了有效性.对辨识算法中电压矢量的生成策略进行了改进,使其更加易于在工程应用中实现.结果表明,该算法具有鲁棒性强、计算量小、算法易于实现、辨识精度较高等优点,非常适用于永磁同步电动机的无传感器控制.
【总页数】5页(P19-23)
【作者】王军;李盛兵;安芳;王晓嘉
【作者单位】中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海200233;中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海200233;中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海200233;中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海200233
【正文语种】中文
【中图分类】TM351;TM341
【相关文献】
1.基于EMF的面装式永磁同步电动机无速度传感器的Simulink仿真 [J], 高辉;杨涛
2.基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法 [J], 杨健;杨淑英;李浩源;张兴
3.基于脉振电压法的永磁同步电动机的初始位置检测 [J], 缪礼锋;梁青;王永;汪庆
4.基于饱和效应的面贴式永磁同步电动机转子初始位置检测 [J], 杜金明;安群涛;孙力
5.基于高频正交方波电压注入的永磁同步电机初始位置辨识 [J], 姜燕;刘思美;罗德荣;黄守道;吴轩
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基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法杨健;杨淑英;李浩源;张兴【摘要】内置式永磁同步电机(IPMSM)广泛采用旋转高频注入法辨识转子初始位置,但其辨识精度受到数字控制采样和计算延时、PWM输出延时以及信号解调过程中滤波器环节产生的相位延时等因素的影响.该文在对各因素产生的影响进行分析的基础上提出一种统一补偿算法.该补偿算法利用相关影响因素对正序电流和负序电流产生相位影响所具有的相关性,通过提取正序电流信号中的相位偏差,对负序电流信号的相位进行统一补偿,以提高位置观测精度.为区分转子磁极极性,提出基于电流闭环控制的饱和电感量极性判断方法.该方法在极性辨识过程中,为使电机处于静止状态,将交轴(q轴)电流控制为0,通过施加不同的直轴(d轴)电流,比较计算得到对应的电感值,并据此达到极性判断的目的.实验结果验证了误差补偿和极性判断算法的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)015【总页数】9页(P3547-3555)【关键词】永磁同步电机;转子初始位置辨识;极性判断;延时校正【作者】杨健;杨淑英;李浩源;张兴【作者单位】合肥工业大学智能制造技术研究院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TM351内置式永磁同步电机（Interior Permanent Magnet Synchronous Machines, IPMSM）因具有高转矩、高能量密度和高性能等优点在新能源电动汽车等领域获得广泛应用[1-3]。

然而，电机的自起动能力的缺失致使在电机转子初始位置不能准确获得的情况下，可能会出现起动过程中电机转子“反转”、起动失败等起动异常情况[4,5]。

因此，转子初始位置辨识的精度和可靠性成为永磁同步电机驱动系统的技术关键。

永磁同步电机转子初始位置角在线检测方法陈程; 陶泽安【期刊名称】《《电机与控制应用》》【年(卷),期】2019(046)006【总页数】5页(P102-105,111)【关键词】永磁同步电机; 转子位置; 脉冲激动电压【作者】陈程; 陶泽安【作者单位】江西工埠机械有限责任公司江西樟树331200【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步电机(PMSM)因具有高效、节能、体积小等优点，在工业领域的多种场合得到广泛应用[1-2]。

PMSM的高性能控制需要电机转子的位置信息，对于无位置传感器的应用场合，电机在每次起动前均必须首先识别转子的静态初始位置角，才能实施进一步的控制，而对于有位置传感器的应用场合，在位置传感器安装完成后，也需要进行转子初始位置标定，才能将位置传感器的输出数据与转子位置建立关联[3]。

电机初始位置检测的常用方法有：脉冲电压法、转子预定位法和高频信号激励法。

脉冲电压法采用向绕组中注入一系列脉冲电压矢量，比较电流响应的幅值，寻找电流幅值最大的电压矢量，再细分逼近转子位置，但随着转子位置不断逼近，电流响应的幅值差异越来越小，幅值判断变得困难，而且位置估算精度会受到电流采样误差以及分辨率的影响[4]。

转子预定位法通过将转子位置锁定在几个不同的特殊角度，从而推算出转子的位置角，但是对于起重机、新能源车辆等应用场合，电机转子初始状态可能是带载锁定或抱闸的，因此无法实施[5]。

高频信号激励法是通过变频器发送一系列的高频激励信号，利用电机的凸极效应，提取电流响应信号中的一些特征来判断转子初始位置，但算法复杂，对系统运算能力要求高，不易实现，而且只适用于凸极电机[6]。

为了克服现有转子初始位置角测量方法误差大、算法复杂、对转子移动性有特殊要求、适用范围不广等缺点，从PMSM的绕组结构、磁场特性以及物理模型入手，推导电机静态定子绕组电感与转子位置角之间的关系，以及转子的极性与响应电流的关系，进而利用变频器产生激励电压来实现PMSM转子初始位置角的在线辨识。