第3期
周元钧等:改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法
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。后来又提出了高频注入法,
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
中注入幅值相同、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
入高频信号引起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[7]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入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。
1
高频激励下的永磁同步电机的数学
模型
图1是永磁同步电机的模型图。
程为
图1永磁同步电机模型
Fig.1 The
model
of the
PMSM
在定子两项静止坐标系a币下,对应的电压方
肾【R嚣尺‰蚴帆【:】’
(1)
式中:V、i、A、L分别为电压、电流、磁链和电感;下标
d、卢分别表示定子a印轴分量;尺。为定子电阻;p为
微分算子;to为转子电角速度;A。为永磁极磁链;0,
为转子角位移。
当注入高频电压信号吃、魄的频率远高于额
定基波频率时,电机的感抗取决于自感№J。忽略定
子电阻和永磁极磁链的影响,此时,注入高频激励下
的电机模型定子电压和磁链方程可以简化为
假定注入的高频电压信号为
廿‰[-s㈨in(抖
㈤
那么高频电压信号的磁链的方程为
【::::】==,【:i:】dt==w。7i
s—i—n一(7w。‘it‘)、]。c5,
将式(5)带人式(3)化简得到高频电流信号为
廿[乏::篙麓麓7=:j7】o㈣
斗^,
亿
£
,
耽
越
,
厶+£。
式中:厶立0.7i
z南;厶00)i
L_2--LAL2;L2半;
AL=生≯;吃、∞;分别为注入高频电压的幅值、角
速度;A耐A"L。k、i耐‰分别为注入高频信号在a币
轴系下的磁链、电感和电流响应;二为平均电感;△£
为空间调制电感。
以上是基于内埋式永磁同步电机(L。>L)进行
分析的;但是,由文献[9]可知,对面贴式永磁同步
电机(L。=L。)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。
2永磁同步电机转子d轴位置检测原
观察式(6)可知,屯、函不仅和只有关,还与
COS(O),t)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小‘电流分量通过带通滤波
电路(BPF)滤波并相乘得到
万方数据