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永磁同步电机初始位置检测及启动方法
永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，广泛应用于工业生产和家用电器中。
在永磁同步电机的启动过程中，初始位置检测是非常重要的一步，它能够确保电机的正常启动和运行。
本文将介绍永磁同步电机初始位置检测及启动方法。
永磁同步电机的初始位置检测方法有多种，其中比较常用的是霍尔传感器检测法和反电动势检测法。
霍尔传感器检测法是通过在电机转子上安装多个霍尔传感器，检测转子位置，从而确定电机的初始位置。
反电动势检测法是利用电机在启动过程中产生的反电动势信号，通过对信号进行处理，确定电机的初始位置。
在确定了电机的初始位置后，接下来就是启动电机。
永磁同步电机的启动方法有直接启动法和间接启动法。
直接启动法是将电机直接连接到电源上，通过控制电源电压和频率，使电机转子旋转。
间接启动法是通过变频器控制电机的转速和转向，从而实现电机的启动。
在实际应用中，永磁同步电机的启动过程中还需要注意一些问题。
首先是电机的负载问题，如果电机负载过大，可能会导致电机启动失败或者启动时间过长。
其次是电机的控制问题，需要根据实际情况选择合适的控制方法和控制参数，以确保电机的正常启动和运行。
最后是电机的保护问题，需要安装过流、过载等保护装置，以保护电机的安全运行。
永磁同步电机的初始位置检测及启动方法是电机启动过程中非常重要的一步。
通过选择合适的检测方法和启动方法，以及注意电机的负载、控制和保护问题，可以确保电机的正常启动和运行，提高电机的效率和性能。
永磁同步电动机转子初始位置检测方法
郭熠
【期刊名称】《微电机》
【年(卷),期】2004(37)5
【摘要】介绍了一种永磁同步电动机在无位置传感器的条件下检测转子初始位置的方法.这种方法适用于凸极和隐极同步电动机,转速从零到额定值之间变化.受电动机参数影响比较小,在静止、低速、高速范围内均可以估计出转子的实际位置.通过向电动机的定子绕组施加高频检测电压,利用空间凸极效应即可确定转子的初始位置.
【总页数】3页(P12-14)
【作者】郭熠
【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TM351.TM341
【相关文献】
1.内置式永磁同步电动机无传感器速度控制和转子初始位置估计方法的应用及实验研究 [J], M.;Boussak[突尼斯];许俊峰（译者）;王坚（校者）
2.一种永磁同步电动机转子初始位置检测方法 [J], 何栋炜;方仁桂;高培
3.一种改进的永磁同步电动机转子初始位置估计方法 [J], 何栋炜;蒋学程;高培
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.基于高频注入法的永磁同步电动机转子初始位置检测研究 [J], 贾洪平;贺益康因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
2021年2月电工技术学报Vol.36 No. 4 第36卷第4期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2021DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.191818高频脉振信号注入永磁同步电机无滤波器初始位置辨识方法于安博1刘利2阚志忠1张纯江1（1. 燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛 0660042. 首钢智新迁安电磁材料有限公司唐山 064400）摘要针对传统高频信号注入永磁同步电机转子初始位置辨识方法中滤波环节产生的相移影响最终辨识精度的问题，提出一种无滤波器高频脉振信号转子初始位置辨识方法。
该方法较传统利用低通滤波器分离高频信号分量方法，改进为利用估计直轴和估计交轴响应电流信号进行解调，去除高频分量，对解调后的信号进行锁相，辨识出转子初始位置。
提出利用磁路饱和效应对转子磁极极性进行辨识的方法，提高磁极极性辨识准确性。
最后在永磁同步电机矢量控制平台验证了该方法的可行性。
