内置式永磁同步电机初始位置检测方法研究.pdf

《电气自动化》2015年第37卷第3期
变流技术
Converter Techniques
内置式永磁同步电机初始位置检测方法研究
郑昌陆…,胡月波
(1.上海申传电气股份有限公司,上海20002;2.上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)
摘要:电机初始位置准确性直接决定着电机的启动性能,介绍了一种基于高频脉振电压注人的转子初始位置检测方法。在估计的转
子参考坐标系中注入高频的脉振电压,并在对应的高频电流响应中提取出位置估计信号同时在高频电流的二次谐波分量中提
取出极性判断信号。仿真结果显示能快速准确的得到估计的转子初始位置,从而验证了方法的有效性。
关键词:永磁同步电机;高频脉振电压注人;初始位置;位置观测器;仿真
DO1:10.3969/j?issn.1000-3886.2015.03.004
中图分类号]TP273[文献标志码]A[文章編号]1000-3886(2015)03-0010-04
A Research on the Initial Position Detection Method for the
Built-in Permanent Magnet Synchronous Motor
ZHENG Chang-lu'2, HU Yue-bo
(1. Shanghai Sh-driver Electric Co, Ltd, Shanghai 200072, China
2. College of Electromechanical Engineering &Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)
Abstract: The accuracy of the initial it ion of a mo or determines its stating performance directly This paper describes a detection method fo
the initial rotor position based on a high frequency pulsating voltage injected into the estimated reference coordinate system of the
rotor. The position estimation signal is derived from the corresponding high frequency current response, and the polarity jud ment
signal is derived from the second harmonic element of the high-frequency current. Simulation results show that the estimated initial
position of the rotor can be obtained quickly and accurately and verify the validity of the method.
Keywords: permanent magnet synchronous motor; high-frequency pulsating voltage injection; initial position; position observer; simulation
0引言
断具体的极性。文献[8-10]在此基础上结合电机的饱和特性
内置式永磁同步电机的转子磁链角度与转子位置直接相关
并采用分步的方法通过两次信号注入能够分别得到转子磁链轴
在电机启动时由于转子初始位置是任意的,因此必须对它进行检位置和极性,但同时也增加了算法的复杂性。文献[1]仅需注
测,其检测的准确性直接决定着电机的启动性能。若采用有传感人高频电压信号,在对应的高频电流分量以及高频电流二次谐波
器的启动方法,善通的增量式编码器无法获得转子初始位置,因分量中提取出转子磁链轴位置信息和极性判断信号从而得到转
此需要采用具有位置检测功能的绝对式编码器或者更复杂的传子的初始位置,具有良好的快速性和准确性。本文着重探讨了基
感器设备,这不仅增加了系统成本,而且也降低了运行的可靠性,于高频脉振电压注入的内置式永磁同步电机的转子初始位置检
因此在无传感器条件下对内置式永磁同步电机转子初始位置进测方法,能够在电机的电流响应中得到准确的转子初始位置,仿
行检测是十分关键间题。
真结果和实际应用验证了该方法的有效性。
由于电机启动前转速为零,在定子侧无法检测出基频信号,1内置式永磁电机饱和效应
这给无传感器初始位置检测提出了难题,使得传统基于电机反电
在转子参考坐标系中,若不考虑饱和效应定子磁链的表达式
动势的位置检测方法无法实现。比较简单可行的方法有转子位如下
置预定位法"?,通过在电机启动前使转子预先旋转到某一固定
al, Laid +4
位置来获得转子初始角度信息,然而这种方法会引起转子发生任
ψ
意方向的旋转,限制了使用的范围。文献[3-4]采用向电机注其中va,ψn为定子磁链的四轴分量,,为定子电流的四轴分
入一系列脉冲电压矢量的方法,通过不断比较电流响应的幅值,量,La、为四轴电感,为与定子交链的永磁体磁通。
使估计转子位置向真实转子位置逼近,然而这种方法不仅检测时
在永磁同步电机的设计中,为了提高铁芯的利用率,通常使
间长而且准确性受到电流采样精度的直接影响。基于高频信号主磁路具有一定的饱和度,对于内置式水磁同步电机,由于转子
注入的位置检测方法3?利用电机磁性凸极的特性能够不受电参考坐标系的d轴与永磁体所产生的磁通方向一致即与N极对
机转速影响,对永磁同步电机就转子初始位置的检测具有良好可应,因此在d轴方向上的铁芯会达到一定的饱和,当>0时,由
行性,然而这种方法只能检测出转子磁链所在轴的位置,无法判d轴电流产生的磁链会同向叠加到永磁体所产生的磁链上,使得
d轴方向上磁链密度大,d轴附近铁芯饱和程度加深,磁阻增大,d
定稿日期:2014-09-26
轴电感减小;当a<0时,由d轴电流产生的磁链则会反向叠加
基金项目:上海市科技型中小企业技术创新基金(1004H142100)
到永磁体产生的磁链上,此时在d轴方向上磁链密度减小,d轴
10 Electrical Automation-