[发明专利]低凸极内嵌式永磁同步电机转子初始位置的估算方法

说明书

技术领域：

本发明涉及永磁同步电机，特别涉及一种低凸极内嵌式永磁同步电机转子初始位置的估算方法。

背景技术：

近年来，内嵌式永磁同步电机(IPMSMs)在工业控制领得到广泛的应用。与传统的电机相比，他们有许多优势，如高转矩密度，高效率，低转矩脉动，低噪音，以及容易维护等。然而，同步电动机启动要求转子初始位置信息以获得最大抓转矩。转子初始位置估算的准确性关系到电机能否顺利启动，如果初始位置角误差过大，会导致电机在启动时带载能力低，甚至会出现反转的现象。永磁同步电机转子初始位置估算一直是永磁同步电机驱动研究的热点和难点之一。

通常采取安装增量式脉冲编码器或霍尔传感器以获得电机转子的位置信息。由于电机起动时转子位置是任意的，而增量式编码器无法提供电机的初始位置，霍尔传感器也不能给出精确的位置。因此转子初始位置估算是永磁同步电机控制中必须解决的问题。一个简单的转子初始定位方法是直流电流激励法，对电机任意两相加一定的直流电流，使转子磁极定位拉到给定位置。然而，转子的旋转方向是不可预测的的，而且，这种方法使转子产生较大的扭动。

目前研究和应用较多是高频信号注入法。这种方法可以取得初始转子位置，而不会导致转子旋转。这些方法可以在αβ静止坐标系或dq旋转坐标系实施，注入的高频信号与电机的空间凸极相互作用，产生包含有转子位置信息信号。然后，利用过滤器和信号处理算法估算出转子初始位置。然而，这些方法比较复杂，算法实现要求控制器性能高。同时，注入的高频信号产生电机噪音。另外，转子位置信号依赖于电机的凸极显性。当电机凸极性小，这种算法导致较大的转子位置估计误差。

因此，有必要研究一种简单、可靠、实用的转子初始位置估计方法。开发的转子初始位置估计方法改变传统的对电机模型注入信号，而是通过对电机αβ静止坐标系注入特定信号，从而消除电机模型中与转子位置无关的因素，同时突出电机凸极显性特性获得电机在静止时准确的转子位置。仿真和实验结果表明，该方法能准确地估算转子初始位置，特别是对于低凸极内嵌式永磁同步电机，与实际检测的转子位置相比较，估计出的转子位置误差小于5°。

发明内容：

鉴于上述现有技术的缺陷以及实际应用需求，本发明提供了一种低凸极内嵌式永磁同步电机转子初始位置的估算方法。该方法改变传统的对电机模型注入信号，而是通过对电机αβ静止坐标系注入特定信号，从而消除电机模型中与转子位置无关的因素，同时突出电机显性特性获得电机在静止时准确的转子位置。

本发明的具体技术方案如下：

低凸极内嵌式永磁同步电机转子初始位置的估算方法，该方法包括如下步骤：

(1)连接永磁同步电机与一个电压源逆变器；

(2)输入三相或者单相110伏/220伏交流电源经AC/DC整流器整流成300伏直流电，然后再通过DC/AC逆变器用于脉冲电流注入和电机控制；

(3)实现由B相和C相注入电流信号，A相没有电流信号的情况下，通过计算得出的电机转子位置θ，并重复多次从而得出转子位置的平均值；

由于使用sin(2θ)不能得出唯一θ值，将导致多个θ值。因此，此方法需要第二步信号注入。这样就有了以下步骤(4)。

(4)实现由A相和B相注入电流信号，C相没有电流信号的情况下，通过计算得出的电机转子位置θ，并重复多次从而得出转子位置的平均值；

(5)结合之前两次计算出的转子位置，准确地估算出电机的转子初始位置。

上述方案中，所述步骤(3)具体步骤包括：

①关闭逆变器开关Q1和Q2，A相没有电流；

②在一个PWM周期T，打开Q3和Q6，关闭Q4和Q5；在此期间直流母线电压加到B相和C相之间从而在B相和C相产生一个电流i_b和i_c；下一个PWM周期T，打开Q4和Q5，关闭Q3和Q6。直流母线电压加到C相和B相之间从而使B相和C相的电流i_b和i_c回零；

③转换电流i_b和i_c到αβ静止坐标系I_α和I_β；

④根据直流母线电压和PWM开关信号计算V_ac和V_bc，进而计算出定子电压在α轴上分量V_α；

⑤计算电机转子位置θ；

⑥重复上述步骤，并将所得出的若干个结果中计算出转子位置的平均值。

上述方案中，所述步骤(4)具体步骤包括：