关键词：永磁同步电机初始位置辨识高频脉振信号无滤波器中图分类号：TM351Initial Position Identification of PMSM withFilterless High Frequency Pulse Signal Injection MethodYu Anbo1 Liu Li2 Kan Zhizhong1 Zhang Chunjiang1（1. Key Laboratory of Power Electronics for Energy Conservation and Drive Control of Hebei ProvinceYanshan University Qinhuangdao 066004 China2. Shougang Zhixin Qian’an Electromagnetic Material Co. Ltd Tangshan 064400 China）Abstract A method is proposed to identify the rotor initial angle using high-frequency pulse signal injection into a permanent magnet synchronous motor (PMSM). This method, briefly called filterless high frequency pulse signal injection, is an improvement on the traditional identification of the rotor initial angle. Firstly, the function of rotor initial angle error is calculated from stator current high-frequency response instead of using a low-pass filter, then, the initial rotor angle is obtained through a phase-locked loop. The method of identifying the rotor polarity is also modified using the saturation effect of the magnetic circuit, which improves the polarity identification of the rotor magnet.Finally, the proposed scheme has been verified by experiments on an 16kW interior permanent magnet synchronous motor platform.Keywords：Permanent magnet synchronous motor, initial position identification, high frequency pulse signal, filterless河北省自然科学基金资助项目（E2018203152）。
永磁同步电机的转子初始位置检测
温盛军;康连启;梁彤伟;肖俊明
【期刊名称】《电气工程》
【年(卷),期】2018(006)002
【摘要】针对传统机械式永磁同步电机(PMSM)转子初始位置检测方法存在可靠
性差、适用范围小的缺陷,对利用高频信号注入的转子位置检测方法进行了改进。
该方法利用PMSM的凸极效应,将永磁同步电机注入高频信号,对三相电流进行滤
波后用外差法提取转子位置信息,并设计观测器准确地估计出转子位置。
在滤波环节,设计了一种基于比例谐振控制器的带通滤波器,简化了滤波器结构,易于数字实现。
仿真实验结果表明,提出的方法可以准确检测PMSM转子位置,位置检测的平均误
差在0.1?以内。
【总页数】12页(P172-183)
【作者】温盛军;康连启;梁彤伟;肖俊明
【作者单位】[1]中原工学院,河南郑州;[1]中原工学院,河南郑州;[1]中原工学院,河南郑州;[1]中原工学院,河南郑州
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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1.永磁同步电机转子初始位置检测 [J], 苑旭东;张道洋;郭林
2.永磁同步电机转子初始位置检测及启动策略 [J], 丁志勇;
3.基于电压矢量注入的表贴式永磁同步电机转子初始位置检测 [J], 李向舜;周贺;李启东;刘涛
4.永磁同步电机转子初始位置检测技术研究进展 [J], 李抑非;蒋全
5.基于高频信号耦合注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 [J], 李新旻;陈伟;张国政;王志强;陈炜
