[发明专利]一种永磁同步电机启动系统、方法及永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机启动系统、方法及永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机（PMSM）的输出涵盖了微、小及中型电机的功率范围，且延伸至大功率领域。且依托用永磁材料的高能积、小尺寸及轻量化的特点，永磁同步电机还具有电极电磁转矩波动小、转速平稳、动态响应快、过载能力强、高效能、低功耗、低速时具有大转矩输出的特点，因此，永磁同步电机具有广泛的应用范围。

永磁同步电机由励磁三相同步电机发展而来，由定子和转子两部分构成，其转子材料为永磁体替代了同步电机的电励磁系统，因而省去了励磁绕组、集电环和电刷的结构。现有的永磁同步电机主要有FVC（闭环矢量控制）和SVC（开环矢量控制）两种控制模式。

闭环矢量控制模式FVC由于有编码器位置反馈，可借助编码器获取永磁同步电机的磁场位置，因此在闭环矢量控制模式下，永磁同步电机启动和运行都比较容易。

然而在SVC开环矢量控制模式下，由于没有编码器位置反馈，因此必须借助具体的算法来获得永磁同步电机的磁场位置，比如通过检测电压和电流的变化来估算永磁同步电机的速度和磁场位置，或者状态观测器法及扩展卡尔曼滤波法等等。由于定子侧的物理量都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，因此调节、控制和计算都不方便。需借助复杂的坐标变换进行矢量控制，而且对电动机参数的依赖性很大，难以保证完全解耦，使控制效果大打折扣。

特定的应用场合中，有可能需要在SVC开环矢量控制模式下对尚未停稳的永磁同步电机进行启动，因为此时驱动器处于停机状态下，驱动器输出的电压和电流都是关闭的，但此时的永磁同步电机内存在很大的冲击电流，不可能估算永磁同步电机的转速和磁场位置，加上永磁同步电机没有停稳，在转动时有反电动势存在，启动时输出电压和反电动势不匹配，就会产生很大的电流，对驱动器和电机都有很大的影响，同时永磁同步机在启动时速度也会存在波动，影响用户的使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的在开环矢量控制模式中，永磁同步电机未停稳的状态下，由于永磁同步电机内的反电动势造成的启动波动对驱动器和电机产生影响的缺陷，提供一种永磁同步电机启动系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种永磁同步电机启动系统，所述永磁同步电机包括转子与定子，所述永磁同步电机启动系统包括反电动势检测单元、转速位置运算单元以及驱动单元，其中：所述反电动势检测单元用于检测所述永磁同步电机的反电动势；所述转速位置运算单元用于根据所述反电动势计算所述转子的转速及所述转子的磁场位置；所述驱动单元根据所述转子的转速及所述转子的磁场位置产生用于启动所述永磁同步电机的输出电压；

所述反电动势检测单元包括市电同步检测单元，且该市电同步检测单元用于对所述永磁同步电机进行三相电压采样以获得所述反电动势并对采样结果等比例转化以适应所述转速位置运算单元。

在本发明所述的永磁同步电机启动系统中，所述市电同步检测单元进一步包括：

电压采样单元，用于获取所述永磁同步电机的三相电压采样压差U_VU、U_VW；

转化单元，用于对所述三相电压采样压差进行等比例转化获得适用于所述转速位置运算单元的三相电压标准压差U_SR、U_ST；所述三相电压标准压差与所述三相电压采样压差之间的关系为：

U_SR=K×U_VU；

U_ST=K×U_VW；

其中，所述系数K为常数，所述系数K由所述市电同步检测单元的硬件放大系数确定。

在本发明所述的永磁同步电机启动系统中，所述转速位置运算单元包括数字处理器芯片，所述数字处理器芯片进一步包括：

坐标运算单元，基于三相平衡原理根据以下公式计算获得三相静止坐标系的三相电压标准分量：

U_RT=U_ST-U_SR；

U_R=(U_RT-U_SR)/3;

U_S=(U_RT+U_SR)/3;

U_T=-U_R-U_S;