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基于高频脉冲注入法的开关磁阻r电机转子初始位置判定研究张懿;章玮;姚叔春【摘要】针对传统开关磁阻电机在判断转子初始位置时需要外接霍尔位置传感器,不仅增加了系统硬件成本,同时降低了系统的抗震动性等问题,对基于高频脉冲注入法技术无霍尔位置传感器电机转子初始位置判定进行了研究,提出了基于逐相注入高频脉冲比较三相电流响应幅值的得到初始位置的判定算法,在12/8极1.5 kW三相开关磁阻电机上对该方法的准确性进行了试验.研究结果表明:相比于利用霍尔信号确定初始位置的方法,采用改进后高频注入法的转子初始位置的判定算法精确度上提高了一倍,且从静止起动到初始给定转速过程中无反转或其他过渡过程,可实现电机的平滑起动.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2018(035)007【总页数】5页(P755-759)【关键词】开关磁阻电机;无位置传感器技术;高频脉冲注入;初始位置判断【作者】张懿;章玮;姚叔春【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM352;TP240 引言开关磁阻电机(SRM)以其简单坚固的电机结构，起动转矩大而启动电流小、调速范围宽、系统效率高等特点受到国内外广大专家学者的重视，开关磁阻电机系统成为极具潜力的新一代电机调速系统。
在目前SRM系统的启动中，通常采用霍尔位置传感器来获取转子初始位置，额外的硬件检测设备不仅增加了驱动系统成本和复杂度，同时降低了整个系统的可靠性[1]。
因此无霍尔位置传感器的开关磁阻电机驱动系统的研究受到国内外学者的关注，文献[2]采用电流波形检测法，利用增量电感所引起的相电流变化率解算出转子的位置，但该方法电感的计算时间较长，算法易受噪声信号的的影响；文献[3]利用SRM的磁链-电流-转子位置之间的特性曲线来估计转子初始位置，但需要建立并查找三维表，占用内存大，算法复杂；文献[4]提出通过向非导通相注入高频电压脉冲，检测响应电流的幅值进而估计转子位置，该方法无需外加硬件且简单可靠，但采用两相导通方式，准确度下降，且相间干扰误差较大。
基于高频电压注入法的永磁同步电机转子初始位置检测
Initial Rotor Position Inspection of PMSM Based on Rotating High
Frequency Voltage Signal Injection
北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院蔡名飞周元钧
摘要:为了解决新型无位置传感器永磁同步电机的起动问题，提出了一种在电机静止状态下
检测转子位置的新方法。
该方法在算法上改进了传统的旋转高频电压注入法，使得可以更为快速、准确的检
测出转子初始(均扫位置。并且针对传统旋转高频电压注人法无法检测出转子永磁体极性问
题，在dq旋转坐标系下，通过分析永磁同步卜匕机d轴磁链和定子电流之间的关系，利用
d轴电流的泰勒级数展开，提出J’根据定子铁芯非线性磁化特性获得判另}J N/S极极性信
息的新方一案。最后，建立了系统仿真模型。仿真结果验证了这种方法的有效性和可行性。
此方法同样适用于永磁同步电机在中、低速时的转子位置检测。
关键词:永磁同步电机转子初始位置旋转高频注人非线性磁化特性N/S极极性
1引言
永磁同步电机高精态、高动态性能的速度、位置控制，都需要准确的转子位置信息。如
果位置检测误差较大，会导致电机不能正常起动、运行。传统方法是通过机械式传感器来测
量转子的速度和位置。但机械式传感器减低了系统的可靠性，增加了系统的成本;同时传感
器对环境有着严格的要求，电磁干扰、温度、湿度、振动对它的测量精度都有影响。特别针
对某些航空伺服电机，长期工作在恶劣、复杂的环境中，所以研究无位置传感器不仅可
以减少航空电机成本，而且可以减少不必要的引线，将大大提高整个系统的可靠性〔‘]。
最简单的无位置传感器控制方法是文献「2]提出的基于对检测到的电机反电动势进行积
分，这种方法虽然简单，但是在零速或低速阶段因为反电动太小，难以检测而失败。后来人
们又提出了高频注人法，其主要思想是用电机固有的空间凸极或凸极效应可以实现对转子位
置的检测，这种方法与转速没有直接关系，有效克服了反电动势法的
缺陷。文献〔3]提出通过处理电流高频响应，采取求导取极值计算电机的初始位置，但这种
方法存在震荡现象，高频电流也会因滤波器移相导致检测误差，并且也没有给出电
机N/S极极性检测方法。文献【4]提出在电机中注人幅值相同、方向不同的系列脉冲，检测
并比较相应电流的大小来估计转子的位置。这种方法可行但是对注入脉冲的电压幅
值和时间控制要求比较高，操作复杂，检测时间过长。文献[[5][6]通过注人高频信号引起
PMSM的d,q轴磁链饱和程度差异实现初始位置检测，这种方法高频电流信号提取复
杂，容易带来计算误差，难以做到转子位置的实时检测跟踪。文献〔7l所使用的电机经过特
殊设计，不具普遍性，仅适用于理论研究。
为了解决以上方法的存在的问题，本文提出了一种基于旋转高频电压注人法的永磁同
步电机转子初始位置检测的新方法。在电机静止状态下，通过向电机定子三相绕组中注入高
频电压信号，利用电机凸极效应，通过处理高频电流响应，得出转子的位置信号。为此，本
文进行了仿真研究，实现了转子d轴位置和N/S极极性的快速、准确检测。
2高频激励下的永磁同步电机的数学模型
图1永磁同步电机模型图
图1是永磁同步电机的模型图。在定子两项静止坐标系ap下，对应的电压方程为
L分别为电压、电流、磁链和电感;下标a、p分别表示定子a,轴分量。凡为定子电阻;P
为微分算子，。为转子电角速度。凡为永磁极磁链;e}为转子角位移。 当注人高频电压信
号v}, ,炸。的频率远高于额定基波频率时，电机的感抗取决于自感f81。忽略定子电阻和永
磁极磁链的影响，此时，注人高频激励下的电机模型定子电压和磁链方程可以简化为:
式中：
vsi、U7分别为注入高频电压的幅值、角速度;}ai与、La午ia; ipi分别为注入高频信号
在。日轴系下的磁链、电感和电流响应;L为平均电感;OL为空间调制电感。
以上是基于内埋式永磁同步电机(Lq > La)进行分析的;但是，由文献【9]可知，对面贴式
永磁同步电机(La - Le)来说，在高频激励作用下，由于定子电感饱和效应的影响，其高频阻
抗仍会表现出凸极效应。故以上分析得出的高频激励下的永磁同步电机数学模型具有普遍
性。
3永磁同步电机转子d轴位置检测原理
观察式(6)可知，Z}、is。不仅和Br有关，还与cos(cat)有关，是一个随时间变化的量。
为了准确获得高频电流信号，将i}; ,钻，电流分量通过带通滤波电路(BPF)滤波并相乘得到:
IaB=i} X i};=I;ol;, sin(2Br) (7)
由式(7)可见，一旦注入高频信号幅值频率确定，高频激励下的L,也会随之确定。此时，
lag的幅值仅仅只与转子位置角er相关。将检测计算出的，Ias带人式(7)求解，即可计算出
转子d轴位置。 但是，由于在分析时忽略了的定子电阻、永磁极磁链等其它因素的影响，
在实际的系统中，根据式(7)计算出的d轴位置将会存在较大误差，为此，需要对式(7)进行
修正。修正的后的公式可以表示为:
I}=};ol;; sin(2Br) ( g )
式中:K为误差修正系数。
鲜
(4)
C} J=jC a.}t一ya; cos(pt>u1 [sin(filt)
将式(5)带人式(3)化简得到高频电流信号为:
…is[is;
I;o cos(似t) +式:cos(29}一似t)
I;o sin(u1t)+7;; sin(29}一tart)
}0‘“
(5)
4永磁同步电机N/S极极性检测原理
图z永磁同步电机d轴磁链和定子电流关系
(6)式((8)仅仅包含电机转子d轴位置信息，并没有永磁
图2给出了永磁同步电机d轴磁链和定子电流的关
系。将is作二阶泰勒展开得到:
PMSM
Am—永磁体基波励磁磁场过定子绕组磁链。此时，注人高频电压信号在N/S两极的电流响
应分别为高额电流信号处理转1-d轴位
图4 PMSM初始位置检测实施框图
本文对基于旋转高频电压注入法的永磁同步电机转子
初始位置检测从理论介绍，数学建模到软件仿真等3方面进
行了分析与研究，结果表明:
(1)本文提出的方法操作简单，在电机静止状态下，
该方法可以平稳、快速、准确的检测出转子初始位置，有
效克服了文献【5-9]所述方法存在的不足。对电机参数不敏感，获得的转子位置信号仅仅与
处理得到高频电流幅值和
正负有关，避免了滤波器的相移对位置检测的影响，是一
种鲁棒性比较好的方法。与文献[3]所提方法相比较，检测
过程平稳，没有大的电流冲击干扰，是其检测所用时间的1/
3，误差的1/20
(2)在检测出转子的初始位置后，给出了电机从零速
开始起动到电机50%额定转速下的转子位置计算值和转子
位置实际值的波形。结果表明该检测方法在中、低速范围
内检测也有效。
(3)如果采用了合适的控制方法，就能全面实现基于
旋转高频注人法的PMSM全速范围内的无传感器运行。为
航空伺服电机朝高可靠性、小型和超小型化、高速和超高
速化发展做出了一定的探索。
通过观察，式(10)中第二项包含了转子N/S极极性
信息。
此时，在a}轴系下，包含N/S极极性信息的高频电流
信号方程可表示为:
将式(11)经如图3处理后得到:
